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核電廠GSS系統疏水箱雷達液位計故障分析及處理

作者: 來源: 發布時間:2019-12-24 09:35:06

 摘 要 :自方家山機組投入運行以來,每個疏水箱上的 3 支液位計均存在數值有偏差的情況,尤其是在升功率過程中液位測量偏差較大,對疏水調節控制產生影響。結合 GSS 系統疏水箱液位調節特點及歷史缺陷情況,分析了疏水箱液位計產生數值偏差的原因,提出更換液位計安裝方式的措施,對液位計進行移位設計。改造后運行結果表明,該處理措施初步解決了液位偏差大的問題,保障了機組安全穩定運行。

 
汽水分離再熱器系統是核電廠重要系統之一,對高壓缸排汽進行除濕和再熱,降低進入低壓缸蒸汽濕度,使其具有一定過熱度,提高進低壓缸做功的蒸汽品質。汽水分離再熱器為核電站二回路內重要熱力設備 [1],系統由兩臺汽水分離再熱器(MSR)、6 臺疏水箱及相應的蒸汽和疏水管道組成,整個系統總體上可分為汽水分離再熱部分和疏水收集回流部分。每臺 MSR 的疏水部分由 3 臺疏水箱以及相應的管道和閥門組成,分別為一級、二級、殼側疏水箱,每臺疏水箱的液位由 3 支導波雷達液位計進行控制。
 
1 事件概述
方家山 MSR 共有 6 個疏水箱,分別為左右一級、左右二級、左右殼側疏水箱。其中一級、二級疏水箱位于 MX廠房 3.5m 位置標高處,每臺箱體上各以直插的安裝方式安裝了 3 支導波雷達液位計(共 18 支)。其中,殼側疏水箱液位信號參與停機保護(現場布置見圖 1 液位計安裝圖)。
液位計安裝圖
1.1 導波雷達液位計原理
導波雷達液位計主要利用時域反射原理(TDR),發射——反射——接收。雷達波以光速運行,運行時間可以通過電子部件被轉換成物位信號。探頭發射高頻脈沖并沿探桿傳播,當脈沖遇到物料表面時,反射回來被儀表內的接收器接受,并將距離信號轉化為物位信號。信號經智能處理器進行顯示、報警、操作等。導波雷達液位計可用于易燃、易爆、高粘度、高腐蝕性等介質液位的精確測量,特別適用于大型立罐和球罐 [2]。
 
1.2 當前問題
方家山核電機組自商運以來,MSR 疏水箱內多次發生液位高漂的問題,并且還存在表計之間偏差較大的問題,發生一支液位計與其他兩支相比偏差較大(大約 10%)的情況(見圖 2 液位趨勢圖),主要問題存在于探桿和表頭。
液位趨勢圖
1.2.1 探桿問題
在歷次大修執行 GSS 系統 MSR 疏水箱液位計預防性維修檢查時發現,部分導波桿支撐件破碎并丟失,同時存在探桿根部焊縫有裂痕的問題,見圖 3 焊縫裂痕和支撐件丟失。
焊縫裂痕和支撐件丟失
1.2.2 表頭問題
在大修期間拆下表頭,發現表頭與探桿連接處的探針附近存在水漬的情況。在做通道檢查時候發現,稍有觸碰表頭電子板卡,數值有較大變化。
 
以上缺陷問題,勢必導致導波雷達液位計功能喪失、測量不準確,特別是殼側疏水箱液位信號涉及停機保護,長期的重復缺陷問題將帶來不可預測的停機風險。
 
2 原因分析
在歷次大修機組升功率期間,同一疏水箱內的 3 支導波雷達液位計間的液位顯示值偏差逐漸變大。根據 102 大修拆下的導波雷達液位計導波桿的支撐件破碎以及焊縫開裂的情況,可以推斷出以下幾點:
 
