堆芯水位测量系统维修方法

【前言】堆芯水位测量系统维修方法由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。作为核电站事故后监测仪表，堆芯水位系统集成了堆芯液位监测系统、过冷度监测系统的功能。它能在正常或事故状况下给操作员提供准确、清楚的压力容器液位和反应堆主冷却剂状态。系统的输出功能有： 反应堆压力容器全量程液位：指在没有主泵运转情况下，压力容器内的液...

[摘要] 堆芯水位测量系统一般采用差压法进行测量，在反应堆运行的不同工况进行动态修正，实现在正常运行时监视反应堆压力容器的液位变化趋势，在事故工况作为核电站的事故后仪表，为操纵员提供堆芯水位的监视。堆芯水位测量系统比普通水位测量更加复杂，一旦发生故障，其维修难度更大。本文以巴基斯坦恰希玛核电站一号机组（以下简称CNPP）堆芯水位测量系统的维修为例，详细介绍了堆芯水位测量系统的一种维修方法，可供其他核电站同类型堆芯液位监测系统的维修参考。

[关键词]堆芯水位测量系统 高压检漏 抽真空 充液

中图分类号：P258 文献标识码：A

1.引言

巴基斯坦恰希玛核电站一号机组的堆芯水位测量系统使用的是美国西屋公司的设计方法，采用差压法测量反应堆压力容器水位，并利用热电偶测量压力容器内反应堆冷却剂的温度，利用铂热电阻测量引压管、毛细管垂直段的温度，来修正液体的密度，从而提高测量精度。

作为核电站事故后监测仪表，堆芯水位系统集成了堆芯液位监测系统、过冷度监测系统的功能。它能在正常或事故状况下给操作员提供准确、清楚的压力容器液位和反应堆主冷却剂状态。系统的输出功能有：

反应堆压力容器全量程液位：指在没有主泵运转情况下，压力容器内的液位。主泵运转后，该液位值即超过量程范围，无效。一旦发生LOCA事故引起主系统压力降低时，应急操作程序要求停闭两台主泵，最终在压力容器内形成一个真实液位，由全量程液位指示得到，并提供70%低液位报警。

反应堆压力容器动态量程液位：该液位值适用于主泵开启后的压力容器液位。在压力容器液位不足时，由于主泵运转使主冷却剂为汽水混合体，降低主冷却剂的密度，从而使压力容器液位指示下降，但此时的压力容器可能仍为满液位，则指示液位的下降即为主冷却剂中的相对气泡含量。

堆芯过冷度：提供过冷度指示及低报警。

真空充液法在测量仪表厂家广泛应用于毛细管变送器的制造工艺，一般应用于3～10米纯毛细管的充液，而在电站现场60多米毛细管及其他隔离设备的真空充液还属少见，下面以 CNPP第三次换料检修期间堆芯水位测量系统的修复过程为例，介绍了采用高压检漏及抽真空充液的维修方法。

2.故障分析

堆芯水位测量系统从堆芯上部排气管及下部中子注量率指套管处引压，并将差压变送器置于反应堆厂房外，以减少LOCA事故对仪表系统精度的影响，为此在毛细引压管中间使用高容积传感器和液压隔离器进行隔离，在分离的毛细管段内充满了除盐水作为系统传递压力的介质，两端密封的除盐水只有通过抽真空、充液的方式装入（见图1）。CNPP堆芯水位测量系统自安装调试以来，系统状态一直不理想，主要存在以下2个故障现象：

A通道上下部液压隔离器指示超过最大量程＋0.5in3。由于系统引压管中间采用隔离传压的方式，因此，在高容积传感器至变送器之间要充入一定量的传压介质——除盐水，液压隔离器的指示就是反映这一段是否有泄漏的直接手段，但无法确认具体泄漏点及相应的处理方法。

