引 言

　　壓力/差壓變送器是一種將壓力轉(zhuǎn)換成氣動 信號或電動信號進行控制和遠傳的設(shè)備，具有性能穩(wěn)定、精度高、性價比高等特點，在研究堆放射性工藝回路系統(tǒng)（放射性回路）和非放射性工藝回路系統(tǒng)（非放射性回路）中被廣泛應(yīng)用，可用于各設(shè)備本體或工藝管道的液位、流量、壓力和壓差等測量。對研究堆而言，壓力/差壓變送器測量與轉(zhuǎn)換的質(zhì)量直接關(guān)系到研究堆工藝參數(shù)采集的準確度、靈敏度和穩(wěn)定性，測量信號的不準確或故障失效甚至?xí)o研究堆帶來嚴重的安全事故和經(jīng)濟損失。因此，在滿足研究堆設(shè)計標準、考慮多種影響因素、克服惡劣測量環(huán)境的背景下，如何保證壓力/差壓變送器測量滿足系統(tǒng)使用要求，需要深入研究，從而保障壓力/差壓變送器的運行和維護滿足研究堆安全運行和有效利用的要求。

　　1 壓力/差壓變送器在研究堆應(yīng)用中應(yīng)考慮的因素

　　1.1 安全因素

　?。?）工藝系統(tǒng)安全。在研究堆上應(yīng)用壓力/差壓變送器需要嚴格遵守核反應(yīng)堆相關(guān)法律法規(guī)要求，尤其是應(yīng)用在研究堆保護系統(tǒng)以及放射性工藝回路系統(tǒng)上的變送器，更需要在設(shè)計之初便考慮周全，防止在應(yīng)用中因自身問題對系統(tǒng)安全造成影響。一方面，應(yīng)用在研究堆保護系統(tǒng)安全重要參數(shù)（出/入口壓力和入口流量）測量的壓力/差壓變送器，是屬于保護系統(tǒng)的一部分。根據(jù)HAF1022016 5.4 章節(jié)要求安全重要物項的設(shè)計，必須保證設(shè)備具有足夠的可靠性和有效性，以及 HAF2011995 4.6 章節(jié)要求保護系統(tǒng)的測量設(shè)備應(yīng)采用好立性原則，以提高系統(tǒng)的可靠性，尤其是發(fā)生共因故障時的可靠性。另一方面，根據(jù) GBT13632.02006 6.2 章節(jié)要求，差壓變送器的布置應(yīng)考慮非常優(yōu)化的原則。通過合理設(shè)計與安裝壓力/差壓變送器（包括安全重要參數(shù)和非安全重要參數(shù)設(shè)備），避免系統(tǒng)之間通過變送器環(huán)節(jié)交叉污染，降低壓力/差壓變送器相關(guān)的放射性廢物產(chǎn)出，并將輻射照射保持在合理盡可能低的水平。

　?。?）人員與設(shè)備的安全。就研究堆而言，壓力測點分散在不同樓層的工藝房間內(nèi)，工藝間內(nèi)設(shè)備繁多、管線復(fù)雜，且大部分工藝房間為放射性環(huán)境。因此，壓力變送器應(yīng)相對集中布置，避免人員逐一到各工藝現(xiàn)場維護，降低人員的受照劑量和安全風(fēng)險。在強放射性環(huán)境中，壓力/差壓變送器內(nèi)部元器件將被加速老化，可能導(dǎo)致設(shè)備過早失效。因此，壓力/差壓變送器應(yīng)布置在非放射性或低放射性場所，降低放射性對變送器安全的影響。

　　1.2 測量誤差因素

　?。?）變送器位置對測量的影響。通常在研究堆建設(shè)之初，由于總體設(shè)計的需要或因強放射性環(huán)境、高溫、狹小空間等的制約，壓力/差壓變送器往往不能安裝在工藝現(xiàn)場的測點附近，而是通過引壓管將管道或設(shè)備上的介質(zhì)引壓到適當?shù)奈恢迷侔惭b壓力/差壓變送器，因此測點與變送器之間可能會形成標高差。當變送器位置低于測點標高，引壓管中的傳壓介質(zhì)因高度差產(chǎn)生附加壓力，從而影響壓力變送器測量的準確性；當變送器位置高于測點標高，變送器腔室壓力會受引壓管氣體影響而形成測量誤差；當變送器與測點標高一致時，標高不會對測量產(chǎn)生影響。

