孙益晖，文　继，孙　琳

（成都中核鑫星应用技术研究所，四川　成都　610041）

核电厂乏燃料池一体化液位温度测量装置设计

孙益晖，文继，孙琳

（成都中核鑫星应用技术研究所，四川成都610041）

文章介绍了福清核电3号、4号机组乏燃料池完成同时同点液位温度测量装置，无需分设两套设备；失去外电源时仍能正常工作，响应速度＜50 ms、测量精度水位±5 mm，温度±5 ℃，具有在线校验功能，适用于核电厂的池、坑及其他容器的水位温度测量。

水位、温度一体测量；失去外电源；响应速度＜50 ms；在线校验

成都中核鑫星应用技术研究所研制和生产的ZHXX-YTDYW.FC型核电厂乏燃料池一体化液位温度测量装置，是一种新型的、具有自主知识产权的乏燃料池液位、温度测量设备。研制工作始于2011年日本福岛核事故以后，属于国家能源局核电厂关键仪表国产化项目之一。研制依据是国家核安全局（NNSA）2012年3月发布的国核安发［2012］98号文“福岛核事故后核电厂改进行动——乏燃料池监测的技术要求”［1］。同时参考了美国核管会（NRC）2012年3月12日发布的EA-12-051号指令中关于乏燃料池监测仪表的各项技术要求［2］。在调研国内核电厂营运单位及乏燃料池监测仪表设计单位的需求后，进行了产品设计、工程样机制造，按核电厂关键仪表鉴定大纲规定进行了鉴定试验。2013年1月通过了能源局组织的国家级鉴定，并于2013年9月与中国核电工程公司签订了福清核电3号、4号机组乏燃料池供货的合同，实现了科研成果向核电产品的转化。

1　ZHXX-YTDYW.FC型一体化液位温度测量装置

1.1设计思想

针对预想不到的超基准设计的极端事故工况，研制在失去外电源后最恶劣的工况下可以测量并远距读出乏燃料池的水位、温度参数的测量技术和装置，为深层防护提供可靠信息［3］。

1.2工作原理和装置组成

1.2.1工作原理

测量装置利用具有导电性的含硼水能将还具有温度测量功能的电接点测量回路接通的原理进行液位测量和温度测量。电接点是被结构化了的电极。将一组按设计高度垂直布置的电接点插入水中：当电接点触水时，测量回路导通，此状态可用有色灯光（及数码）显示，表明该电接点的位置在水面之下；当电接点脱水面时，测量回路不导通，此状态可用另色灯光（及数码）显示，表明该电接点的位置在水面之上。根据电接点的导通状态，便可测量出电接点所在位置的真实水位及同时同步的温度。

1.2.2装置组成

装置由传感器、信号变送器、应急便携阅读器及信号电缆组成（见图1）。

传感器安装固定在乏燃料池壁的安装支架及导向筒竖直插入池中，信号变送器安装在乏燃料池附近的电器箱内。在有外电源的正常工况时，多点水位开关信号和水位与温度的模拟信号以4～20 mA标准电流传输至中央控制室。在丧失外电源的事故工况时，测量信号自动切换到“无外电源端”传输到2 km内任何地点的便携阅读器，远距读取测量参数。当外电源恢复时，测量信号又自动切换到“有外电源端”。切换是在外电源丧失或恢复的瞬间完成的。

（1）传感器

传感器的作用是将乏燃料池的水位、温度测量参数转变为相应的电信号传至信号变送器。传感器为整体管状结构，将一系列微型“水位-温度”复合电极依次纵向布置固定在骨架上，整体装入金属保护套管中，套管颈部设安装法兰；信号线集束由上端密封经机顶盒的接插件输出。

图1　装置组成框图Fig.1　Schematic of measuring device

（2）信号变送器

信号变送器的作用是将传感器输入的水位、温度信号转换成不连续的开关信号及连续的4～20 mA模拟信号，根据有外电源工况和无外电源工况，自动选择输出到中央控制室或设在应急中心的便携阅读器。选择动作在丧失或恢复外电源的瞬间完成。

