陽(yáng)江核電站REN核取樣系統(tǒng)電磁流量計(jì)改
發(fā)布者：米科電磁流量計(jì) 發(fā)布時(shí)間：2018-10-14
陽(yáng)江核電站REN核取樣系統(tǒng)電磁流量計(jì)改
摘 要:陽(yáng)江核電站REN核取樣系統(tǒng)現(xiàn)有流量測(cè)量采用的是法國(guó)福爾赫曼生產(chǎn)的渦輪流量計(jì),該類型流量計(jì)在運(yùn)行過程中故障頻發(fā),耗費(fèi)大量人力物力,影響REN系統(tǒng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行.本文從原理上對(duì)渦輪流量計(jì)故障原因進(jìn)行分析,確認(rèn)渦輪流量計(jì)不適用于現(xiàn)場(chǎng)工況,需要進(jìn)行產(chǎn)品換型改造.從改造換型所用電磁流量計(jì)的特性出發(fā),闡述選擇電磁流量計(jì)作為換型產(chǎn)品的原因,并通過現(xiàn)場(chǎng)反饋和持續(xù)改進(jìn),確認(rèn)所選電磁流量計(jì)適用于REN核取樣系統(tǒng)工況.
引言
核電站由于其特殊性,尤其重視運(yùn)行期間的安全性.核電站一回路水質(zhì)指標(biāo)信息具有時(shí)效性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn),一回路水質(zhì)指標(biāo)預(yù)警預(yù)報(bào)和趨勢(shì)分析要求快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地采集和傳遞監(jiān)測(cè)信息.核電站的儀表及儀控系統(tǒng)構(gòu)成了核電站的"中樞"神經(jīng)系統(tǒng),對(duì)核電站整體工藝流程正常、高效、安全地運(yùn)行起著不可替代的作用.由于核電項(xiàng)目建設(shè)的特殊性,對(duì)于儀器設(shè)備的要求較高,尤其是儀器設(shè)備的穩(wěn)定性及安全性.目前陽(yáng)江核電站REN系統(tǒng)采用的是渦輪流量計(jì)對(duì)核取樣介質(zhì)進(jìn)行流量測(cè)量,陽(yáng)江核電站1號(hào)~4號(hào)機(jī)運(yùn)行的REN系統(tǒng)相關(guān)MD出現(xiàn)故障的頻率較高.所以迫切地需要找到渦輪流量計(jì)的故障原因及解決方案.
1 現(xiàn)狀及影響
陽(yáng)江核電站REN系統(tǒng)MD采用的是法國(guó)福爾赫曼生產(chǎn)的渦輪流量計(jì),在生產(chǎn)運(yùn)行中故障頻發(fā),當(dāng)REN系統(tǒng)MD管線長(zhǎng)期未投用或機(jī)組處于大修啟動(dòng)階段時(shí),出現(xiàn)的故障概率更高.這不僅導(dǎo)致了人力和物力的浪費(fèi),還會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成以下幾種影響:
1) REN 系統(tǒng) MD 故障,影響 REN 系統(tǒng)取樣管道流量顯示.
2) REN007 / 020MD為硼表正常環(huán)路 / 備用環(huán)路(三環(huán)路)流量計(jì),當(dāng)MD出現(xiàn)故障無(wú)顯示后,導(dǎo)致硼表出現(xiàn)低流量報(bào)警(流量低于50L/h),即硼表不可用.
3) REN006 / 022MD為氫表取樣管線流量,要求其管線流量測(cè)量穩(wěn)定,當(dāng)MD出現(xiàn)故障無(wú)顯示后,影響氫表流量準(zhǔn)確性的判斷.
2 渦輪流量計(jì)故障原因分析
2.1 渦輪流量計(jì)測(cè)量原理
在流量測(cè)量管道中心安放一個(gè)渦輪,兩端由軸承支撐,當(dāng)流體通過管道時(shí),沖擊渦輪葉片,對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩,使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn).當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時(shí),就會(huì)引起傳感線圈中的磁通變化.傳感線圈將檢測(cè)到的磁通周期變化信號(hào)送入前置放大器,對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、整形,產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào),送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值.在一定的流量范圍內(nèi),對(duì)一定的流體介質(zhì)粘度,渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比.由此流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到,從而可以計(jì)算得到通過管道的流體流量.