　　（2）研究堆工況對測量的影響。研究堆根據(jù)任務(wù)需要及自身特點，堆本體和工藝系統(tǒng)每個月都將經(jīng)歷一次運行和維護，在運行期間也可能需要對部分系統(tǒng)管道或設(shè)備進行切除及投入，變化的工況使導(dǎo)壓管內(nèi)或差壓變送器表腔內(nèi)存在氣體，變送器的腔室壓力發(fā)生變化，進而使用于液位或流量等測量的差壓變送器指示不穩(wěn)定 [1] ；同時若導(dǎo)壓管內(nèi)或變送器表腔內(nèi)充滿放射性水將可能會沾污儀表，影響儀表的校驗和維修。

　?。?）變送器校驗對測量的影響。一般在校驗壓力/差壓變送器時，需要拆卸引壓管與變送器之間的接頭，將便攜式壓力校驗儀與變送器本體連接，在校表結(jié)束后再恢復(fù)引壓管與變送器之間的連接。盡管壓力儀表校驗周期為 1~2 a，但多次的拆卸可能會引起引壓管接頭絲扣處滑絲而滲漏液體；此外，部分引壓管與變送器的連接比較緊湊，拆卸和安裝引起的變形會產(chǎn)生應(yīng)力 [2] ，可能會對變送器測量準確度產(chǎn)生影響。

　　2 壓力/差壓變送器在研究堆應(yīng)用中的相關(guān)對策

　　針對壓力/差壓變送器在研究堆應(yīng)用中的安全與測量誤差的問題，本文在滿足國家相關(guān)法規(guī)標準的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究堆的實際情況提出了相關(guān)技術(shù)和管理對策。

　　2.1 技術(shù)對策

　　為了滿足研究堆的測量要求和各方面安全，同時為了降低壓力/差壓變送器的維護難度，應(yīng)在非放射性或低放射性房間將壓力/差壓變送器集中布置，設(shè)計一個壓力/差壓變送器一次儀表間；同時還應(yīng)設(shè)計一套儀表反沖水系統(tǒng)以及免拆校驗方法以降低或消除測量誤差。

　　（1）設(shè)計一次儀表間。壓力/差壓變送器一次儀表間可簡稱為一次儀表間。一次儀表間的位置選定應(yīng)綜合考慮房間內(nèi)各變送器對應(yīng)的測點標高情況。就研究堆而言，壓力變送器的測點基本分布在一次水和二次水回路管道或設(shè)備上，各測點通過引壓管將管道或設(shè)備上的介質(zhì)引壓匯集到一次儀表間的變送器，通過校準儀表零點或遷移量程可以消除或降低標高差帶來的測量誤差 [3] 。依據(jù)研究堆保護系統(tǒng)設(shè)計法規(guī)標準等要求，設(shè)計的一次儀表間分為 4 個區(qū)，1、2、3 區(qū)布置保護系統(tǒng)相互物理隔離的 A、B、C 三通道（研究堆一般為三重冗余結(jié)構(gòu)），同時一次水回路相應(yīng)的變送器也布置在該區(qū)域；4 區(qū)布置二次水回路相應(yīng)的變送器。因此，通過一次儀表間的布置不僅使設(shè)計滿足法規(guī)要求而且利于引壓管和反沖水管線的布置，同時也防止了一次水（具放射性）與二次水（不具放射性）在變送器環(huán)節(jié)的交叉污染。

　　此外，由于從一回路工藝管道或設(shè)備上取壓的壓力變送器，在對其進行校驗或維修過程中，可能會從儀表腔室或引壓管末端泄漏一定量的放射性水，因此需要在一次儀表間設(shè)計放射性地漏，將產(chǎn)生的廢液匯集引出處理。

