浅谈2MX2AHP高压加热器液位测量改造的可行性

扈新鹏

中国核工业第五建设有限公司　浙江嘉兴　314303



浅谈2MX2AHP高压加热器液位测量改造的可行性

扈新鹏

中国核工业第五建设有限公司浙江嘉兴314303

针对秦山核电一期工程方家山核电项目常规岛2MX2AHP高压加热器运行状况，对液位测量差压变送器测量液位过程中所遇到的假液位、液位波动、启机时液位正压室无液等问题进行技术分析，建议采用导波雷达液位计替代差压变送器来进行测量。

高压加热器； 差压变送器； 导波雷达； 液位计

1　工程概况

高压给水加热器系统的功能是利用汽轮机高压缸抽汽加热高压给水，并接受第一级和第二级再热器疏水和排汽，以提高回热系统的效率。高压给水加热器系统位于常规岛汽轮机厂房+0.00m层，由并列的两列(HPA列和HPB列)高压给水加热器组成，每列高压给水加热器组由一台HP6高压给水加热器和一台HP7高压给水加热器串联组成。高压给水加热器为卧式表面凝结型换热器，以额定工况(TMCR)参数进行换热面积设计。其流程包括给水系统、抽汽系统、疏水系统、放汽系统和卸压系统。

2　高压给水加热器液位测量方式

在核电站设计要求中，高压给水加热器液位测量的是实际液位，目前大多数设计中采用平衡容器与差压变送器进行测量。而高压给水加热器系统的结构及负压工作环境给测量方案带来了挑战。方家山1#、2#机组高压给水加热器液位测量系统均采用液位变送器及液位开关配合测量的方式进行自动调节和保护动作，现对2#机组6、7号高压给水加热器系统液位技术进行改造，采用导波雷达液位计取代差压变送器，测量结果显著优于差压式变送器的测量结果。

对6、7号高压给水加热器系统液位测量设备的液位进一步分析，如图1所示，高压给水加热器装置就是一个换热器，作用是将汽轮机高压缸做完功的蒸汽再次利用，对二回路中的高温高压沸水再次加热，进入高压给水加热容器中的蒸汽被冷凝为水后输送至除氧器，加热后的二回路水再进入蒸发器换热。该高压给水加热器装置加热量的大小、液位的高低均关系到凝结水量的多少，所以如何正确检测高压给水加热器系统的液位高低，并控制高压给水加热器系统上部的进汽量，是确保高压给水加热器系统正常工作、保持正常生产的有效措施。但是此高压给水加热器系统检测方法与一般的不同，如图2所示，即差压变送器的正、负压室和取压点的连接不同，正压室接至换热器上部，负压室接至换热器下部。

图1　高压给水加热器系统工作原理图

图2　高压给水加热器流程图

静压方程式为：

ΔP=P+-P-=hρ-Hρ=(h-H)ρ

(1)

P+=(h+h1)ρ+Pq

(2)

P-=(H+h1)ρ+Pq

(3)

式中：ρ为被测介质水的密度；Pq为饱和蒸汽密度；H为最低水位基准的水位高度；h为容器内水位最大测量范围；h1为容器底部引压管至差压变送器之间水位高度。

由式(1)可以看出，H↑→ΔP↓,说明此种液位测量是反向连接，可供调节系统的被调参数之用，但这种连接方法往往给操作人员错误的感觉。液位二次表指针上升时，恰好是换热器液位下降。进一步分析如下：

当H=0时，ΔP=hρ,仪表显示值为最大，属于零液位；当H=h时，ΔP=0，仪表显示值为零，属于满液位。此仪表的量程为(0～hρ)Pa，由ΔP=P+-P-=hρ-Hρ可以看出，固定压差hρ为正值，则为正迁移，其迁移量为hρ值。

方家山核电CPR1000 2#机组6、7号高压给水加热器液位测量采用平衡容器配差压变送器测量，是具备自我补偿能力的液位测量装置。

3　液位测量存在的问题

3.1液位测量问题

由于高压给水加热器系统液位测量使用Rosemount 3051型差压式变送器，变送器正向导压管平衡容器内的水分由于在机组停机后被放水或被蒸发，造成机组在启动初期的液位测量结果不准确。这就需要检修维护人员在启动前向正向导压管平衡容器内灌水，会在导压管内部残留气泡，使液位测量不准确，影响系统的换热效果。这样不仅影响了系统的整体投入时间，更为机组安全运行留下隐患。

3.2高压给水加热器系统容器的压力变化影响液位测量的准确性

因为高压给水加热器系统正压室(汽侧)工作在负压区，一旦有漏汽点吸入空气就将导致高压给水加热器系统正压室(汽侧)蒸汽压力下降，对应的饱和温度下降，凝结在平衡容器正压管内的凝结水少量蒸发或被负压吸走，使变送器正压侧静压力减小。这样使变送器测得的差压值变小，测量液位值就会变大，出现虚假液位，引起高压给水加热器系统内部压力急降，进而使平衡容器液位值显示偏高且波动大，从而引起液位调节阀误动作。

