在核電廠中，過程檢測儀表是整個儀控系統與工藝過程的接口，儀表性能的優劣直接影響到儀控系統的性能。諸類過程檢測儀表中，壓力變送器的應用最廣泛、最普遍，主要用于檢測工藝系統的壓力、流量和液位，其中安全級壓力變送器為核電廠保護系統和事故后監測系統提供必需的信號，用于安全保護和事故后監測。同時，嚴重事故管理所需的壓力變送器在嚴重事故工況下的可用性也關系到嚴重事故管理導則中的嚴重事故管理策略在實際中能否真正實現。因此，正確、合理地選用壓力變送器對確保核電廠安全、可靠運行十分重要。

 

一、壓力變送器的種類

        壓力變送器的種類較多，根據不同的分類原則可分為如下類別。

        (一)按照測量壓力類型。變送器可分為壓力變送器、差壓變送器和絕壓變送器。

        (二)按照測量原理。核電廠常用的壓力變送器按照測量原理可以分為:電容式變送器、壓敏電阻式壓力變送器、電感位移壓力變送器以及力平衡式變送器。

        (三)按照是否直接測量介質。壓力變送器可分為基型變送器和帶遠傳毛細管的法蘭變送器。

        (四)按照執行的功能。按照儀表是否執行安全功能可將核電廠的壓力變送器分為壓力變送器和非安全級壓力變送器，安全級壓力變送器要根據不同的鑒定要求進行質量鑒定以確保在需要時能夠正確執行其功能。

 

二、壓力變送器設計的原則

        核電廠的壓力變送器選型設計主要考慮以下原則:

        一是滿足核電廠壓力變送器相關設計、制造、檢驗及質量鑒定標準規范要求;

        二是滿足工藝系統對該類型儀表的測量要求;

        三是滿足核電廠執行安全功能、安全分析、事故管理導則中對該類型儀表的特殊要求;

        四是便于對儀表進行安裝維護;

        五是考慮提高設備的國產化率，在滿足技術要求的基礎上盡可能選擇國產化產品;六是適應后續電站設備改造的要求，盡量減少儀表的種類，方便維護。

 

三、壓力變送器的選型

        核電站壓力、差壓變送器的選型通常根據該設備所執行的功能、被測工藝介質的類型、測量范圍、特性、安裝條件、環境條件、儀表性能、經濟性等方面來考慮，不僅滿足高可靠性、高穩定性、高精度的要求，還要滿足保護系統安全設計要求，同時還必須滿足全數字化儀控系統的設計要求，并考慮電站的運行、維護要求。選型時應具體考慮如下問題。

 

(一)安全分級。

        核電站的安全運行主要取決于執行安全功能的設備的可靠性。對于執行緊急停堆、應急堆芯冷卻、余熱排出、安全殼隔離、安全殼排熱及防止放射性物質向環境釋放這些安全功能的電氣設備，稱為安全(1E)級電氣設備。尤其對于安裝在核電站安全殼內的核級差壓/壓力變送器，因工作在有輻照的環境條件中，并且要求在地震和事故工況下(如 LOCA 事故)保持其功能與性能，工作條件非常嚴酷。為使變送器在壽期內保證在核電站正常運行工況或者事故工況下經受最苛刻的環境條件執行規定的安全功能，必須使用經過質量鑒定合格的變送器產品。

 

        其中對于部分需要將信號送往事故后監測系統和保護系統的儀表，應按照 ＲCC － E 中關于 K1、K2、K3 級儀表的要求(部分可等效采用 IEEE － 323/344 的要求)選擇經過質量鑒定的儀表。同時考慮滿足電站的安全準則，由于國產化的能力有限，部分 K1 類的儀表考慮國外公司具有核電供貨資格且有成熟應用經驗的產品。

 

        對于嚴重事故必須使用的壓力變送器，應按照技術要求對變送器進行質量鑒定或者具有一定可信度的分析，以證明其能耐受嚴重事故環境條件并在事故中及事故后可用。

 

