核電站一回路穩壓器水位測量與計算

　　一、穩壓器水位控制和保護
　　
　　核電站穩壓器是核反應堆冷卻劑系統（RCP）中的重要設備，在穩態運行時其保持正常的RCP壓力，在瞬態時其將RCP壓力限制在允許值內。此外，穩壓器還作為反應堆冷卻劑的緩沖水箱，保證一回路處于滿水狀態。在額定功率下，穩壓器內約60環是飽和水，40%為飽和蒸汽，穩壓器底部（液體區）通過波動管與RCP一條環路的熱管段相連。RCP是一個充滿水的系統，穩壓器中的壓力將傳至整個RCP。穩壓器水位不能太高或太低，否則會導致壓力調節失效或者電加熱器裸露燒毀。導致穩壓器水位變化的主要因素有:（1）負荷改變使反應堆冷卻劑平均溫度改變引起冷卻劑體積變化；（2）穩壓器上充流量與下泄流量不平衡（如打開下泄孔板、冷卻劑泄漏和起動第2臺上充泵等）。穩壓器水位控制保護系統的功能是將穩壓器水位調節在整定值附近，確保穩壓器運行工況能夠滿足壓力控制的需要，并且保護設備安全。穩壓器水位變送器不但起測量與監視水位的作用，而且用于穩壓器水位控制和保護。穩壓器水位控制保護模擬簡圖見圖1。　　
　　從圖1可見，穩壓器的水位由3個獨立的6000系列核級差壓水位變送器（0llMN、008MN、007MN）同時測量，其測量信號被分別送至電氣間3個獨立的SIP保護柜（SIPl組、SIP2組、SIP3組）進行數據轉換，（4~20）mA電流信號經轉換器（RS）轉換為（1~5）VDC電壓信號，3路電壓信號又各分兩路，其中一路去閥值繼電器（XU），在邏輯處理單元進行三取二邏輯運算后產生穩壓器水位高核反應堆跳閘信號。另外一路去選擇開關（444CC），經調節器（404RG）控制上充給水調節閥進行穩壓器水位調節。由此可見，3個水位測量信號既參與穩壓器水位調節，又參與核反應堆跳閘邏輯保護，因此3個水位變送器的準確測量，對穩壓器水位調節和水位保護都起著至關重要的作用。
　　
　　二、穩壓器水位的測量及計算
　　
　　圖2為穩壓器水位測量安裝圖。差壓變送器一側與穩壓器下部管嘴相連，反映水位產生的壓力，另一側與一個參考液毛細管相連，參考液毛細管上端通過冷凝罐與穩壓器氣空間相連，它們中間有一個隔膜把參考液毛細管的水與冷凝罐隔開，以防止穩壓器水中分離出來的氫氣形成氣泡帶入參考液毛細管中，影響其測量精度。　　
　　在穩壓器中，汽、水兩相共存，處于飽和狀態。以穩壓器水位測量變送器為例，計算滿功率穩定運行工況下007MN在O和水位時所受到的差壓值和停堆換料維修時校驗007MN所需加給變送器的差壓值。假設校驗時的環境溫度為25℃，根據圖2中標示的數據及給定的已知數據可以計算007MN在O和水位時的壓力值。在滿功率穩定運行工況下，穩壓器壓力為15.5MPa，其對應的飽和溫度344℃。穩壓器在該壓力、溫度下的飽和水密度ρ3=0.59395×lO3kg/m3，飽和蒸汽密度ρ3=0.10l9×1O3kg/m3。此外，取壓管正、負壓側遠離穩壓器本體，其取壓管實際溫度接近環境溫度30℃，所以穩壓器在壓力15.5MPa下，該正、負壓側取壓管處末飽和水密度應為ρ1=ρ2=ρ5=1.002×l03。一個大氣壓滿功率工況下007MN在O和水位時所受到的差壓計算。
　　
　　在0水位（4mA）時:
　　
　　△P0=P+-P_=[ρ3g（L3+L4）+ρ5gL5]-（ρ1gL1+ρ2gL2）
　　
　　式中，P+為007MN正壓側壓力，Pa;P_為007MN負壓側壓力，Pa;△P0為0水位差壓，Pa;g為重力加速度。
　　
　　△P0=0.10l9×lO3×9.8×（O.013+9.765）十1.0O2×1O3×9.8×1.938-1.0O2×lO3×9.8×0.341
　　
　　-1.002×1O3×9.8×11.375=-86251.54
　　
　　在水位（2OmA）時:
　　
　　△P=P+-P_=（ρ3gL3十ρ4gL4十ρ5gL5）-（ρ1gL1十ρ2gL2）=0.10l9×lO3×9.8×0.013十0.59395×103×9.8×9.765+1.002×103×9.8×1.938一1.002×1O3×9.8×0，341-1.002×1O3×9.8×11.375=-39163.83
　　
　　式中△P為水位差壓，Pa。
　　
　　停堆換料維修時校驗007MN在O和100姊水位時加給變送器的差壓計算。
　　
　　因為007MN的負壓側是毛細管，校驗時不可拆，所以校驗007MN時必須連同負壓側的毛細管一同校驗，此時007MN負壓側毛細管產生的靜壓為:
　　
　　P_=ρ×g×（L1十L2）而ρ=l000.54-0.0252×t-O.0045×t2
　　
　　p=1000.54-0.0252×25-0.0045×252=997.0975kg/m3
　　
　　p_=997.0975×9.8×11.716=114483.554
　　
　　在0水位（4mA）時:
　　
　　△Po=P+o-P-
　　
　　P+o=28232
　　
　　在水位（2OmA）時:
　　
　　△Pl00%=P+l00%—P—
　　
　　P+l00%=75315.9
　　
　　式中，P+0為0水位時007MN正壓側壓力；P+為水位時007MN正壓側壓力。
　　
　　所以，在0和100始007MN正壓側加壓值分別為28232Pa、75315.9Pa。
　　
　　密度是校驗壓力值計算的關鍵。滿功率時，007MN正、負壓側取壓管內介質屬于未飽和水（壓力高而溫度低），密度與穩壓器內飽和水密度不同。在換料大修期間，反應堆廠房溫度不同，007MN負壓側毛細管內及冷凝水罐中除鹽水的密度也會不同。一般情況下，在一個大氣壓下，2O℃水的密度近似為0.998×
　　
　　1O3kg/m3，而對在其它溫度時水的密度，可以查表或根據經驗公式p=l000.54-0.0252×t-O.0045×t2計算。
　　
　　三、測量誤差帶來的風險
　　
　　水位變送器的準確測量是穩壓器安全運行的重要條件，而校驗變送器所用的校驗數據正確是水位變送
　　
　　器準確測量的前提。由圖1可見，如果444CC選擇008MN、007MN作為報警、調節控制水位，而007MN校驗數據不準確使測量偏低，則在穩壓器水位定值不變的條件下，由007MN測量控制調節穩壓器水位，穩壓器實際水位就會偏高。當另外2個水位變送器008MN和0llMN測得的水位達到高水位定值時，就會造成2/3反應堆跳閘的風險。