1)測量環境惡劣
疏水箱內水位持續擾動對導波桿形成沖擊,壓力高、振動大,導波桿晃動可能造成測量不準。
發生概率級別:I。
 
2)變送器表頭溫度過高
現場表頭的溫度長期處于高溫環境(溫度zui高的二級疏水箱可達到 50℃),長期的高溫勢必會影響電子器件的穩定性。
發生概率級別:II。
 
3)導波桿支撐件破碎
目前頂裝式的安裝方式極易導致導波桿支架損壞,導波傳導部分與外壁碰撞影響測量。
發生概率級別:I。
 
4)汽水環境過于復雜
導波桿采用的蒸汽補償技術,僅以導波桿下 6 英寸處雷達波的速率作為參考,若整個罐體內汽水分布不均,將影響液位測量的準確性。
發生概率級別:III。
 
5)工況發生變化
現場工況發生變化比如甩負荷時,會發生短時間的低溫高壓環境。探桿螺紋根部由于與罐體接口連接處的緊封情況容易發生散熱困難,導致跳變情況。
發生概率級別:III。
 
6)設備本身質量問題
拆裝表頭發現插針附近存在水漬情況表明:表頭密封填料問題導致高溫蒸汽滲透,降低設備性能,影響測量準確性,存在運行期間液位計漂表情況。
發生概率級別:III。
 
3 處理措施
結合以上趨勢和分析結果可以得出:所有箱體上液位計均有偏差。相比較而言,液位偏差大主要集中在二級疏水箱(所有疏水箱中溫度壓力zui高),其次是一級、zui后是殼側(偏差較?。?。由此可見,復雜的工況環境對設備功能影響較大,液位計直插的安裝方式勢必會帶來箱體內復雜環境所造成的設備缺陷問題,加之當前直插式安裝方式無法滿足功率運行期間日常在線隔離檢修的要求。因此,將所有導波雷達液位計移出,以外置浮筒式安裝是目前主要的解決方案。此方案可以zui大限度地降低容器內高溫、高壓和復雜工況帶來的問題,此外在二級水箱試用分體式導波雷達液位計,降低高溫給表頭帶來的電子板卡老化現象導致的設備性能下降的風險 [3]。
 
3.1 移位方案的必要性
1)自調試以來,多次發生漂表、表頭故障、支撐件破
碎等問題;2)無法在運行期間進行在線隔離檢修工作;3)殼側疏水箱有液位高高三取二跳機信號,液位計漂表情況極易導致機組誤停機。
 
3.2 方案實施過程
3.2.1 移位方案
1)在每個疏水箱外部靠近水側取壓口處,安裝 3 個測量筒用于雷達液位計的安置以及液位測量;每個測量筒的汽側取壓口仍然選用原導波雷達液位計接口,而水側取壓口引用原水汽取樣口、磁翻板液位計取壓口,以左側一級水箱布置圖為例,見圖 4 左側一級水箱布置圖(側視圖)。
左側一級水箱布置圖(側視圖)
2)采用原導波雷達液位計配套用浮筒,浮筒接口管線應避免直角、彎管盡量不產生較大坡度,防止汽側發生汽封現象。
3)由于部分疏水箱安裝位置懸于半空,平臺有限,需要土建外延支撐平臺。
 
3.2.2 分體式方案
由于二級疏水箱內溫度壓力zui高,將左、右兩側疏水箱上的 6 支液位計全部更換為法蘭連接方式的分體式導波雷達液位計,以減少高溫給表頭電子元器件帶來的損害。
 
4 結論及建議
1)運行期間
目前,機組已按照以上方案進行了改造,改造后的首次大修檢查中探桿內支撐件大部分完好,并且滿功率運行期間基本未發生 3 支液位計較大偏差的情況。
 
2)升降功率期間
但是在機組啟、停機階段,仍然發生 3 支液位計間存在偏差較大情況。根據改造后現場情況來看,液位計的移位很大程度上解決了支撐件破碎的情況,并且滿足了在線隔離檢修的要求,降低了停機、停堆的風險。但是對于啟停機階段存在的偏差問題,由于啟停階段復雜的工況,例如壓力溫度的劇烈變化、移位后的滯后情況、產品的溫度補償功能是否適應實際工況等諸多因素疊加,都會導致目前的偏差情況。如何解決此類問題,還需要結合液位計產品本身以及現場實際工況等諸多因素進行深度分析。

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