A通道全量程变送器输出仅为量程的1/3，正常状况下其输出应该为满量程120%。尽管CNPP在第二次换料大修期间对变送器进行了校验，但其输出仍相差甚远。

堆芯水位测量系统在软件组态及参数调试后基本不会出现问题，故障集中在现场设备的传压转换环节。因动态量程变送器在主系统15.2MPa的压力下还能够正常测量液位，说明变送器腔室至液压隔离器毛细管段内还有足够的灌充液，能够让波纹管随差压自由升缩，而不是泄漏到波纹管锁紧的程度。现象说明系统的全量程变送器波纹管、毛细管线、焊点、灌充阀等位置已存在泄漏，功能处于失效状态。

图1：堆芯水位测量系统脉冲管线布置图

3.项目准备

针对CNPP堆芯水位测量系统出现的主要问题，项目组做了大量的前期准备工作:

3.1预先编写了规程及质量计划

堆芯水位测量系统功能确认及修复规程

堆芯水位测量系统检修质量计划

在上述规程中，参考秦山堆芯水位测量系统的安装和调试方法，对CNPP堆芯水位测量系统的修复步骤做了比较详细的考虑。

3.2设备的准备及功能性试验

由于该项目不是常规大修项目，与系统初始安装调试情况也不尽相同，为确保项目的成功实施，在国内经过三个多月的试验、调研之后，开发了两套专用设备：一套气体增压设备，用于毛细管系统的高压检漏；另一套则是抽真空灌液装置。并在运至巴方现场前反复对两套设备进行测试，确认性能稳定达到技术要求。

3.3 备品备件的准备

系统设备采用的是美国的BARTON产品，采购周期较长。考虑到现场的不确定因素及可能出现的风险，我们还准备了充足的备件如：高容积传感器波纹管、各类O型圈、灌充阀、卡套及毛细管等。

3.4 常用工器具的准备

预备了各类工器具:压力校验仪、数字万用表、标准压力表、手持式液压泵、各类螺丝刀扳手、头戴式通讯电话、湿度计、减压阀、游标卡尺等。

项目难点：秦山一期自堆芯水位测量系统增设以来，没有遇到过相关的缺陷处理，日常的工作只是读取堆芯液位、压力、热电偶温度、液压隔离器读数的月试验，电站换料大修也只是进行预防性维修如通道校验，工作站软件维护，处理类似故障无经验可参考。新开发的两套设备在离线试验时功能满足要求，但是在实际运用中效果还待观察。此次施工是在CNPP的现场，设备的布置与秦山差别较大，上部取压口高容积传感器在换料水池内，且A 、B通道相互之间无根阀隔离，液压隔离器指示、变送器、上下部取压口分布在4个不同的位置，在施工时必须确保通讯顺畅协调一致，任何配合的失误可能造成不良的后果。预先获悉的只是表面的故障现象，编制的文档资料尽可能考虑到所有的缺陷原因、处理方法及万一在工作过程中造成故障的进一步扩大需采取的补救措施等。

4.现场实施

4.1 现场准备

现场工作条件确认及反应堆降功率停堆期间的系统参数记录，按照检修的要求预先安排好现场的工作区域、照明、通讯、电气源、脚手架等准备工作。

4.2抽真空灌液装置及气体增压设备的功能性试验

抽真空灌液装置及气体增压设备运输到CNPP现场之后，在投入使用之前，进行功能试验，以确保这些维修关键设备的功能正常。

4.3现场高容积传感器波纹管深度测量及液压隔离器功能检查

高容积传感器波纹管深度测量确认波纹管性能,测试结果是数值在允许范围内。B通道液压隔离器报警设定值正常，上下部液压隔离器指示正常LE403(上部) LE404(下部)均为零。A通道上部液压隔离器LE003报警设定值有偏差,上下部液压隔离器指示有误LE003(上部)为0.36 、 LE004(下部)为0.24。校准液压隔离器报警开关,调整报警设定值。