（3）便携阅读器

便携阅读器是内置干电池（例如纽扣锂电池）的专用手持仪表。直接显示水位值和温度值。电池可随时更换，工作时间很长，直到外电源的恢复。

1.3装置功能和主要技术性能

1.3.1功能

测量装置主要具有以下功能：

1）液位、温度双参数一体测量功能。可以同点同时测得双参数，且能省一套温度测量设施。

2）多点液位开关量和模拟量输出功能。保证测点处水位的精确开关量和模拟量输出。

3）干点报警输出功能。水位及温度的报警点及点数可以设定。

4）无外电源时，液位、温度可读取实时测量值的功能。在失去外电源的事故工况下，用手持专用表远距（例如应急中心或其他地方）读取实时测量值。

5）现场在线校验功能。在线校验运行十分方便，无需将传感器从池中取出，只需将一定压力的压缩空气通入或卸除传感器即可。按照校验程序，使传感器内的水位下降或上升，与装置的初始设计值进行比对，即可完成在线校验。

1.3.2技术性能

技术性能如表1所示。

表1　技术性能Table 1　Technical performance

1.4安装

根据核电厂乏燃料池内设备安装要求，传感器以法兰形式安装在配套设计的安装支架和导向筒中。信号变送器安装在水池附近电器箱中，二者之间通讯电缆连接。

1.4.1在建新池安装

对在建新池，由于安装位置，池壁铆固板等安装构件已经确定，根据相关标准对安装支架、导向筒做相应的结构设计。并对传感器—安装架的组合结构件，根据“压水堆核电厂核岛机械设备设计规范（GB/T 167020—1996）”有关要求进行抗震应力评定，计算表明，该结构满足规范要求（见图2）。

1.4.2在运乏燃料池安装

由于在运乏燃料池的池水不能排放和池体结构不能做任何改动，对安装传感器的支架、导向筒及其组合构件的设计要求是很严格的，对构件开展了配套方案设计，待进行抗震分析，以期有足够的抗震性，基本做到在不对乏燃料池进行带损坏性改造的情况下进行安装，使之适用于在运乏燃料池。

2　装置特点

2.1技术特点

1）在失去外电源的情况下，具有可长期（例如半年）读出测量参数的功能，别种仪表无此功能。

2）关键水位测量点的测量精度高，其间的趋势水位测量分辨率符合国家核安全局和美国NRC的要求。

3）反应时间快，结构简约，可靠性高。

图2　传感器在乏燃料池的安装示意图Fig.2　Installation of transduser in new S.F.P

2.2性价比高

装置通过了国家能源局组织的“核电厂关键仪表国产化” 项目的技术鉴定，是具有完全自主知识产权的中国产品，性价比高，竞争力强，不但国内可用，推向国外亦是可待。

3　结束语

本装置的自主研发适逢国家能源局大力推动的“核电厂关键仪表国产化”行动的大好环境，国家的需要和核电市场的需求对研制工作给予了有力地支持和推动。测量装置的测量精度和反应时间等综合技术指标优于国外同类产品。不但在技术上达到了国家核安全局提出的乏燃料池监测技术要求，而且具有价格优势。

［1］ 国家安全局. 福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求［R］. 国核安发［2012］98号.（National Nuclear Safety Administration. Generic Technical Requirements for Nuclear Power Plant Improvement After the Fukushima Nuclear Accident ［R］. Guohe Anfa［2012］No.98.）

［2］ NRC，Issuance of order to modify licenses with regard to reliable spent fuel pool instrunentation，Washington D.CU.S.A.

［3］ 叶奇蓁. 中国核电的安全与发展［J］. 中国核电，2012（4）.（YE Qi-zhen. The Safety and Development of Nuclear Power in China［J］，China Nuclear Power，2012（4）.）

［4］ NEI.Order EA-12-051 Guidance SPEN FUEL POOL Instrumention［R］，April 18，2012，U.S.A.

The Design of the Integrated Level and Temperature Instrumentation for the Spent Fuel Pool of Nuclear Power Plant

SUN Yi-hui，WEN Ji，SUN Lin
（Chengdu Zhonghe Xinxing Application Technology Institute，Chengdu of Sichuan Prov. 610041，China）

The integrated level and temperature instrumentation （type ZHXXYTDYW.FC） could simultaneously measure the water level and temperature at the same point with just one set of equipment. The instrumentation still works under loss of all power accidents with less than 50 ms response time. The measurement error for water level is 5 mm， and 1.5 ℃ for temperature. It has calibration function on line. It could be applied to the level and temperature measurement of spent fuel pool，reactor cavity and all kinds of containers of nuclear power plants.

simultaneous measurement of water level and temperature；loss of all power；response time ＜50 ms；calibration on line

TM623Article character：AArticle ID：1674-1617（2015）02-0125-04

TM623

A

1674-1617（2015）02-0125-04

2015-02-08

孙益晖（1970—），男，河南郑州人，工程师，学士，主要从事测量技术工作。