核電站常規(guī)島差壓變送器在液位測(cè)量中的應(yīng)用

摘 要：智能差壓變送器在核電站常規(guī)島的液位測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用，雖然其測(cè)量精度高，環(huán)境適應(yīng)好，但是在實(shí)際應(yīng)用中難免會(huì)出問(wèn)題。本文從解決實(shí)際問(wèn)題的角度，對(duì)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施進(jìn)行反饋。

0 引言
         核電站常規(guī)島在從把核島來(lái)的蒸汽能轉(zhuǎn)換為汽輪機(jī)動(dòng)能的過(guò)程中，蒸汽和水在不斷地轉(zhuǎn)換。在裝換的過(guò)程中就需要對(duì)水的液位進(jìn)行測(cè)量。以汽水分離再熱器疏水箱為例來(lái)探討差壓變送器的應(yīng)用，汽水分離再熱器在除去高壓缸排汽水分的過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的疏水，需要用疏水箱來(lái)收集并暫存，然后傳到高壓加熱器或者凝汽器。汽水分離再熱器的疏水受疏水調(diào)節(jié)閥的控制，而調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)信號(hào)來(lái)自疏水箱的液位信號(hào)。因此，液位信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量在核電站的運(yùn)行中變得十分重要，而液位的測(cè)量就需要智能型差壓變送器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1 智能差壓變送器測(cè)量原理
        由正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè)引壓管來(lái)的介質(zhì)對(duì)隔離膜片產(chǎn)生壓力，導(dǎo)致隔離膜片產(chǎn)生形變，隔離膜片的形變被傳導(dǎo)到中心膜片兩側(cè)。于是，中心膜片發(fā)生軸向位移，進(jìn)而導(dǎo)致了電容發(fā)生變化。壓力信號(hào)就轉(zhuǎn)變成了電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電容-電流轉(zhuǎn)換電路和放大器的處理，最終轉(zhuǎn)換為4~20 mA 電流值。此變送器在原有的差壓變送器的基礎(chǔ)之上，增加了微處理器，使其具有了通訊功能，可以連接到采用HART 協(xié)議控制回路、變送器現(xiàn)場(chǎng)、手持通訊器或者采用該協(xié)議的其他設(shè)備上。在核電站汽水分離再熱器疏水箱的使用中，此信號(hào)被傳到DEH（汽輪機(jī)控制）系統(tǒng)機(jī)柜上，作為控制疏水箱水位的信號(hào)來(lái)源。

        在對(duì)汽水分離再熱器疏水箱的液位測(cè)量時(shí)，帶有平衡罐的一側(cè)是負(fù)壓側(cè)，在蒸汽凝結(jié)作用下，處于充滿水狀態(tài)并具有恒定的壓力；正壓側(cè)要連在取樣管中與疏水箱底部位置對(duì)應(yīng)的地方，與疏水箱組成連通器，由于平衡容器側(cè)在正常的運(yùn)行工況下，始終處于恒定的液位狀態(tài)（滿水態(tài)）。由于壓力平衡特點(diǎn)，其正壓側(cè)的壓力變化就由疏水箱的液位變化凸顯出來(lái)，進(jìn)而采集差壓值P 進(jìn)行換算后得出疏水箱的液位值，因此差壓值P 與疏水箱液位變化成正比關(guān)系。如圖1 所示。

設(shè)智能差壓變送器負(fù)壓側(cè)壓力為Ρa，正壓側(cè)壓力為Ρb，智能差壓變送器測(cè)得的差壓為P，疏水罐內(nèi)部壓力為P，疏水罐內(nèi)水的密度為ρ，重力加速度為g。假設(shè)疏水罐的工藝零點(diǎn)和取樣管的零點(diǎn)相同（如果不同則需要進(jìn)行零點(diǎn)遷移，后面的章節(jié)將會(huì)詳細(xì)講解），設(shè)取樣管零點(diǎn)到疏水箱上部取樣管的高度為h1, 疏水箱的液位為h2, 智能差壓變送器到取樣管零點(diǎn)的高度為h，差壓ΔP 計(jì)算公式為：