4.4差压变送器离线校验

由于巴方全量程液位输出有误，故增加了这一步。在校验过程中，发现全量程液位变送器LT001波纹管室受到损伤，波纹管内充的硅油渗入到电路板腔室内，造成整个毛细管容积变小。由于整个变送器的硅油容积量很小，且与毛细管线是隔离的，当硅油渗漏完以后，毛细管回路容积又保持不变，正是这一故障导致了液压隔离器指示超量程及全量程液位输出不正常的原因。

4.5 更换全量程液位变送器

安装、离线校验新变送器。用干燥的压缩空气串接减压过滤器,使用压力为50 KPa压缩空气从1点与4点吹扫全量程液位变送器(此时变送器已从管线中隔离出来,见图2圆圈部分) 用湿度计监测出口空气的干度，在干度与气源干度一致后，可认为腔室内水已经吹干，见图2：

变送器桥管

LE003

液压隔离器

全量程液位变送器动态量程液位变送器

图2:变送器/液压隔离器连接图(LE003)

变送器桥管

LE004

液压隔离器

全量程液位变送器 动态量程液位变送器

图3:变送器/液压隔离器连接图(LE004)

4.6液压隔离器/毛细管线吹扫

在6点8点与9点使用压力为50 KPa压缩空气吹扫液压隔离器/毛细管线，用湿度计监测出口空气的干度，在干度与气源干度一致后，可认为腔室内水已经吹干，见图2

4.7系统毛细管线与变送器的焊接及PT检查

用事先准备好的承插焊套管将设备与毛细管连接，原来采用卡套连接的LT002变送器保留原连接方式,对LT001采用加工好的焊套进行氩弧焊接,焊接顺序为1-2-3-4。

在焊接时采取了以下几点措施：

在毛细管与设备焊接时，同时使用水冷却，防止温度过高损坏设备。

焊接接地线远离仪表，以免焊接电流烧毁仪表。

由于第5点焊接的是灌充阀，为防止高温损坏阀门，在焊接灌充阀之前，取出阀芯后再进行焊接；焊接完成后，回装灌充阀芯。

焊接完成后，使用了350Kpa的氮气从第8点与第9点进行吹扫，检查管线畅通及再次进行除尘干燥。

最后对焊点做PT检查,并出具合格报告。

4.8变送器桥管与下部高容积传感器桥管加工的必要性

变送器桥管作用：考虑到变送器单边受压过大会损坏变送器,因此在加压时应该把变送器的4个腔室连通加压,在变送器灌充阀处用桥管把变送器2腔室连接(见图2虚线),上下通道同时抽真空与充液。用两根充液组件焊上直角弯头的卡套做成了变送器桥管。

高容积传感器桥管的作用：由于CNPP堆芯水位测量系统 A/B通道上部高容积传感器之间没有隔离阀（见图1）,而A通道上部高容积传感器在打压试验时(最高17MPa)可能对B通道的设备造成损坏。于是把A/B通道的下部高容积传感器连接起来,使A/B通道上下同时承受相同的压力,因此用8米长3/16英寸的不锈钢管与卡套连接做成了高容积传感器桥管（见图1虚线）。

4.9毛细管回路高压检漏。

变送器桥管与高容积传感器桥管安装完毕，系统进行密封性试验，由于系统在正常运行时是传递主系统15.2MPa压力，在高压检漏时的最大压力应该高于主系统压力定为17MPa。在压力试验过程中上下部高容积传感器处用手持式液压泵同时加压,然后在LE003液压隔离器8处（见图2）用高压检漏装置（见图4）加压,保持三方通讯良好,专人在液压隔离器处观察其读数,确保其指针不偏离量程范围,保护高容积传感器与液压隔离器的波纹管。在从0-2MPa的起步阶段是一个比较艰难的过程,由于高容积传感器处水不满,要用手压泵打入大量水(可以在线加水,手压泵在加水时压力保持不变)此时液压隔离器的指示在0位附近,压力上升的很慢。在压力达到2MPa以后,由于高容积传感器内已充满水,整个系统处于水实体状态，在高压检漏装置出口压力升高时高容积传感器处压力也随之相应升高，此时应该密切注意液压隔离器的读数，如果指针往正向（负向）偏移应该适当增大（减小）高压检漏装置的出口压力并减小（增大）液压泵的加压，使指针维持在+/-0.2 in3区域内，这个过程是整个高压检漏的关键，稍有闪失就会损坏设备，扩大系统的故障。

