摘要：分析核電機組壓力容器和穩壓器的液位測量分體式 K1 差壓變送器。液位測量對電廠建設期間的一回路進水、水壓試驗及運行期的一回路液位監控和事故分析起著極其重要的作用。變送器的傳感器和變送單元分開布置在安全殼和電氣廠房，通過特有的抽真空、充液、無氣泡驗證試驗等工藝直接在施工現場安裝。充液是技術難點和保證設備穩定可靠運行的關鍵。介紹一回路液位測量、K1 差壓變送器工作原理和特性，分析現場抽真空、充液工藝及無氣泡驗證試驗、靜壓試驗及調試校驗結果。最后，介紹安裝過程中遇到的主要問題，總結核電機組的經驗，提出改善方案優化抽真空、充液工藝和安裝管理，為后續機組提供參考。
1 引言
核電壓力容器和穩壓器液位測量，用于工況監控和事故分析，對核電運行安全極其重要。變送器由隔離模塊、傳感單元和變送單元組成，其中隔離模塊直接與過程工藝管道連接。變送器的隔離模塊、毛細管、傳感單元安裝在核島中，變送單元安裝在電氣廠房，并通過接線盒和電纜連接。分體結構避免變送單元工作在 Local 工況高輻照、高溫、高壓工作環境，保證變送器的壽命、可維護性、穩定性及可靠性。變送器以散件形式發到現場在現場安裝，涉及抽真空、充液、無氣泡驗證試驗、靜壓試驗等特殊工藝。現場施工環境惡劣，抽真空工藝要求非常高，如 HP 真空度為 0.02 mBar。在核島高溫、高濕的環境下，要達到如此高的真空度要求，須對工藝的各個環節進行嚴格控制，否則直接影響變送器的測量精度和使用壽命。
2 RCP 液位測量和分體式 K1 差壓變送器
2.1 RCP 液位測量
反應堆冷卻劑系統（RCP）的液位測量分為承壓階段的測量和卸壓階段的測量。RCP 承壓階段液位由供貨的分體式 K1 差壓變送器測量，分為正常熱態運行工況下的液位測量和一回路發生失水事故情況下的液位測量。
正常熱態運行工況下，反應堆壓力容器充滿水，平均溫度 314℃，壓力 15.5 MPa，整個 RCP 系統只有穩壓器上部存在汽空間，RCP 的水位等同于穩壓器水位。穩壓器水位傳感器 RCP007、008、011MN 測量，信號精度高，用于反應堆保護系統和穩壓器水位調節系統。
一回路失水事故工況下，RCP 液位可能直接下降到堆芯以下，利用四個壓力容器水位測量計RCP090、091、092、093MN 監測堆芯淹沒情況，總共 6 臺差壓變送器，分 A、B 系列，每列 3 臺，如圖1 所示。
2.2 分體式 K1 差壓變送器
變送器屬于分體式差壓電感式，由高壓隔離模塊、低壓隔離模塊、變送單元、信號處理抽屜等部分組成 [2] ，如圖 2，分體式 K1 差壓變送器工作原理。
2.3 JUV 抽真空組件
變送器通過專用工器具 JUV 實現抽真空和充液。抽真空指將變送器和 A 類水中的真空度抽到要求值，以避免變送器和隔離模塊之間由氣泡而影響壓力傳遞、液位測量精度和響應時間。充液指在真空度達到要求之后，將 A 類水按規定的操作流程和填充容器注入變送器中。JUV 結構如圖 3。
3 分體式 K1 壓力變送器的安裝
分體式 K1 壓力變送器安裝工作主要包括先決條件檢查、變送模塊標定、傳感器抽真空和充液、傳感器無氣泡驗證試驗和靜態壓力驗證試驗等。
3.1 先決條件檢查
第一項工作是對現場安裝條件進行檢查，檢查主要工作順序。
（1）參照圖紙，對變送器毛細管的敷設路徑、毛細管橋架搭設及變送器支架的安裝位置進行檢查和測量。
（2）安裝房間的隔離區搭設、空調和除濕機設置、腳手架搭設、臨時電源、臨時照明等進行檢查。
（3）申領變送器組件和專業工器具：抽真空泵組件（以下簡稱 JUV）和仿真實驗儀（以下簡稱JUS）。
（4）準備 A 類除鹽水、壓縮空氣、溫濕度計、毛細管密封膠、螺栓防咬劑、無水酒精等易耗品。
3.2 隔離膜塊檢查和變送器校準
依照計量法規，在變送器安裝之前進行校準。分體式 K1 變送器在安裝之前，必須進行標定，流程如下。
（1）隔離模塊檢查：檢查隔離膜片是否變形、腔室是否有異物。
（2）變送器校準：進行零點和滿量程校準。
（3）線性度檢驗：對線性度進行檢驗，線性度高于 98.5% 為合格。
3.3 抽真空和充液
抽真空和充液是變送器安裝中最核心的工藝，直接關系到變送器的測量精度和使用壽命，工作流程如下。
（1）變送器低壓隔離模塊 LP 和高壓隔離模塊HP，經毛細管連接到傳感器 Sensor 低壓“-”端和高壓“+”端。
（2）LP 抽真空和充液：適度松開 LP 上的球形螺栓，將充液軟管連接在 LP 充液接頭和 JUV充液接頭上，同時在 Sensor 的低壓側連接真空表
（Gauge）。LP 持續不間斷抽真空的時間為：穩壓器 LP 4 小時、壓力容器 LP 24 小時。
（3）JUV 連接 Sensor，真空表（Gauge）連接JUV。HP 持續抽真空時間為 36 小時。
3.4 驗證試驗