2.2 故障分析
從渦輪流量計(jì)的原理可知,渦輪流量計(jì)的原始信號(hào)是由渦輪旋轉(zhuǎn)切割線圈磁感線所產(chǎn)生.所以在使用過程中一定要保證渦輪良好的旋轉(zhuǎn)性能.經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拆卸下的故障渦輪流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)解體渦輪流量計(jì)發(fā)現(xiàn)如下問題:
1)在渦輪上發(fā)現(xiàn)絮狀異物.
2)渦輪內(nèi)部清理出大量雜質(zhì).
使用大流量沖洗后,渦輪流量計(jì)內(nèi)部渦輪仍無(wú)法正常旋轉(zhuǎn),渦輪流量計(jì)無(wú)法使用.通過以上拆卸現(xiàn)場(chǎng)渦輪流量計(jì)可以看出,流量計(jì)主要故障原因:
① 渦輪旋轉(zhuǎn)體被測(cè)液體中絮狀物纏繞卡死,無(wú)法正常工作.
② 渦輪旋轉(zhuǎn)體被測(cè)液體中雜質(zhì)卡死,無(wú)法正常工作.
③ 渦輪旋轉(zhuǎn)體被測(cè)液體中雜質(zhì)快速磨損或者撞擊失效而無(wú)法正常工作.
④ 測(cè)量介質(zhì)中有雜物及流量計(jì)渦輪直徑和孔隙較小是造成該MD故障率高的根本原因.
3 解決方案
基于以上原因分析并通過多種流量計(jì)進(jìn)行對(duì)比,最終選擇電磁流量計(jì)作為改造換型產(chǎn)品.
3.1 電磁流量計(jì)的測(cè)量原理
電磁流量計(jì)的測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律,在測(cè)量管道上軸線和磁場(chǎng)磁力線相互垂直的管壁上安裝一對(duì)檢測(cè)電極,當(dāng)導(dǎo)電液體沿著管軸線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)電液體做切割磁力線運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).
其值大小為:E=KBDV.
其中:
E-感應(yīng)電勢(shì).
K-儀表常數(shù).
B-磁感應(yīng)強(qiáng)度.
D-測(cè)量管的內(nèi)直徑.
V-測(cè)量管內(nèi)液體的流速.
3.2 選擇電磁流量計(jì)的原因
1)電磁流量計(jì)傳感器為光滑直通管,管道內(nèi)部無(wú)可動(dòng)部件和其它結(jié)構(gòu)件,管道內(nèi)被測(cè)液體能夠正常流過,不會(huì)造成管道堵塞,同時(shí)壓損小.
2)測(cè)量準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5%.
3)安裝方式與原渦輪流量計(jì)相同.
4)測(cè)量量程比優(yōu)于渦輪流量計(jì).
5)功能滿足核電站REN系統(tǒng)核輻射照射的要求.
6)能滿足REN系統(tǒng)的抗震要求.
4 電磁流量計(jì)試用過程中遇到的問題和問題分析
結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的工藝流程初步選擇REN022MD(氫表流量計(jì))工藝管段作為電磁流量計(jì)應(yīng)用的安裝位置.
4.1 電磁流量計(jì)試用過程中的安裝位置和使用環(huán)境
圖6黃線所標(biāo)出的路線為實(shí)際管道安裝線路,其中REN006MD為REN022MD上游渦輪流量計(jì),同時(shí)作為電磁流量計(jì)的一個(gè)參考源,REN022MD則為電磁流量計(jì)的安裝位置.
現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)物如圖7和圖8所示.
使用環(huán)境:
環(huán)境溫度<60℃.
介質(zhì)溫度<80℃.
常用流量為130L/h~140L/h(流速在2m/s左右),在流量計(jì)的正常測(cè)量范圍以內(nèi).
4.2 在試用過程中遇到的問題
電磁流量計(jì)安裝完成后為了驗(yàn)證其產(chǎn)品性能專門配備了一臺(tái)記錄儀.第一次試用時(shí),通過記錄儀觀察,發(fā)現(xiàn)流量波動(dòng),最大波動(dòng)幅值50%;除了波動(dòng)還存在回零現(xiàn)象.波動(dòng)曲線和回零曲線如圖9.
4.3 原因分析
在電磁流量計(jì)本身沒有故障的情況下,以下幾種情況下會(huì)導(dǎo)致電磁流量計(jì)出現(xiàn)流量波動(dòng)和回零的情況:
1)調(diào)整閥門,導(dǎo)致管道內(nèi)流體流場(chǎng)波動(dòng)大.
