核電站常規島差壓變送器在液位測量中的應用

摘 要：智能差壓變送器在核電站常規島的液位測量中得到了廣泛應用，雖然其測量精度高，環境適應好，但是在實際應用中難免會出問題。本文從解決實際問題的角度，對調試過程中出現的問題及解決措施進行反饋。

0 引言
         核電站常規島在從把核島來的蒸汽能轉換為汽輪機動能的過程中，蒸汽和水在不斷地轉換。在裝換的過程中就需要對水的液位進行測量。以汽水分離再熱器疏水箱為例來探討差壓變送器的應用，汽水分離再熱器在除去高壓缸排汽水分的過程中，產生了大量的疏水，需要用疏水箱來收集并暫存，然后傳到高壓加熱器或者凝汽器。汽水分離再熱器的疏水受疏水調節閥的控制，而調節閥的開度調節信號來自疏水箱的液位信號。因此，液位信號的準確測量在核電站的運行中變得十分重要，而液位的測量就需要智能型差壓變送器來實現。

1 智能差壓變送器測量原理
        由正壓側和負壓側引壓管來的介質對隔離膜片產生壓力，導致隔離膜片產生形變，隔離膜片的形變被傳導到中心膜片兩側。于是，中心膜片發生軸向位移，進而導致了電容發生變化。壓力信號就轉變成了電信號，再經過電容-電流轉換電路和放大器的處理，最終轉換為4~20 mA 電流值。此變送器在原有的差壓變送器的基礎之上，增加了微處理器，使其具有了通訊功能，可以連接到采用HART 協議控制回路、變送器現場、手持通訊器或者采用該協議的其他設備上。在核電站汽水分離再熱器疏水箱的使用中，此信號被傳到DEH（汽輪機控制）系統機柜上，作為控制疏水箱水位的信號來源。

        在對汽水分離再熱器疏水箱的液位測量時，帶有平衡罐的一側是負壓側，在蒸汽凝結作用下，處于充滿水狀態并具有恒定的壓力；正壓側要連在取樣管中與疏水箱底部位置對應的地方，與疏水箱組成連通器，由于平衡容器側在正常的運行工況下，始終處于恒定的液位狀態（滿水態）。由于壓力平衡特點，其正壓側的壓力變化就由疏水箱的液位變化凸顯出來，進而采集差壓值P 進行換算后得出疏水箱的液位值，因此差壓值P 與疏水箱液位變化成正比關系。如圖1 所示。

設智能差壓變送器負壓側壓力為Ρa，正壓側壓力為Ρb，智能差壓變送器測得的差壓為P，疏水罐內部壓力為P，疏水罐內水的密度為ρ，重力加速度為g。假設疏水罐的工藝零點和取樣管的零點相同（如果不同則需要進行零點遷移，后面的章節將會詳細講解），設取樣管零點到疏水箱上部取樣管的高度為h1, 疏水箱的液位為h2, 智能差壓變送器到取樣管零點的高度為h，差壓ΔP 計算公式為：

當疏水箱由0 變到最大時，即疏水箱液位高度變化到和取樣管高度相同時，智能差壓變送器測得壓差由量程最大值變化到最小值，對應的把變送器輸出電流由20mA 變為4mA。當信號傳輸到控制系統時，電流值再轉換為相應的水位高度，這樣主控室就可以直接看到就地疏水箱的水位高度，將此電信號作為控制疏水箱水位的信號，就可以實現自動化控制。

2 調零、量程遷移、量程調整

        當智能差壓變送器的正壓側和負壓側與疏水箱的工藝零點和滿水位一一對應時，不需要遷移量程，也不需要調整量程。但是在使用時，考慮到更便于安裝和維護，取壓點無法和實際水位準確對應，這時就需要遷移量程，甚至調整量程。

設變送器輸入值為x，輸出值為Y，測量部分的轉換系數為D，放大器的放大系數為K，反饋部分的反饋系數為F 則有：

得出變送器的輸出和輸入的關系取決于測量部分和反饋部分的特性而與放大器的特性幾乎無關。其中量程遷移是改變了z0，是將變送器的測量范圍向左或者向右移動，而量程的大小沒有發生變化；量程的調整是通過改變反饋系數，則改變了輸出與輸入關系的斜率，其量程的大小發生改變。如圖2 所示。