(二)變送器類型及測量范圍。

        根據工藝參數要求，被測壓力類型不同選擇相應的壓力、差壓或者絕壓變送器，并且在選型時要考慮設備的工作壓力等級，變送器的工作壓力等級。所選變送器的量程在變送器的測量范圍內;所選變送器的量程在變送器的實際可使用的量程比范圍內;所選變送器的量程盡量接近變送器的最大量程。

 

        在測量穩定壓力時，一般壓力變送器的量程選擇接近或略大于正常壓力值的 1． 5倍;在測量脈動壓力時，一般壓力變送器選擇接近或略大于正常壓力值的 2 倍，并考慮變送器的超量程過載能力;在測量泵出口壓力時，一般最大量程選擇接近泵出口的最大壓力值;在測量高壓壓力時，一般最大量程選擇應大于最大壓力測量值的 1． 7 倍。測量范圍一定應處在變送器的量程范圍內，不得低于變送器的最小量程，尤其在差壓測液位的應用中，要注意變送器遷移后的量程不應超過變送器的最大量程(UＲL)，否則將無法準確測量。在選用差壓變送器時，應考慮耐靜壓能力及靜壓對測量精度的影響。對于被測介質是粘稠、易凝、易結晶或者高溫的情況，可以選擇遠傳法蘭變送器。對于用于事故后監測的安全殼地坑水位的連續測量，也選擇了單邊毛細管的遠傳法蘭變送器。對于遠傳法蘭壓力、差壓變送器，選擇毛細管長度時，既要考慮安裝和維護的方便，又要考慮毛細管過長對測量造成的影響，如溫度變化造成的輸出變化和相應速度慢等不利因素。

 

(三)選擇合適的材質。

        根據被測介質的物理和化學性能，選擇變送器的接液部分(過程接口)和非接液部分、隔離膜片的材質。與介質接觸的部分，變送器材料應符合 ＲCC 系列標準的要求，一般要求為采用奧氏體超低碳不銹鋼材料加工，目前常用的如 304L 或 316L(ASTM 標準)，涉及到海水介質的系統應選擇耐腐蝕的哈氏合金 C。同時，要考慮核清潔度的要求，按照與一回路、注入一回路的介質以及二回路流體、廢液貯罐的不同，執行不同的清潔度要求。在實際選型過程中也會因變送器本身結構的不同，有些特殊處理，例如變送器的泄放部分為針形閥，其中密封鋼球如果也采用316L，多次泄放操作后會對密封面不利，因此這種情況可以考慮采用材料為 316 的密封鋼球。

 

(四)運行維護的要求。

        壓力、差壓變送器選型一是要考慮控制通道要求，根據控制性能要求選用精度較高的儀表，其中用于試驗儀表系統(KME)系統熱平衡計算的儀表，根據精度的要求，選用了精度(0． 025%)和性能更好的壓力差壓變送器。二是要考慮維護的方便性。考慮輻射防護分區，儀表應布置在人員可達的區域，安裝在儀表架上方便維修和操作，滿足定期試驗的要求和儀表校驗要求。(五)其它注意事項。在壓力變送器的選型設計中，還應注意在安全準則中，對于特殊測點的功能精度、響應時間、事故后精度、一致性等要求。此外，儀表所處環境如有可燃和爆炸危險氣氛的存在，則需要考慮防爆。有部分儀表在電氣設備分級清單中雖然為非安全級，但有地震情況下執行功能的要求，或者安裝位置的輻射分區有一定輻照劑量，為保證儀表的長期工作的測量精度及穩定性，此類儀表在選型時通常考慮加做輻照老化并經過抗震試驗的壓力變送器。

 

四、結語

        本文描述了核電廠常用壓力變送器的類型及設計原則，對選型設計中需考慮的問題及特殊的注意事項進行了歸納與總結，可用于核電項目的壓力儀表選型工作參考。