2)電磁流量計(jì)接地不好.
3)外部大功率設(shè)備干擾.
4)管道內(nèi)被測(cè)液體中存在異物,撞擊電極,使采集到的信號(hào)產(chǎn)生突變,從而導(dǎo)致流量波動(dòng)或回零.
通過現(xiàn)場(chǎng)觀察和了解,確認(rèn)無(wú)人為操作閥門,周圍無(wú)大功率設(shè)備,轉(zhuǎn)換器和傳感器均接地良好,管道內(nèi)被測(cè)液體中存在絮狀物體,流量計(jì)回零時(shí),流量計(jì)上顯示空管報(bào)警.經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)測(cè)試并從測(cè)量原理分析可知:這種情況只可能是電磁流量計(jì)的空管耦合信號(hào)經(jīng)一個(gè)電極發(fā)出到另一個(gè)電極接收的這個(gè)過程中,空管耦合信號(hào)受到異物干擾,導(dǎo)致接收到的空管耦合信號(hào)突變,超出空管設(shè)定閾值,導(dǎo)致空管報(bào)警.
因此,可以判斷電磁流量計(jì)波動(dòng)和回零均是由于管道內(nèi)被測(cè)液體中存在絮狀物體導(dǎo)致.所以在此種工況下,電磁流量計(jì)必須克服管道內(nèi)存在的漿液介質(zhì)噪聲干擾,才能正常使用.
5 電磁流量計(jì)的改進(jìn)
5.1 電磁流量計(jì)第一次改進(jìn)
電磁流量計(jì)的改造分為轉(zhuǎn)換器和傳感器兩個(gè)部分.初次使用的轉(zhuǎn)換器為普通型轉(zhuǎn)換器,廣泛應(yīng)用于測(cè)量單一介質(zhì).但是不能抵抗現(xiàn)場(chǎng)還有絮凝物質(zhì)和雜質(zhì)的介質(zhì)在電極處形成的噪聲干擾.噪聲產(chǎn)生的原理如圖10所示.經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究已經(jīng)證明電磁流量計(jì)勵(lì)磁頻率越高或者勵(lì)磁磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,在漿液介質(zhì)中產(chǎn)生噪聲越小.所以通過提高勵(lì)磁頻率或者勵(lì)磁強(qiáng)度都是解決漿液噪聲可行的方案.
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)工藝狀況更換為三暢儀表的漿液型電磁流量計(jì).相較于普通電磁流量計(jì),漿液型電磁流量計(jì)在勵(lì)磁頻率,信號(hào)采樣頻率和信號(hào)處理算法等方面都有不同.勵(lì)磁頻率從2.5Hz增加到25Hz,信號(hào)采樣頻率從60Hz增加到19KHz,增加漿液濾波算法.
傳感器:增加勵(lì)磁線圈扎數(shù),增加鐵芯,從而達(dá)到提高信噪比的作用.更改電極結(jié)構(gòu),以達(dá)到更好的密封效果.
5.2 改進(jìn)后電磁流量計(jì)的試用
更換成漿液型的電磁流量計(jì)在試用過程中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題.
1)流量計(jì)偏差大,真實(shí)值為150L/h時(shí),流量計(jì)顯示為220L/h,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)流量計(jì)的空管設(shè)定值為6,空管檢測(cè)值為6.228,空管設(shè)定值與空管檢測(cè)值的乘積等于37.368,為D/A輸出的上限值,這說明轉(zhuǎn)換器判斷為空管狀態(tài),流量計(jì)的顯示流量是一個(gè)不真實(shí)的流量信號(hào),所以不準(zhǔn)確.
2)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整后,空管檢測(cè)值恢復(fù)到D/A輸出范圍內(nèi),流量也恢復(fù)到正常的150L/h.但運(yùn)行一段時(shí)間后流量從150L/h驟降到120L/h,并穩(wěn)定在120L/h.
經(jīng)分析,導(dǎo)致流量偏差大的原因是因?yàn)榭展軝z測(cè)存在問題,導(dǎo)致流量計(jì)不能正常測(cè)量,需要改進(jìn).流量減小的原因是,電極結(jié)構(gòu)的改變,導(dǎo)致電極與襯里之間存在縫隙,被測(cè)液體中的絮狀物容易附著,導(dǎo)致信號(hào)衰減,流量減小.
