核电厂循环水过滤系统气压式压差计的测量原理

郭建东

（中广核核电运营有限公司，广东深圳518124）

1 引言

核电厂循环水过滤系统主要对机组所需使用的全部海水进行过滤，以确保使用海水的系统和设备不会发生堵塞和生物腐蚀。循环水过滤系统包含细栅格、粗格栅等，细栅格是循环水过滤。系统三级过滤中的第二级，主要对经过粗格栅过滤后的海水进行第二次过滤，防止大块漂浮物损伤旋转滤网。为保证细栅格的可用性，它们各自装有一个固定式的垃圾耙。按时间顺序或根据压力损失进行操作，每个垃圾耙斗组均装有一个压力压差式探测器和一个超声波式探测器。

2 概述

循环水过滤系统过滤的是核电厂的最终热阱—海水，正常和各种事故工况下，保证一台机组使用的全部海水进行过滤，过滤过程中有两个主要的设备是旋转滤网和拦污栅，气压式压差计是用来监测旋转滤网和拦污栅的堵塞情况，每个旋转滤网装有三个压差计（两个气压式和一个浮子式）测量上游和下游间的压差（压差大小反映滤网是否堵塞），同时根据压差大小发出不同的信号控制旋转滤网的运行。滤网转筒安装成与拦污格栅的平面相平行。要过滤的水从卷筒轴侧流入，已过滤的水从滤网的外侧流出。滤网转筒领先一个驱动机构和两台低速电动机（其中一台备用）或一台中/高速电动机供给动力，绕其轴线转动。每个滤网转筒带有两个气压式压差计探测器以及一个静压式压差计探测器，并传信号至主控室。每个转筒依靠一台泵和一个压力管线粗滤器进行冲洗。当运行时，粗滤器是自洁式的。

旋转滤网的运行与压差的关系：

①压差小于10cmH2O，低速运行；

②压差达到10cmH2O（3取1），延时5s中速运行，低于10cmH2O（3取3），运行6min30s切至低速；

③压差达到20cmH2O（3取2），延时20s高速运行，低于10cmH2O（3取3），运行3min10s切至低速；

④压差达到30cmH2O（3取2），延时5s向主控发出901AA报警；

⑤压差达到50cmH2O（3取2），相应的循环水泵CRF泵跳闸并向主控发出第二个报警。此时主控需要立即降功率至600MW，监视冷凝器真空,据真空变化情况选择停止降负荷；后续需要控制△I及在12h内将G棒提出堆芯；若一列设备冷却水泵RRI不可用（两台热交换器不可用）则需要24h内机组向RRA运行条件的NS/SG模式后撤，机组记录RRI5 IO1；若一列重要冷却水泵SEC不可用，机组记SEC3 IO，缓解措施同上（需要24h内机组向RRA运行条件的NS/SG模式后撤）；联系专业人员现场确认故障并给出维修意见（是否可在线维修以及维修期限）。

3 气压式压差计基本原理

图1 气压式压差计原理图

气压式压差计的工作由两个对称测量单元完成。测量单元的原理是：利用液面下同一深度的静压力处处相等。如图1，由于空气密度很小（忽略不计），则减压阀后空气管内的压力均为P。

P=P′=ρgh，式中

h为被淹没的空气管的深度；P为空气管内压力；P′深度h处压力；ρ液体密度；g重力加速度

对一定的液体，ρ、g为一定，因此压力P与液位h成正比关系，通过测得压力P。进而测出滤网上、下游间的压差。

以下图2所示压差计为例进行说明：

图2 核电厂某气压式压差计设备连接示意图

设备组成主要包括：一个差压指示器（422LP）、一组探头（红色的探头用于上游，白色的探头用于下游）、一个空气进口阀（214VA）、装有气压计的一个空气减压阀（224VA）、两个流量调节器、两个综合管（将两个探头连接到差压开关空气回路中）、一组差压开关（302/312/322/332SP）。另外在就地控制电器柜上装有一个模拟发送器（441/442MP）和一个“自动控制”按钮（155TO/156TO）。155TO/156TO是用于第一水位失压模拟。从SAR来的压缩空气从空气进口阀214VA进入，经空气减压阀224VA减压到2bar，分两管（红管和白管）分别经两个带小球指示的流量调节器调节空气流量相等后连接到旋转滤网上、下游的探头管。探头管固定在水中，根据P=ρgh，上、下游水位的不同，则P不相等，探头管中的空气压力不一样，即可测出其压差。在流量调节器出口分别接有红、白色的综合管，将探头连接到差压开关空气回路中，综合管上接有422LP/442MP，分别是显示和发送压差信息，四个差压开关（302/312/322/332SP）各自设置不同的阀值，分别是第一水位10cmH2O，第二水位20cmH2O，第三水位30cmH2O，第四水位50cmH2O，当压差达到上述值时，相应的SP动作。

4 定期检测

为了保证设备的正常运行，在核电厂的日常运行中要进行定期检查和定期试验。定期检查主要是检查供气压力正常（气压计读数是否为2bar），检查两个流量调节器的读数是否相同（正常值为“6”），压差指示值（LP）是否正常，被监控设备处于自控状态等。定期试验是检查差压开关的功能是否良好，用人工模拟旋转滤网上下游不同的压差，试验压差开关和旋转滤网的运行符合要求，具体是慢慢地调节上游探头（红管）流量调节器的旋钮，使流量增加，从而增大红管的压力，当压差达到10cmH2O、20cmH2O、30cmH2O时，SP分别动作，旋转滤网切换到不同的运行方式。此外，发现测量管线堵塞，应及时写工作申请，要求吹扫。以某核电厂为例，旋转滤网压差的主要定期试验有：旋转滤网的自动操作控制；旋转滤网压头损失高1水位试验；旋转滤网压头损失高2与高3水位试验；旋转滤网压头损失高4水位试验。试验内容主要是通过操作压差计，来模拟旋转滤网两侧水位差高信号，触发旋转滤网自动转速切换、报警或跳闸循环水泵等信号，从而验证压差计发出的高报警信号、旋转滤网的自动动作信号、主控室报警信号都正确。

5 结语

气压式压差计的正常运行可以确保循环水过滤系统的旋转滤网的正常运行。鉴于旋转滤网运行的核安全要求，对压差计的技术规格要求很高。随着现代技术不断推陈出新，压差计的技术也将取得进步。例如原来核电厂旋转滤网还有一种差声波液位计，根据电厂运行实践反馈经常因为水面存在泡沫等原因而误发高液位信号，因此经过技术分析改造成静压式液位计，不修改定值，不变更控制与保护。