核电厂通风仪表选型分析

颜彬

摘要：作为核动力装置的一个重要附属系统，通风系统不仅为核动力装置的安全稳定运行创造良好的环境，而且对核动力装置中的气体污染起到了控制与净化作用。核岛通风设备的选择和使用，直接影响着整个设备的安全和稳定。在过去的工程中，大部分参加工程的仪器都选择了开关量型仪器，这样的仪器数目很大，但也存在着很多问题。与开关量测仪相比，采用模拟量测仪可以实现更精确的控制。为此，迫切需要对已有的通风系统仪器进行重新选择和优化，以改进其各种不足之处，提升其综合性能。

关键词：核电厂；通风仪表；选型分析

前言

在实际操作的过程中，利用通风系统，既能将核电厂内的温度、湿度、压力都维持在合理的范围内，又能有效地降低放射性污染、放射性水平等，防止其蔓延到周围的环境，从而确保各种情况下，核电厂能够满足人员、设备的需要，构建一个合理的工作环境。就拿国内的一座核电站来说，它使用的是 BOP型通风系统，核岛型通风系统，常规岛型通风系统，这三种通风系统虽然流程类似，但它们的控制方法有很大的区别，通常会有新风、全新风和全回风三种不同的工作模式。在风扇运转的时候，空气会从通风口流入风管道，也会从通风口流入室内。另一种则比较复杂，要先通过冷却盘管，冷却盘管将流过的空气进行冷却，然后从通风口进入室内，通过通风机排出，或在工艺管路中进行循环。

一、温度仪表

（一）通风系统的构成方式

在核电站的整个通风系统中，有许多部件，如通风管路，电加热器，控制系统，阀门，现场仪表等。比如在现场的仪器部分，就有现场的差压表，流量开关，温度变送器等等。通常，房间里会有一个温压开关，还有一个温湿度传感器，风管道里会有一个流量传感器。在通风系统中通常会使用几种阀门，如逆止阀、调节阀等。消防阀的主要作用是在火灾发生时，就会由于火灾报警而自动形成闭合，以有效地避免在火灾过程中由于火势蔓延而造成的损失;同时，在发生火灾时，排烟阀也会自动开启，这样，在火灾时所形成的浓烟也会通过阀门的开启，被顺畅地排出，能够起到组织火势蔓延的重要作用，从而能够有效地保障核电站中有关工作人员的生命安全;此外，通常都会在风扇的出口设置一个逆止阀，其主要作用是防止风扇的倒转，以及防止气流介质的倒转[1]。

（二）原理及结构

1、温度开关

该温度开关是在温度袋中充入一种不活泼的气体，使气体的压力随着温度的改变而改变，由此引发微型开关的动作。

2、热阻

其热电阻可划分为两种：一种是金属的，另一种是半导体的。金属热阻是指金属线在不同温度下的电阻值，从而实现对温度的测量。在热电阻式仪器中，通常采用金属铂作为温度测量元件。铠装的铂基电阻器主要应用在火力发电厂。采用金属套管、绝缘材料及金属导线等构成的金属外壳，将温度传感器封焊在金属外壳内。非热管热敏电阻器是一种以晶体管为基体的晶体管。非热管热敏电阻器的温度系数为负值。它是由金属氧化物如锰、铜等制成，其电阻随着温度的上升而下降。它具有非线性关系，较差的稳定性，较窄的量程和较高的灵敏度。

