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宁德核电厂核取样系统流量计改进研究

时间:2017-03-06 15:30 来源:http://www.shslgs.com 点击数:

宁德核电厂核取样系统流量计改进研究

宁德核电站核取样系统(REN)流量变送器(MD)频繁故障。通过现场核查及系统分析确定故障原因,并针对该故障问题进行研究,提出并论证改进方案。

宁德核电站 REN 核取样系统,通过液体和气体集中取样供进行化学和放射化学分析,采样主要来源有反应堆冷却剂系统、废液/废气处理系统、蒸汽发生器二次侧和蒸发器排污系统,采样大多存在放射性剂量。近期通过采集统计 REN 系统故障缺陷,发现该系统 MD 流量变送器故障频繁。下文将针对该故障产生原因及改进方案进行分析。

1 故障分析

1.1 故障现象

 

宁德核电采用 CPR-1000 堆型,其化学取样系统(简称REN)分别对一、二回路的水介质进行连续取样监测,持续监测水介质中化学硼、锂、氯化物、盐、氧、钠等成分,控制水质在核电站《化学与放射化学技术规范》要求的限制内。取样设计要求对取样连续流量进行监测并在一定的流量限值下,取样才真实有效,因此 REN 系统设计了流量监测变送器 52 台,功能位置分别为 1/2/3/4REN001007/020022MD8/9REN361366MD

 

通过查找统计历史故障,从 2014 年首台机组商运至 2016 6 月底,这些流量变送器 1 号机累计故障 22 次,2 号机 15 次,3 号机 7 次,4 号机 2 次。故障主要表现为卡涩、堵塞、无读数,特别是机组大修启停前后,因水质净化过程中,有部分细小的杂质使得流量计涡轮频繁堵塞、卡死。

1.2 故障分析

 

1.2.1 流量计工作原理分析 REN 系统流量计采用法国福尔赫曼厂家的涡轮型 TZN 系列一体式流量计。其工作原理为流量计内部感测元件涡轮装配的测量腔中,由可在滚珠轴承上自由旋转的涡轮,当取样流体通过测量腔时,推动涡轮旋转,涡轮旋转带动转子,使转子切割感应检测线圈产生频率信号,涡轮旋转的速度(频率信号)和单位面积内介质流量成比例关系。流量计内部的变送器处理频率信号转换为实时的流量值。

 

1.2.2 REN 系统流量计故障原因分析查询涡轮流量计运行维修手册(简称 EOMM)对水质的清洁度有较高的要求,为保护流量计长期稳定运行,在流量计前必须安装过滤器保证水质的清洁。CPR1000 机组在设计时并没有在流量计前安装过滤器。因过滤器的缺失,系统回路中部分细小杂质(特别是大修前后)逐渐累积到涡轮流量计转子上,导致转子卡塞、卡死等故障。

2 改进方案探讨

 

2.1 改进方案 1:在涡轮流量计前取样管线加装过滤器

根据涡轮流量计对系统水质清洁度的要求,在取样前段增设过滤器。该方案需进行核取样系统工程改造,具体需开展的工作有:对原管线进行切割并焊接法兰、过滤器选型、安装过滤器后对管线重新进行抗震计算等工作。同时加装过滤器后,又增加了过滤器堵塞的故障点,会增加更换或清洁过滤器滤网作业,增加过滤器及后续滤网更换工作均会增加人员受照剂量增加。

 

综上所述该方案实施成本较高,且增加了后期维护工作量和人员照射剂量。该方案经济性成本较高,增加的过滤器维护保养比现阶段更换涡轮流量计的工作量更大,因此该不可取。

 

2.2 改进方案 2:涡轮流量计换型

 

通过故障分析,原有的涡轮流量计选型和设计安装上存在较大弊端,无法满足取样管线中水质情况。从仪表本身着

手考虑进行仪表换型,选取符合 REN 系统水质情况的新型仪表。

 

2.2.1 仪表选型

 

目前,存在大约有超过上 100 种不同的流量测量仪表,选用合适的仪表,应首先了解流量仪表的性能特点,再结合现场使用的工况条件,最终才能选择合适的流量计。

 

在众多类型的流量测量仪表中选择最佳适用工况的流量计,应综合考虑流量仪表的类型、特点、环境因素及选型准则。

 

根据流体水质较差,存在杂质的特性,可选取差压式(孔板或槭形管)、电磁式、超声式(多普勒法)、科里奥利质量式;后再结合仪表工况要求的高精度、流体具有放射腐蚀性等,初步锁定电磁式流量计,同时也进行了厂家调研,收集了同行福清核电应用反馈,电磁流量计具有广泛的适用性,也有核电应用经验。

 

考虑经济效益,电磁流量计价格较高,但考虑仪表的运行维修费用,包含维修、定期校验费用、设备采购、安装调试投入。

 

除了选型匹配性和经济性之外,还要考虑仪表的改进设计变更因素,包括流量计上下游管线是否需要改进,新型电磁流量重量变化对管线及仪表整体进行抗震计算甚至安装支撑架,甚至还要考虑压力损失的影响。

 

2.2.2 电磁式流量计特性电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种新

 

型流量计。其测量原理基于法拉第电磁感应定律,即导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动,切割磁力线,在其电极两端产生感应电动势,由电动势的大小换算成流量。在测量管内无阻流及活动部件,不会造成卡涩、堵塞等故障,也不会对系统造成额外的压损,日常维护工作量少,可避免人员频繁的受照剂量。

 

测量流量时,流体流过垂直于流动方向的磁场,导电性流体的流动感应出一个与平均流速成正比的电势,因此要求被测的流动液体高于最低限度的电导率。

 

2.2.3 仪表换型要考虑的关键参数仪表选型应充分考虑适应性和匹配性,例如介质压力、

 

温度、通流量、环境因素、机械安装接口、电气接口,而电磁流量计更重要的要考虑介质的电导率大小。有两种情况是不适合选用电磁流量计(通常 DN 大于 10mm 时,电导率低于

 

5us/cm 或者 DN 小于 10mm 时,电导率低于 20us/cm 时)。

 

通过上表的 9 个要点进行设计论证、相关计算等因素分析对比,以及现场布置核实,化学数据调查,此改进方案具有可实施性,能够有效地降低设备故障、维修率。

 

综上所述,从仪表的选型、外部经验反馈以及电磁流量计的特性,设计改进的可行性等综合考虑,流量计换型的方2 技术成熟可行、经济效益良好、改造成本可控,可将方2 作为改进方案,后续在机组大修期间择机实施。