在压力达到17MPa后维持30分钟，系统密封性完好，没有发现渗漏现象。高压检漏装置与液压泵同时泄压至0，拆除打压装置，顺利进行下一步工作。

4.10毛细管回路的抽真空与灌液。见图:5

图5: 抽真空装置原理图

用除盐水冲洗干净1号真空装置的灌充瓶并加入约1升除盐水,将装置连至LE003上部液压隔离器灌充阀8处（见图2）, 同时2号真空装置连至LE004下部液压隔离器灌充阀9处（见图3）, 2号真空装置主要是对系统抽真空。关闭1号真空装置阀3/5/6/7，将其余阀置于开的位置，打开真空泵对管路预抽真空，当管路中真空达到20Pa以下时，关闭阀1后，真空表的读数在1分钟内上升的速度小于20Pa，则认为抽真空装置密封性达到要求。关闭阀2打开阀5,对灌充瓶内的去离子水抽真空。此时应隔离真空规管与系统相连的隔离阀2,防止水蒸气进入规管影响其精度。在对水抽真空大概30分钟后水沸腾了,真空泵油从黄色变成乳白色,说明油中溶入了气体,此时停泵关闭阀1,更换真空泵油(此后每隔1小时更换一次真空泵油)继续对灌充液抽真空, 在经过大约20小时的连续抽真空之后,发现瓶底已无小气泡且瓶子冰凉,这是由于抽真空时瓶中压力降低,水汽化吸热带走热量,温度降低所致。打开阀6与液压隔离器的灌充阀,对系统进行抽真空。同时投入2号真空装置一起对系统进行抽真空。40分钟后,系统压力降至2Pa,此时拿针管吸上酒精对各连接点进行检漏处理,当酒精滴上去真空计指示有明显变化时表明此处有漏。但实际情况真空计指示稳定,系统密封性很好。

准备灌液操作：灌液前必须注意的是上下部高容积传感器处必须通大气，防止系统憋压影响充液。用红线标注瓶中液面高度,关闭2号真空装置与系统相连的阀6, 隔离2号真空装置.打开1号真空装置的对空阀7,灌充液被压入系统中,再用红线标注瓶中液面高度,两者的液面差就是所灌入的水容积。为了使液压隔离器指示回到0位附近,在灌充瓶内充入一定压力的氩气使其能够平衡来自高容积传感器的水的高度差,液压隔离器指针回到0时,关闭变送器桥管的灌充阀,使管线中容积保持不变。然后继续加压,直到另一个液压隔离器指示也回到0,关闭所有阀门,充液工作完成。测得的灌液量基本与预先计算的需求量相符合大约0.35升。

4.11高压测试

为检测毛细管内是否充液完整及充液后是否有渗漏现象，特进行整个系统的高压测试，重复前面第9步,压力17MPa，维持30分钟，液压隔离器指示在＋0.1in3左右符合标准，关闭桥管处灌充阀，拆除变送器桥管与下部高容积传感器桥管。

4.12液位变送器及控制室卡件校验。

这步工作也是验证系统的抽真空充液效果及变送器对压力的响应。在下部高容积传感器处打压,使用一台能抽负压的压力校验仪,校验前把高容积传感器的水用针管抽空,防止水进入校验仪管线影响测量精度。动态量程液位变送器LT002 / LT402 量程是-57.7KP~242.3KP， 全量程液位变送器LT001 / LT401量程是-57.7KP~42.3KP。校验变送器及控制室卡件,精度均符合要求。测量波纹管深度、安装密封堵头、打开根阀、恢复系统，整个工作圆满完成。