　?。?）設(shè)計反沖水系統(tǒng)。針對研究堆工況的變化導(dǎo)致導(dǎo)壓管內(nèi)或變送器表腔內(nèi)產(chǎn)生氣體，以及導(dǎo)壓管內(nèi)或變送器表腔內(nèi)若充滿放射性水將影響儀表的校驗和維修等問題，一次儀表間應(yīng)設(shè)計一套壓力/差壓變送器反沖水系統(tǒng)。反沖水系統(tǒng)對所有壓力/差壓變送器進行沖水排氣，提高測量可靠性，同時與具有放射性的一次水之間建立水墊，防止變送器污染。反沖水系統(tǒng)水源為去離子水，壓力應(yīng)與研究堆水壓匹配，防止反沖水水壓過高對工藝系統(tǒng)設(shè)備造成破壞。壓力、差壓變送器的反沖水系統(tǒng)設(shè)計見圖 1 和圖 2，可以實現(xiàn)壓力/差壓變送器表腔和相應(yīng)引壓管的沖水排氣。

　?。?）應(yīng)用儀表校驗免拆卸方法。鑒于研究堆的傳壓介質(zhì)為不黏稠的液體，一次儀表間在設(shè)計時直接在變送器與引壓管之間用閥組替代單個的截止閥，在校表時無需拆卸引壓管與變送器之間的接頭，只需通過借用閥組的排污口作為校表口，即可實現(xiàn)儀表的免拆校驗 [4] 。

　　壓力變送器的免拆校驗設(shè)計為：在引壓管和壓力變送器之間安裝一個二閥組（即圖 1 中虛線框中的閥 2 和閥 3），并在二閥組排污管末端加裝校表專用接頭。在校表時，便攜式壓力校驗儀通過二閥組排污管與變送器連接，即可實現(xiàn)該壓力變送器的免拆卸校驗。

　　差壓變送器的免拆校驗設(shè)計：在引壓管與變送器之間安裝五閥組（即圖 2 中虛線框中的閥 1、閥 2、閥 3、閥 4、閥 5），并將五閥組組件 2 個排污絲堵拆除，加裝校表專用接頭。在校表時，便攜式壓力校驗儀分別與五閥組的正負腔室排污處接頭連接，即可實現(xiàn)該差壓變送器的免拆卸校驗。

　　2.2 管理與制度對策

　　（1）管理對策。為保障研究堆壓力/差壓變送器的正常運行與維護，需要采取一定的保障措施：①儀表維護人員需要取得壓力、差壓變送器校驗或檢定證書，具備相應(yīng)的操作資格；②編制專用的儀表反沖水操作程序，撰寫儀表免拆卸的校驗方法；③始終貫徹一人操作、一人監(jiān)督的原則，保證設(shè)備安全，保護人員安全；④加強維護人員的培訓(xùn)和對外交流，提升壓力儀表維護綜合能力。

　?。?）制度對策。在符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的基礎(chǔ)上，應(yīng)基于研究堆工況以及壓力/差壓變送器的特點撰寫研究堆壓力/差壓變送器設(shè)計準則、設(shè)計規(guī)定（可參考本文的技術(shù)對策），為新建研究堆壓力/差壓變送器設(shè)計提供制度保障，讓設(shè)計更規(guī)范、更符合研究堆應(yīng)用實際。

　　3 結(jié)束語

　　本文研究了壓力/差壓變送器在研究堆應(yīng)用中需要考慮的幾個因素，并基于研究堆特點提出了一次儀表間、反沖水系統(tǒng)和儀表免拆卸校驗設(shè)計的技術(shù)對策和相應(yīng)的管理、制度對策，對新建研究堆壓力/差壓變送器的設(shè)計與維護有借鑒意義。

　　儀器儀表是工業(yè)化進程的基石，只有選用工業(yè)現(xiàn)場選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動化流程才能夠更加自動化。