當(dāng)疏水箱由0 變到最大時(shí)，即疏水箱液位高度變化到和取樣管高度相同時(shí)，智能差壓變送器測(cè)得壓差由量程最大值變化到最小值，對(duì)應(yīng)的把變送器輸出電流由20mA 變?yōu)?mA。當(dāng)信號(hào)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)時(shí)，電流值再轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的水位高度，這樣主控室就可以直接看到就地疏水箱的水位高度，將此電信號(hào)作為控制疏水箱水位的信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

2 調(diào)零、量程遷移、量程調(diào)整

        當(dāng)智能差壓變送器的正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè)與疏水箱的工藝零點(diǎn)和滿水位一一對(duì)應(yīng)時(shí)，不需要遷移量程，也不需要調(diào)整量程。但是在使用時(shí)，考慮到更便于安裝和維護(hù)，取壓點(diǎn)無(wú)法和實(shí)際水位準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，這時(shí)就需要遷移量程，甚至調(diào)整量程。

設(shè)變送器輸入值為x，輸出值為Y，測(cè)量部分的轉(zhuǎn)換系數(shù)為D，放大器的放大系數(shù)為K，反饋部分的反饋系數(shù)為F 則有：

得出變送器的輸出和輸入的關(guān)系取決于測(cè)量部分和反饋部分的特性而與放大器的特性幾乎無(wú)關(guān)。其中量程遷移是改變了z0，是將變送器的測(cè)量范圍向左或者向右移動(dòng)，而量程的大小沒(méi)有發(fā)生變化；量程的調(diào)整是通過(guò)改變反饋系數(shù)，則改變了輸出與輸入關(guān)系的斜率，其量程的大小發(fā)生改變。如圖2 所示。

2.1 零點(diǎn)檢查
關(guān)閉三閥組中的正負(fù)壓閥門(mén)，打開(kāi)平衡閥，此時(shí)變送器輸出值應(yīng)量程最大值，即20mA ,0Kpa。

2.2 校零
在上述零點(diǎn)檢查中，發(fā)現(xiàn)變送器無(wú)法達(dá)到最大值，可打開(kāi)變送器后的排氣孔進(jìn)行排氣[1]；如果不行，打開(kāi)排污閥進(jìn)行排污，并檢查管道和閥門(mén)處是否有堵塞漏液的情況發(fā)生。

如果經(jīng)過(guò)上述排查后，變送器仍然無(wú)法歸零，可以將HART475 連接到變送器，在475 中選擇較零功能，對(duì)變送器較零。

2.3 量程未遷移
當(dāng)變送器的正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè)的取樣口與疏水箱的工藝零點(diǎn)和滿水位對(duì)應(yīng)時(shí)，則不需要進(jìn)行量程遷移。

2.4 量程正遷移
如果需要測(cè)量起點(diǎn)比參考零點(diǎn)的值高，則需要正遷移。若要變送器測(cè)量范圍為1500~3000mmH2O，而原量程為0~1500mmH2O，則需要正遷移100%。

2.5 量程負(fù)遷移
如果需要測(cè)量起點(diǎn)比參考零點(diǎn)的值低，則需要負(fù)遷移。若要變送器測(cè)量范圍為-1500~0mmH2O ，而原量程為0~1500mmH2O，則需要負(fù)遷移100%。

2.6 量程大小調(diào)整
輸出信號(hào)的上限值y 與測(cè)量范圍的上限值x 不對(duì)應(yīng)時(shí)，則需要調(diào)整量程大小。調(diào)整量程大小的方法通常是改變反饋部分的反饋系數(shù)F，反饋系數(shù)越大，量程則越小；反之，反饋系數(shù)越小，量程越大。