2.1 零點檢查
關閉三閥組中的正負壓閥門，打開平衡閥，此時變送器輸出值應量程最大值，即20mA ,0Kpa。

2.2 校零
在上述零點檢查中，發現變送器無法達到最大值，可打開變送器后的排氣孔進行排氣[1]；如果不行，打開排污閥進行排污，并檢查管道和閥門處是否有堵塞漏液的情況發生。

如果經過上述排查后，變送器仍然無法歸零，可以將HART475 連接到變送器，在475 中選擇較零功能，對變送器較零。

2.3 量程未遷移
當變送器的正壓側和負壓側的取樣口與疏水箱的工藝零點和滿水位對應時，則不需要進行量程遷移。

2.4 量程正遷移
如果需要測量起點比參考零點的值高，則需要正遷移。若要變送器測量范圍為1500~3000mmH2O，而原量程為0~1500mmH2O，則需要正遷移100%。

2.5 量程負遷移
如果需要測量起點比參考零點的值低，則需要負遷移。若要變送器測量范圍為-1500~0mmH2O ，而原量程為0~1500mmH2O，則需要負遷移100%。

2.6 量程大小調整
輸出信號的上限值y 與測量范圍的上限值x 不對應時，則需要調整量程大小。調整量程大小的方法通常是改變反饋部分的反饋系數F，反饋系數越大，量程則越��；反之，反饋系數越小，量程越大。

3 調試過程中出現的缺陷及解決辦法
3.1 導壓管堵塞
       一方面智能差壓變送器的導壓管和閥門，以及管道接口處，長期處在高溫水和蒸汽中，很容易發生腐蝕；另一方面在初次調試階段，由于安裝單位在安裝過程中容易將鐵銹和雜質等灌入導壓管，并且管道中的閥門內徑比較小，鐵銹或者其他雜質很容易在這里淤積。在一次調試過程中，就發現了平衡閥打開或者關閉后，測量值都沒有發生變化，原因就是平衡閥發生了堵塞。
       解決辦法：對管道定期排污或者沖洗，減少管道中的顆粒物的存量；盡量多的使用耐腐蝕的管道和閥門。當閥門發生堵塞時，在做了相應的隔離后，可將其拆下沖洗去污。

3.2 導壓管泄漏或者有氣泡
       在導壓管與閥門或者變送器表頭接口處，螺絲松動或者密封不好，將導致介質泄漏或引入氣泡。
       解決辦法：導壓管和閥門或者變送器表頭接口處泄漏
時，可以將此處螺絲緊固。如果緊固后仍然泄漏，則考慮是墊片變形無法密封，可以更換墊片后，再進行緊固；導壓管內有氣泡，可以將變送器后的排氣口打開，當流出的液體為均勻流速，而不再是斷斷續續時，則說明排氣完成。

3.3 線路故障
安裝和使用過程中，變送器的接線和控制回路的接線可能會被接錯，一些無操作可能會導致表頭的損壞，甚至燒毀電路板。
       解決辦法：檢查變送器表頭的電源線是否接反、接錯；檢查變送器是否有24V 直流電壓；檢查表頭是否損壞，檢查電路板是否燒毀。如果變送器仍存在問題，將電流表串聯接入電源回路，檢查電流是否正常。若正常則說明變送器正常，應檢查回路中其他儀表是否有故障。

4 調試和使用過程中的注意事項
1）禁止將高于36V 的電壓加到變送器上，以防燒壞變送器。
2）禁止將硬物觸碰膜片，以防隔離膜片損壞。
3）請勿將變送器接到結冰的介質上，介質結冰會損壞傳感器。
4）介質溫度不應超過變送器的使用溫度范圍。
5）測量壓力不應超過變送器的壓力測量范圍。
6）變送器投用時，要緩慢打開閥門，防止被測介質對隔離膜片造成過大沖擊。

5 結束語
海南昌江核電廠汽水分離器疏水箱采用了霍尼韋爾ST3000 系列智能差壓變送器，該變送器環境適應性好、安裝和調試方便、測量精度高，其本身發生故障的幾率較小。在調試過程中，若出現誤差偏大，甚至無法正常測量的故障時，主要原因一方面是零點未校準、量程沒有正確遷移、負壓側平衡罐沒有充滿液體；另一方面是導壓管連接處或者閥門處發生堵塞、漏液等故障。在以后的調試過程中，可以先對變送器進行排污、排氣操作；在變送器首次投用時，緩慢開啟閥門，防止隔離膜片損壞；在緊固閥門時，切勿野蠻施工，因為螺絲的螺紋是脆弱的；在變送器量程遷移時，要準確測量，努力保證測量的精確度。