5.3 電磁流量計(jì)第二次改進(jìn)
針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的情況,再次對(duì)漿液型電磁流量計(jì)做了以下兩方面的改進(jìn):
1)修改空管檢查方式,以防止空管無(wú)判斷.
2)修改電極接觸面,使得電極和襯里之間不存在縫隙
5.4 第二次改進(jìn)后再次試用并進(jìn)行了性能測(cè)試
1)流量顯示118L/h,最低105L/h,最高130L/h,上游1REN006MD轉(zhuǎn)子流量計(jì)顯示為106L/h,兩者偏差12L/h,與化學(xué)專業(yè)確認(rèn)在合格范圍內(nèi).
2)手動(dòng)關(guān)閉1REN216VP(就地基地式調(diào)節(jié)儀),1REN006MD由102 L/h下降到81 L/h,1REN022MD由115 L/h下降到95 L/h,下降趨勢(shì)一致,幅值相近,驗(yàn)證功能正常.
3)化學(xué)專業(yè)做溶氫試驗(yàn)時(shí)手動(dòng)開啟Y1REN416VP,Y1REN022MD同步由120L/h下降到92L/h,響應(yīng)迅速.
4)化學(xué)專業(yè)做氫表沖洗:先打開Y1REN616VP,再關(guān)閉Y1REN216VP,Y1REN022MD電磁流量計(jì)示值從117.75L/h 下降到60L/h,再到0L/h,儀表響應(yīng)迅速.具體曲線如圖12所示.
5.5 結(jié)論
經(jīng)過改進(jìn)后的電磁流量計(jì)適用于陽(yáng)江核電站REN核取樣系統(tǒng).
6 陽(yáng)江核電站1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組REN系統(tǒng)電磁流量計(jì)改造方案
6.1 Y1/2REN系統(tǒng)電磁流量計(jì)統(tǒng)計(jì)和表頭擺放位置
1號(hào)和9號(hào)公用機(jī)組REN轉(zhuǎn)子流量計(jì)統(tǒng)計(jì):
1REN001MD 1REN002MD 1REN003MD 1REN004MD
1REN005MD
1REN006MD 1REN021MD 1REN022MD 9REN361MD
9REN362MD
9REN363MD 9REN364MD 9REN365MD 9REN366MD
1REN007MD
1REN020MD 16塊表的表頭集中在控制柜1內(nèi).
2號(hào)機(jī)組REN轉(zhuǎn)子流量計(jì)統(tǒng)計(jì):
2REN001MD 2REN002MD 2REN003MD 2REN004MD
2REN005MD
2REN006MD 2REN021MD 2REN022MD 2REN007MD
2REN020MD
10塊表的表頭集中在控制柜2內(nèi).
6.2 控制柜尺寸確認(rèn)
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,控制柜為700×500的矩形柜.
6.3 電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器改造
由于現(xiàn)有電磁流量計(jì)的表頭無(wú)法集成到700×500的矩形柜中,所以需要對(duì)電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),統(tǒng)一集成到控制柜內(nèi).SCLDE電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器主板由電源板、信號(hào)板、顯示板3部分組成.廠家為了現(xiàn)場(chǎng)操作方便將電路板安裝在一體積較大的外殼內(nèi),然而陽(yáng)江現(xiàn)場(chǎng)不需要體積較大的外殼,經(jīng)過技術(shù)評(píng)估之后決定直接將電磁流量計(jì)主板和記錄儀集成到控制柜中,主板與主板之間用鈑金隔離屏蔽.具體布局圖如圖13所示.
改進(jìn)后的電磁流量計(jì)采用220VAC供電,集成在控制柜內(nèi),儀表能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示、趨勢(shì)曲線、邏輯輸出報(bào)警等綜合功能.
7 電磁流量計(jì)改造進(jìn)度安排
電磁流量計(jì)主板和控制柜已完成設(shè)計(jì)改進(jìn),2017年10月初完成PCB板的繪制,11月底完成主板調(diào)試,2018年1月底完成控制柜的集成調(diào)試.2018年2月在陽(yáng)江核電站1號(hào)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)完成安裝調(diào)試,2018年4月在陽(yáng)江核電站5號(hào)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)完成安裝調(diào)試,目前已安裝的新型電磁流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況良好.