3 調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷及解決辦法
3.1 導(dǎo)壓管堵塞
       一方面智能差壓變送器的導(dǎo)壓管和閥門(mén)，以及管道接口處，長(zhǎng)期處在高溫水和蒸汽中，很容易發(fā)生腐蝕；另一方面在初次調(diào)試階段，由于安裝單位在安裝過(guò)程中容易將鐵銹和雜質(zhì)等灌入導(dǎo)壓管，并且管道中的閥門(mén)內(nèi)徑比較小，鐵銹或者其他雜質(zhì)很容易在這里淤積。在一次調(diào)試過(guò)程中，就發(fā)現(xiàn)了平衡閥打開(kāi)或者關(guān)閉后，測(cè)量值都沒(méi)有發(fā)生變化，原因就是平衡閥發(fā)生了堵塞。
       解決辦法：對(duì)管道定期排污或者沖洗，減少管道中的顆粒物的存量；盡量多的使用耐腐蝕的管道和閥門(mén)。當(dāng)閥門(mén)發(fā)生堵塞時(shí)，在做了相應(yīng)的隔離后，可將其拆下沖洗去污。

3.2 導(dǎo)壓管泄漏或者有氣泡
       在導(dǎo)壓管與閥門(mén)或者變送器表頭接口處，螺絲松動(dòng)或者密封不好，將導(dǎo)致介質(zhì)泄漏或引入氣泡。
       解決辦法：導(dǎo)壓管和閥門(mén)或者變送器表頭接口處泄漏
時(shí)，可以將此處螺絲緊固。如果緊固后仍然泄漏，則考慮是墊片變形無(wú)法密封，可以更換墊片后，再進(jìn)行緊固；導(dǎo)壓管內(nèi)有氣泡，可以將變送器后的排氣口打開(kāi)，當(dāng)流出的液體為均勻流速，而不再是斷斷續(xù)續(xù)時(shí)，則說(shuō)明排氣完成。

3.3 線路故障
安裝和使用過(guò)程中，變送器的接線和控制回路的接線可能會(huì)被接錯(cuò)，一些無(wú)操作可能會(huì)導(dǎo)致表頭的損壞，甚至燒毀電路板。
       解決辦法：檢查變送器表頭的電源線是否接反、接錯(cuò)；檢查變送器是否有24V 直流電壓；檢查表頭是否損壞，檢查電路板是否燒毀。如果變送器仍存在問(wèn)題，將電流表串聯(lián)接入電源回路，檢查電流是否正常。若正常則說(shuō)明變送器正常，應(yīng)檢查回路中其他儀表是否有故障。

4 調(diào)試和使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)
1）禁止將高于36V 的電壓加到變送器上，以防燒壞變送器。
2）禁止將硬物觸碰膜片，以防隔離膜片損壞。
3）請(qǐng)勿將變送器接到結(jié)冰的介質(zhì)上，介質(zhì)結(jié)冰會(huì)損壞傳感器。
4）介質(zhì)溫度不應(yīng)超過(guò)變送器的使用溫度范圍。
5）測(cè)量壓力不應(yīng)超過(guò)變送器的壓力測(cè)量范圍。
6）變送器投用時(shí)，要緩慢打開(kāi)閥門(mén)，防止被測(cè)介質(zhì)對(duì)隔離膜片造成過(guò)大沖擊。

5 結(jié)束語(yǔ)
海南昌江核電廠汽水分離器疏水箱采用了霍尼韋爾ST3000 系列智能差壓變送器，該變送器環(huán)境適應(yīng)性好、安裝和調(diào)試方便、測(cè)量精度高，其本身發(fā)生故障的幾率較小。在調(diào)試過(guò)程中，若出現(xiàn)誤差偏大，甚至無(wú)法正常測(cè)量的故障時(shí)，主要原因一方面是零點(diǎn)未校準(zhǔn)、量程沒(méi)有正確遷移、負(fù)壓側(cè)平衡罐沒(méi)有充滿液體；另一方面是導(dǎo)壓管連接處或者閥門(mén)處發(fā)生堵塞、漏液等故障。在以后的調(diào)試過(guò)程中，可以先對(duì)變送器進(jìn)行排污、排氣操作；在變送器首次投用時(shí)，緩慢開(kāi)啟閥門(mén)，防止隔離膜片損壞；在緊固閥門(mén)時(shí)，切勿野蠻施工，因?yàn)槁萁z的螺紋是脆弱的；在變送器量程遷移時(shí)，要準(zhǔn)確測(cè)量，努力保證測(cè)量的精確度。