抽真空過程中，JUV Tank1 內的 A 類水和變送器不可能完全被抽真空，同時隔離模塊、毛細管、傳感器之間的密封可能存在泄漏，為保證分體式 K1變送器的高精確、靈敏度和可靠性，必須對變送器內的氣泡容積和密封性能進行驗證。
在充液完成后專門設置無氣泡驗證試驗和靜壓試驗來驗證充液結果。無氣泡驗證試驗用于判定抽真空和充液是否合格。
3.4.1 無氣泡驗證試驗
無氣泡驗證試驗是通過注射器在變送器低壓側加壓，測量注射器至 LP 處的容器改變 V1 和變送器輸出值反映的其實際容積變化 V2，最后計算、分析和比較 V1 和 V2 關系，確認變送器 LP/HP 與傳感器之間的總氣泡大小。圖 4，無氣泡驗證試驗示意圖。某核電機組所有分體式 K1 壓力變送器通過無氣泡驗證試驗確定的氣泡值都小于 0.1 mL，全部合格通過 [3] 。
3.4.2 靜壓試驗
分體式 K1 差壓變送器直接與一回路相連，為保證一回路密封邊界完整性和變送器工作可靠，必須對變送器進行水壓試驗。水壓試驗示意圖 5。某核電機組所有分體式 K1 壓力變送器在靜壓試驗全部合格 [3] 。
3.4.3 調試校驗結果
在變送器安裝好之后，調試隊進行現場校驗。分體式 K1 差壓變送器全部校驗合格，并在熱試過程工作穩定可靠。校驗記錄如表 1 分體式 K1 差壓變送器校驗記錄 [4] 。
4 安裝中遇到的問題和優化方案
4.1 安裝遇到的問題
某核電機組壓力容器和穩壓器液位測量用分體式 K1 差壓變送器在安裝過程中遇到的問題如下：
（1）核島廠房通風系統常不可用，現場工作環境惡劣，溫度常常在 40 ℃、濕度 80% 以上。真空泵持續不間斷在溫度 25 ℃、濕度 50% 以下才能達到目標值（如 HP 0.02 mbar）。現場環境難以控制導致抽真空多次失敗，真空泵工作效能下降，進度滯后影響現場工期。
（2）變送器機架安裝在 KCS801-804AR 核級小三箱中，機架和機柜分開采購。規格書沒有考慮邊界接口，沒有配套的特殊接線端子。
（3）NNSA 對分體式 K1 差壓變送器安裝選點見證，并對安裝過程的工藝流程、質量控制等提出問題。設備廠家營運范圍沒有現場服務資質。
（4）變送器隔離模塊的膜片上有污物，必須返修。同時 RCP091MN 抽真空和充液后，進行無氣泡驗證試驗和靜壓試驗時發現線性偏移超標，不可使用。
（5）變送器毛細管橋架沒有按照施工圖紙敷設，部分墻壁貫穿件沒有安裝，造成毛細管長度不夠和毛細管與水泥直接接觸。
4.2 優化方案
4.2.1 先決準備工作的優化
（1）在安裝分體式 K1 差壓變送器之前，參照施工圖紙同施工單位對毛細管橋架、貫穿件的安裝位置和質量進行檢查，必要時進行整改。
（2）在供貨商來現場之前，保證變送器內包裝完好。由供貨商來開箱和檢查變送器是否合格。
（3）設置分體式 K1 差壓變送器現場安裝質量計劃，將施工單位、總承包商、供貨商納入其中，以確保供貨商在現場充液工作能滿足 HAF604 監管的要求。
4.2.2 隔離區的優化
后續機組建立密封嚴密的隔離區，同時隔離區配備 1 臺制冷效果好的空調和 2 臺工作除濕效果好的除濕機。嚴格控制環境溫濕度，必要時及時增加空調和除濕機。盡可能將充液服務時間安排在冬天或春天。
4.2.3 抽真空和抽樣優化工藝的優化。
（1）改變 JUV 抽真空泵組件，將其橡膠接管改為金屬密封接管，提高 JUV 的密封性能，提高抽真空效率。改變 JUV 的結構，同時對一個房間內的多臺變送器進行抽真空，縮短工期。
（2）每周進行 JUV 再生，除去泵內水汽。JUV再生由在核島實施改為到辦公室實施，辦公室溫濕度控制在 20 ℃、45% 以下，以提高真空泵的性能。
（3）在抽真空泵的吸氣口設置干燥包，空氣經過干燥包初級除濕之后再吸入泵內。同時泵殼體外纏繞絕緣電阻絲，必要時加熱除濕。
（4）某核電機組的抽真空順序為 RCP007MN、008MN、011MN、090MN 至 094MN。鑒于現場一回路進水和水壓試驗只需要使用 RCP090、RCP091MN窄 量 程 監 測 一 回 路 液 位 ， 先 完 成 R C P 0 9 0 、RCP091MN 充液之后，再完成剩余分體式 K1 變送器充液。
工作安排的優化。
（1）分體式 K1 差壓變送器的抽真空時間比較長，HP 需要持續不間斷抽真空 36 小時。合理安排抽真空計劃，充分利用周末的時間段進行抽真空。
（2）優化廠家分體式 K1 差壓變送器抽真空團隊，由 2 人小組改為 3 人小組。3 人團隊的抽真空效率相當于 2 個 2 人小組，節省人工，提高工作效率。
5 結語
由于分體式 K1 變送器現場安裝遇到較大困難，一度停滯不前。在作者的協調下，通過各環節的努力和改進，克服了環境溫濕度無法控制、變送器部件不可用、進度緊張等困難，最終通過了無氣泡驗證試驗、靜壓試驗及調試校驗，保證了設備的質量和進度，滿足水壓試驗節點需求。
本文總結和優化某核電機組的安裝經驗，對某核電項目后續機組和其他核電項目有重要參考意義。