4.13 热态试验及功能评价

在进行热态试验时各项参数均达到要求，证明了此次修复工作取得了成功。使得该系统符合设计技术要求,实现事故后监测仪表的功能。

5.经验总结

从整个现场检修的过程来说，由于准备相对比较充分，基本上是达到原来预计的结果，所以整个过程是相当顺利、成功的。检修的实施方法一般是根据液压隔离器的指针状态确定具体泄漏在哪一段 通过高压检漏定位泄漏点 更换或修复泄漏的环节 高压测试确认检修效果 系统抽真空充液 进一步高压测试验证抽真空充液效果 变送器在线校验。现就维修过程中两套装置的技术要点及使用注意事项作如下描述。

5.1系统的检漏由于采用气体高压装置需注意以下几点：

连接系统的驱动气源、预增气源和高压输出口（见图5），检查面板上的控制阀状态，驱动气压调节阀处于适当位置（在打开泵的进气开关之前，调节驱动气压调节阀，将气压调到“0”PSI）驱动气源开关和预增气源开关及卸荷开关都处于关闭状态，待被充压容器内的气压与输入气源压力接近时，打开驱动气源开关，慢慢的调节减压阀直到增压泵开始启动。在正常情况下泵在15-20 PSI压力下启动，增压泵开始工作，开始对试压管件进行充压。调节泵的驱动气压直到达到系统所需的输出压力为止。

使用氮气作为驱动气源、预增气源，气的消耗量比较大，装置的呼气排到空间，造成工作环境氮气含量较高，必须保证现场的通风换气。

在升压过程中，必须密切注视液压隔离器的读数，互相配合默契，如果指针偏移超过预期范围，立刻减小升压速率，防止高压损坏液压隔离器与高容积传感器的波纹管。

工作区域设置隔离带，人员应远离高压装置的排气方向，以免高速气流伤人。

系统达到一定压力台阶检漏时，必须严谨仔细，在认为有可能漏的部位都应喷洒检漏液，因为微小的泄露还是很难发现。按照维修经验漏点一般分布在卡套接头、灌充阀阀芯、压力变送器正负压腔法兰、液位变送器波纹管。

系统的抽真空充液装置在使用时也应注意如下事项：

装置测量真空度的传感器采用的是真空规管，如果被水气受潮会影响测量精度，因此在抽取灌充液的空气时关闭阀2，只有读数才短暂开启。连接使用的是较易损坏的真空波纹管，因此在运至工作现场时需拆除所有的波纹管组件，安装时端口密封圈必须抹上真空脂，波纹管损坏最直接的表象是在抽真空过程中真空度无法下降，在裂纹处有大量白色霜结晶。隔离使用的是真空的针形阀，在关闭时不要太用力以免损坏阀芯。总之这套装置的元件是比较敏感，在使用时务必小心谨慎。

一定要使抽取真空的毛细管与设备腔室保持绝对干燥与干净，特别是系统内的死角，如果有水滴颗粒附着在表面，真空度是很难达到标准。

估算需求的除盐水数量；以水中没有气泡冒出且水底无气泡作为充液标准；系统抽真空过程中发现真空泵油变成乳白色需更换，提高真空泵效率。

灌液前必须注意的是上下部高容积传感器处必须通大气，防止系统憋压影响充液，充液过程中使用氩气调整系统平衡，以防可溶性气体进入系统。

在此之后的秦山一期第八次换料检修期间堆芯水位测量系统A通道进行了类似的补液工作，第十次换料检修中堆芯水位测量系统B通道大压力变送器PT401泄漏也是用同样方法与装置修复，至今一直运行良好。再一次证明了高压检漏及抽真空充液法是针对堆芯水位测量系统十分有效的维修方法。

参考文献：

（1）堆芯水位测量系统设计规范书上海核工程设计研究院

（2）P300工程压力容器液位监测系统 安装、使用、维修说明书 上海光华仪表厂

（3）I/A系统及应用上海.福克斯波罗有限公司