寧德核電廠核取樣系統(tǒng)流量計(jì)改進(jìn)研究

寧德核電站核取樣系統(tǒng)（REN）流量變送器（MD）頻繁故障。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)核查及系統(tǒng)分析確定故障原因，并針對(duì)該故障問(wèn)題進(jìn)行研究，提出并論證改進(jìn)方案。

寧德核電站 REN 核取樣系統(tǒng)，通過(guò)液體和氣體集中取樣供進(jìn)行化學(xué)和放射化學(xué)分析，采樣主要來(lái)源有反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)、廢液/廢氣處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器二次側(cè)和蒸發(fā)器排污系統(tǒng)，采樣大多存在放射性劑量。近期通過(guò)采集統(tǒng)計(jì) REN 系統(tǒng)故障缺陷，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng) MD 流量變送器故障頻繁。下文將針對(duì)該故障產(chǎn)生原因及改進(jìn)方案進(jìn)行分析。

1 故障分析

1.1 故障現(xiàn)象

寧德核電采用 CPR-1000 堆型，其化學(xué)取樣系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)REN）分別對(duì)一、二回路的水介質(zhì)進(jìn)行連續(xù)取樣監(jiān)測(cè)，持續(xù)監(jiān)測(cè)水介質(zhì)中化學(xué)硼、鋰、氯化物、鹽、氧、鈉等成分，控制水質(zhì)在核電站《化學(xué)與放射化學(xué)技術(shù)規(guī)范》要求的限制內(nèi)。取樣設(shè)計(jì)要求對(duì)取樣連續(xù)流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)并在一定的流量限值下，取樣才真實(shí)有效，因此 REN 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了流量監(jiān)測(cè)變送器 52 臺(tái)，功能位置分別為 1/2/3/4REN001～007/020～022MD、8/9REN361～366MD。

通過(guò)查找統(tǒng)計(jì)歷史故障，從 2014 年首臺(tái)機(jī)組商運(yùn)至 2016 年 6 月底，這些流量變送器 1 號(hào)機(jī)累計(jì)故障 22 次，2 號(hào)機(jī) 15 次，3 號(hào)機(jī) 7 次，4 號(hào)機(jī) 2 次。故障主要表現(xiàn)為卡澀、堵塞、無(wú)讀數(shù)，特別是機(jī)組大修啟停前后，因水質(zhì)凈化過(guò)程中，有部分細(xì)小的雜質(zhì)使得流量計(jì)渦輪頻繁堵塞、卡死。

1.2 故障分析

1.2.1 流量計(jì)工作原理分析 REN 系統(tǒng)流量計(jì)采用法國(guó)福爾赫曼廠家的渦輪型 TZN 系列一體式流量計(jì)。其工作原理為流量計(jì)內(nèi)部感測(cè)元件渦輪裝配的測(cè)量腔中，由可在滾珠軸承上自由旋轉(zhuǎn)的渦輪，當(dāng)取樣流體通過(guò)測(cè)量腔時(shí)，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子切割感應(yīng)檢測(cè)線(xiàn)圈產(chǎn)生頻率信號(hào)，渦輪旋轉(zhuǎn)的速度（頻率信號(hào)）和單位面積內(nèi)介質(zhì)流量成比例關(guān)系。流量計(jì)內(nèi)部的變送器處理頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)的流量值。

1.2.2 REN 系統(tǒng)流量計(jì)故障原因分析查詢(xún)渦輪流量計(jì)運(yùn)行維修手冊(cè)（簡(jiǎn)稱(chēng) EOMM）對(duì)水質(zhì)的清潔度有較高的要求，為保護(hù)流量計(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，在流量計(jì)前必須安裝過(guò)濾器保證水質(zhì)的清潔。CPR1000 機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有在流量計(jì)前安裝過(guò)濾器。因過(guò)濾器的缺失，系統(tǒng)回路中部分細(xì)小雜質(zhì)（特別是大修前后）逐漸累積到渦輪流量計(jì)轉(zhuǎn)子上，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子卡塞、卡死等故障。

2 改進(jìn)方案探討

2.1 改進(jìn)方案 1：在渦輪流量計(jì)前取樣管線(xiàn)加裝過(guò)濾器

根據(jù)渦輪流量計(jì)對(duì)系統(tǒng)水質(zhì)清潔度的要求，在取樣前段增設(shè)過(guò)濾器。該方案需進(jìn)行核取樣系統(tǒng)工程改造，具體需開(kāi)展的工作有：對(duì)原管線(xiàn)進(jìn)行切割并焊接法蘭、過(guò)濾器選型、安裝過(guò)濾器后對(duì)管線(xiàn)重新進(jìn)行抗震計(jì)算等工作。同時(shí)加裝過(guò)濾器后，又增加了過(guò)濾器堵塞的故障點(diǎn)，會(huì)增加更換或清潔過(guò)濾器濾網(wǎng)作業(yè)，增加過(guò)濾器及后續(xù)濾網(wǎng)更換工作均會(huì)增加人員受照劑量增加。