综合以上两点，说明差压变送器在此系统中，不能够准确测量系统工况变化时的液位，所以采用导波雷达液位计代替差压变送器来测量高压给水加热器系统的液位。

4　导波雷达液位变送器的原理及特性

4.1导波雷达液位变送器的原理

导波雷达液位变送器运用了TDR原理(时域反射原理),TDR发生器产生一个沿导波杆向下传送的电磁脉冲波,当遇到比先前传导介质(空气或蒸发气)介电常数大的液体表面时,脉冲波会被反射。用超高速计时电路来计算脉冲波的传导时间t,从而计算出电磁脉冲波传输距离s=vt,进而达到精确的液位测量[1]。

4.2导波雷达液位变送器的性能

导波雷达液位变送器采用一个波导体(探头)传播电磁波能量,所以它既具有雷达液位仪的全部性能，又有其独特的优点。

4.3性能不受工艺条件影响

介质的密度和介电常数变化对测量结果均无影响,雾气和泡沫对测量结果也无影响。这是由导波雷达液位变送器的原理决定的[2]。它通过测量雷达波束的传输时间来测量液位,介电常数不同,反射传输的时间是一样的,不同的只是传输信号的强度。信号在导波管内传播,避免了杂散信号的干扰[1]。介质密度的变化仅影响导波杆在所测介质中所受到的浮力,导波雷达液位变送器仅需测量电磁波的传输时间即可,无须信号处理和辨别。

4.4调校效率高

由于电磁波是恒定的,编程组态时,只需输入量程等相关参数,不需要任何迁移来改变量程,也不需现场标定，这样大大提高了调校仪表的效率。

4.5安装维护方便

探头与变送器之间的安装更为简便,而且能更好地满足将来的任何维修需要。

5　导波雷达变送器的外置测量筒式安装

导波雷达变送器可选用顶部安装和外置测量筒式安装两种方式。在高压给水加热器部位的导波雷达变送器，采用的是外置测量筒式安装，如图3所示。测量筒一般根据设计提出的液位测量范围来生产，测量筒上下连接的中心距即是由设计提出的液位测量量程范围，另外在上下连接口中心距的范围内，还可以通过变送器来组态所需要的量程范围[3]。

图3　导波雷达液位计的安装方式

5.1测量筒的设计和制作

测量筒的类型有两种： 顶部为法兰和顶部为内螺纹。当导波杆安装在测量筒上时，导波杆需要足够长，直至下连接口以下，并且测量筒的材质需根据介质、温度、压力来确定。

5.2容器液位测量的量程确定

热控专业根据工艺要求设计容器液位测量仪表，基本上有两种测量要求，如图4所示： 一是只要测量整个容器的局部某一段，二是需要测量整个容器的全量程。6、7号高压加热器采用第一种安装方式——局部测量法。

图4　雷达液位计的测量方式

5.3测量筒与容器的连接

首先要确定容器液位测量实际量程(对于局部液位测量方式非常重要)，然后将测量筒上下连接口的中间部分与容器的液位测量实际量程对齐。如果是局部测量方式，测量筒的上下连接口中心距大于容器的液位实际量程，则只要求测量筒上下连接口的中间部分能够覆盖容器的液位实际量程就可以了。

根据控制要求，电厂的容器液位测量有安装单台和多台导波雷达液位变送器的不同方案。对于单台变送器的安装，可以直接与正负导压管连接。如果要安装多台导波雷达液位变送器，则需要从容器处引出两根母管，多台导波雷达液位变送器的各个测量筒再与母管连接。

5.4液位调节及保护优化

2#机组6、7号高压加热器的每个加热器上有3个液位检测点,3选中(在3个测量结果中，选择中间值)后参与液位自动调节。在不改变逻辑的同时，直接代替3个差压变送器，准确的液位测量结果可以实现准确的自动调节，避免了运行中出现虚假液位、液位值显示偏高或波动、液位调节阀误动作的现象，并优化了工况的稳定性。同时，机组运行经济性、稳定性会有明显提高。

6　结束语

通过对2#机组6、7号高压加热器液位改造，经过近1a时间的安全运行，得出以下结论： 进行技改后6、7号高加水位均可更精确地进行自动调整，避免了人为调整不及时、虚假液位阀门误动作等，避免空液、满水造成汽轮机进水的重大事故发生，同时由于液位控制在标准水位附近，避免了汽液两相流冲刷事故，提高了疏水及正常疏水阀门、管道设备的安全性。由此可以得出，导波雷达液位变送器是一种性能可靠的液位测量仪表,维修量小,性能价格比高,必将得到更广泛的应用。

[1] 周来媛.导波雷达物位计的信号处理及应用分析[D].重庆： 重庆大学，2012.

[2] 魏伟.国产600MW机组7、8号低加疏水异常分析及对策[J].青海电力，2007，26(2)：53-57.

[3] 崔小劲，刘会兵，刘玲.电厂用物位计的种类及其运用[J].自动化与仪器仪表，2010(6)： 76-78.

Aiming at operating conditions of 2MX2AHP high pressure heater at Fangjiashan nuclear power conventional island of Qinshan nuclear power project phase one, a technical analysis was conduced on false level and level fluctuations encountered during liquid level measuring process operated by differential pressure transmitter for level measurement, and on the issue of no liquid in positive pressure room when starting up, and it was recommended to use guided wave radar liquidometer to replace the differential pressure transmitter for the measurement.

High Pressure Heater； Differential Pressure Transmitter； Guided Wave Radar； Liquidometer

2015年9月

扈新鹏(1984—)，男，本科，工程师，主要从事核电热工仪表检维修工作，

E-mail： dapeng0818@163.com

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1674-540X(2016)01-045-04