（三）仪器特性对比分析

从仪表的工作原理上讲，温控开关是利用气压进行测温，采用高强度的机械构造;NTC型热敏电阻器是利用二极管的电阻来进行测温的，它是用一种金属氧化物制成的，具有很高的准确度，但是它很容易被氧化;PT100铂系热敏电阻器是利用金属电阻来进行测温的，铂系具有较高的精度和稳定性。从仪表的特性来看，温度转换器的长程传送要求有一个毛细管，但不能用太长的毛细管，否则会造成读数的延迟。必须对毛细管进行防护，以免造成损害;NTC型热敏电阻器的阻值随温度的变化而变化。电阻的线性度在25、50℃时达到最佳。若超出这个值，则供货方须提供温度计/电阻计以供查询。然而，由于各个厂商对 NTC的要求不一样，使得 NTC的使用变得更加复杂。PT100铂热电阻，量程宽;采用三线制测温方法，可有效地克服因电阻而产生的误差。该方法的特点是：测量精度高，响应速度快，无需冷端补偿。从仪表的安装方面考虑：因为温度包内装满了不活泼的气体，所以不能将温度开关装在一侧。侧向安装对测温箱的变形及测量仪主体的机械构造有很大的影响，造成测量仪不精确、弯头、漏液等现象。NTC型、PT100型、PT100型可采用立式、侧式两种方式测量。就仪器的使用与维修而言，由于是从国外引进的，所以其成本较高，而且在使用过程中，需要较长的维修与更换时间，而且维修也很不方便。热敏电阻器与铂热电阻器均为国产老款，其成本比较低廉，且易于在后期维修与更换。根据生产过程的需要，通风系统的最低温度是-15摄氏度，最高温度是100摄氏度。采用不同范围的温控装置，可以适应各种生产工作的需要。NTC热敏电阻器的测量准确度从25摄氏度到50摄氏度，而PT100型铂热电阻器可以实现高准确度、全范围的测量。铂热电阻器的阻值被直接输入到 DCS或地面上的箱式稳压器中，并将其转化为4 mA~20 mA的标准值。该系统还可以按照过程的需要，在不同的位置上实现控制，报警，显示。我国各制造企业在制造铂热阻方面具有较高的技术水平，其中一些通用型产品已经经过了抗震、抗辐射等方面的检验

[2]。

二、压力仪表

（一）原理及结构

1、微差压开关

微差压开关是利用薄膜在压力下运动，并带动接触器，在设定的两个位置上运动。在以往的核能工程中，许多核能工程都采用了预先设定的开关方式来实现对传动装置的控制。

2、模拟压力变送器

压力传感器有两种，一种是电容型，另一种是扩散型。电容型微分电压传感器的工作原理是基于可调电容的工作原理。其传感器为电容器型;该方法采用了一种新的方法，即通过对弹性单元的加压变形，使其在加压过程中发生位移，使其电容发生变化。

3、扩散硅式压力变送器

如图一，其工作机理是：在波形薄膜上施加介电压力，引起薄膜发生与介电压力成正比的微小位移，进而改变薄膜上的硅式变阻器的电阻值。该传感器以扩散硅压阻晶片为敏感单元，并能将电阻讯号转变成4毫安至20毫安之标准讯号。利用二极管的压阻效应来改变其阻值，使其灵敏度较高，但产品一致性较差[3]。

图一

三、通风系统风量平衡逐段分支调整法

相对于等得分配阀而言，逐段分支调整方法恰好是相对的，该方法首先要将总送风量进行调节，使其达到设计的值，然后从主干管开始，使其最大程度的接近设计的风两只，然后根据顺序，对支干管、支管进行相应的调节。在进行每个支管的风量时，其它的风管也会随之发生风量的改变，因此需要反复的调整、测量，才能最后达到与设计的风量相近的水平，此方法耗时较久，且有一定的盲目性，适合于小型的空调系统。

四、结语

根据上述分析，PT100铂热电阻具有较高的测量精度，较宽的测量范围，较高的稳定性，电阻与温度呈线性关系，且不需要对安装方式进行约束，可以很好地适应核电站通风系统的温度收集特性;电容型微型压差传感器因其测量精度低、稳定性好、压力范围宽等特点，能满足大多数核电厂通风系统中微型压差信号的采集需求。但是，在压差非常小的情况下，其测量精度会下降，而且不具有显著的优越性。本文将PT100铂热敏感电阻器应用于核电站通风系统的测温，并对其性能进行了分析。在压力差异很小的情况下，可以采用微压力差异开关或者通过压力差异计进行监测的装置。一般的微分压力测量点可以使用电容式微分压力传感器来实现微分压力的测量。

参考文献

[1]王朋,张婧,何静.核电厂通风仪表选型研究[J].仪器仪表用户,2021,28(04):67-70.

[2]GB/T 12726.2-2013, 核电厂安全重要仪表　事故及事故后辐射监测　第2部分：气态排出流及通风中放射性离线连续监测设备[S].

[3]NB/T 20028.2-2010, 核电厂用蓄电池.第2部分:安装设计和安装准则[S].