綜上所述該方案實(shí)施成本較高，且增加了后期維護(hù)工作量和人員照射劑量。該方案經(jīng)濟(jì)性成本較高，增加的過(guò)濾器維護(hù)保養(yǎng)比現(xiàn)階段更換渦輪流量計(jì)的工作量更大，因此該不可取。

2.2 改進(jìn)方案 2：渦輪流量計(jì)換型

通過(guò)故障分析，原有的渦輪流量計(jì)選型和設(shè)計(jì)安裝上存在較大弊端，無(wú)法滿(mǎn)足取樣管線(xiàn)中水質(zhì)情況。從儀表本身著

手考慮進(jìn)行儀表?yè)Q型，選取符合 REN 系統(tǒng)水質(zhì)情況的新型儀表。

2.2.1 儀表選型

目前，存在大約有超過(guò)上 100 種不同的流量測(cè)量?jī)x表，選用合適的儀表，應(yīng)首先了解流量?jī)x表的性能特點(diǎn)，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用的工況條件，最終才能選擇合適的流量計(jì)。

在眾多類(lèi)型的流量測(cè)量?jī)x表中選擇最佳適用工況的流量計(jì)，應(yīng)綜合考慮流量?jī)x表的類(lèi)型、特點(diǎn)、環(huán)境因素及選型準(zhǔn)則。

根據(jù)流體水質(zhì)較差，存在雜質(zhì)的特性，可選取差壓式（孔板或槭形管）、電磁式、超聲式（多普勒法）、科里奧利質(zhì)量式；后再結(jié)合儀表工況要求的高精度、流體具有放射腐蝕性等，初步鎖定電磁式流量計(jì)，同時(shí)也進(jìn)行了廠家調(diào)研，收集了同行福清核電應(yīng)用反饋，電磁流量計(jì)具有廣泛的適用性，也有核電應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

考慮經(jīng)濟(jì)效益，電磁流量計(jì)價(jià)格較高，但考慮儀表的運(yùn)行維修費(fèi)用，包含維修、定期校驗(yàn)費(fèi)用、設(shè)備采購(gòu)、安裝調(diào)試投入。

除了選型匹配性和經(jīng)濟(jì)性之外，還要考慮儀表的改進(jìn)設(shè)計(jì)變更因素，包括流量計(jì)上下游管線(xiàn)是否需要改進(jìn)，新型電磁流量重量變化對(duì)管線(xiàn)及儀表整體進(jìn)行抗震計(jì)算甚至安裝支撐架，甚至還要考慮壓力損失的影響。

2.2.2 電磁式流量計(jì)特性電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種新

型流量計(jì)。其測(cè)量原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，切割磁力線(xiàn)，在其電極兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由電動(dòng)勢(shì)的大小換算成流量。在測(cè)量管內(nèi)無(wú)阻流及活動(dòng)部件，不會(huì)造成卡澀、堵塞等故障，也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成額外的壓損，日常維護(hù)工作量少，可避免人員頻繁的受照劑量。

測(cè)量流量時(shí)，流體流過(guò)垂直于流動(dòng)方向的磁場(chǎng)，導(dǎo)電性流體的流動(dòng)感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電勢(shì)，因此要求被測(cè)的流動(dòng)液體高于最低限度的電導(dǎo)率。

2.2.3 儀表?yè)Q型要考慮的關(guān)鍵參數(shù)儀表選型應(yīng)充分考慮適應(yīng)性和匹配性，例如介質(zhì)壓力、

溫度、通流量、環(huán)境因素、機(jī)械安裝接口、電氣接口，而電磁流量計(jì)更重要的要考慮介質(zhì)的電導(dǎo)率大小。有兩種情況是不適合選用電磁流量計(jì)（通常 DN 大于 10mm 時(shí)，電導(dǎo)率低于

5us/cm 或者 DN 小于 10mm 時(shí)，電導(dǎo)率低于 20us/cm 時(shí)）。

通過(guò)上表的 9 個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)論證、相關(guān)計(jì)算等因素分析對(duì)比，以及現(xiàn)場(chǎng)布置核實(shí)，化學(xué)數(shù)據(jù)調(diào)查，此改進(jìn)方案具有可實(shí)施性，能夠有效地降低設(shè)備故障、維修率。

綜上所述，從儀表的選型、外部經(jīng)驗(yàn)反饋以及電磁流量計(jì)的特性，設(shè)計(jì)改進(jìn)的可行性等綜合考慮，流量計(jì)換型的方2 技術(shù)成熟可行、經(jīng)濟(jì)效益良好、改造成本可控，可將方2 作為改進(jìn)方案，后續(xù)在機(jī)組大修期間擇機(jī)實(shí)施。