H2LQM01型监测仪在秦山核电核能供暖首站的应用.pdf

第30卷 第10期2023年10月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.10H2LQM01型监测仪在秦山核电核能供暖首站的应用周宇聪（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）摘 要：为确保核电站核能供暖首站运行安全，防止放射性物质向外环境泄漏及保障首站工作人员免受高核辐射的危害，秦山核电核能供暖首站设置了离线低放液体活度监测仪。本文从工作原理、设备情况和运行中碰到故障的检修方法等方面较为详细地阐述 H2LQM01 型离线活度监测仪在秦山核电核能供暖项目首站的应用，与秦山核电二厂现场应用的其他几种型号离线低放液体活度监测仪进行比对，并依据实际使用过程中存在的问题提出改进优化建议。关键词：H2LQM01；离线低放液体活度监测仪；闪烁体探测器中图分类号：TL751；TM623 文献标志码：AApplication of H2LQM01 Monitor in Qinshan Nuclear Power Nuclear Heating Initial StationZhou Yucong（CNNC Nuclear Operations Management Corporation Ltd.,Zhejiang,Haiyan,314300,China）Abstract：In order to ensure the safety operation of the nuclear power plant,prevent the leakage of radioactive substances to the external environment and protect the staff of the station from the hazards of high nuclear radiation,the nuclear heating station of Qinshan Nuclear Power Plant is equipped with an offline liquid activity monitor.This article elaborates in detail on the application of the H2LQM01 offline activity monitor in the station of the Qinshan Nuclear Power Plants nuclear heating project from the aspects of working principle,equipment condition,and troubleshooting methods encountered during operation.It is compared with several other offline liquid activity monitors used on site at Qinshan Phase II Nuclear Power Plant,and improvement and optimization suggestions are proposed based on the problems that exist in actual use.Key words：H2LQM01；offline low radioactive liquid activity monitor；scintillation detector收稿日期：2023-06-05作者简介：周宇聪（1997-），男，浙江嘉兴人，本科，助理工程师，从事辐射监测仪表检修维护工作。DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2023.10.006文章编号：1671-1041(2023)10-0021-052021 年，秦山核电核能供暖项目场首站辐射监测设备开始安装及调试，秦山核电维修三处仪表三班首次接触并使用中国船舶集团有限公司 719 研究所生产的 H2LQM01型离线活度监测仪。本文就 H2LQM01 型离线低放液体活度监测仪在秦山核电核能供暖首站现场安装、调试、运行期间出现的问题及解决方案进行阐述，并与秦二厂其他的离线低放液体活度监测仪进行横向对比。为 H2LQM01 型设备后续的故障检修提供方案，同时论证同类型推广的可行性。1 安装情况由于对供暖回路向外供水的辐射监测需求，需在首站安装离线低放液体活度监测仪对回路中液体进行放射性活度的监测。在监测异常时发出报警送 PLC 控制机柜，及时提示值班人员，并在测量值超过既定的二级报警阈值时自动触发报警，启动联锁装置阻断回路中放射性物质外泄。由于取样口水温高于探测器所能承受的最高温度，故在设备安装时在监测仪前端取样回路中安装了风冷箱，供取样水降温使用。第30卷22 仪器仪表用户 INSTRUMENTATION离线低放液体活度监测仪取样及监测流程：取样管路从主管道引水，取样水通过风冷箱降温至探测器可接受温度后进入取样泵，取样泵后端为屏蔽铅室，铅室内含取样容器与探测器，探测器被半包裹于取样容器之间，与被监测介质不直接接触，取样水通过铅室内取样容器后，从后端管路返回至主管路。2 设备介绍H2LQM01 型离线低放液体活度监测仪用于对放射性液体进行连续不间断监测，监测仪分为监测与取样两部分。监测部分主要组成部件含电气接线箱、H2GRM11/NaID 探测器、LPDU 和连接电缆，取样回路主要组成部件含流量计、取样泵、取样泵控制箱、冷却器和连接管道。电气接线箱为整个监测通道提供 AC220V 电源，同时提供监测通道的输入输出接口，例如 RS485 接口、模拟量0mA/4mA 20mA 输入输出接口，故障、一级、二级开关量报警输出接口等1。H2GRM11/NaID 型探测器将辐射信号转换为电信号输出到 LPDU。NaI 闪烁晶体能吸收外来射线能量使原子、分子电离和激发，在退激时会发射出荧光光子。光辐射通过光导照射至光电倍增管阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子。这些电子受到光电倍增管内各电极间电场的加速作用，逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，电流强度与入射的射线能量成正比2,3。LPDU 对探测器输入的信号进一步处理和分析，显示屏实时显示探测信息、多项设备参数、设备报警状态等，LPDU 的参数可以借助 RS232 接口通过 KRTHelper2 调试助手软件进行设置，LPDU 处理后的信息通过电气接线箱输出到上层网络或设备。连接电缆包括：测量电缆、通讯电缆和电源电缆。测量电缆用于连接探测器和 LPDU，为探测器提供探测器所需的高压和低压电源并接收探测器脉冲信号；通讯电缆用于连接 LPDU 和接线箱，将 LPDU 接收并处理后的测量信息经接线箱上传到上层网络；电源电缆用于连接电气接线箱和 LPDU，为 LPDU 进行供电。取样泵抽取待测液体；电气控制箱用于取样泵的供电和自动控制分为开、关、自动三档；阀门包括截止阀和调节阀，调节流量和设备检修时使用。监测仪取样管路安装流量计，用于监测取样流量信息，LPDU 通过读取流量计信号来判断监测系统是否运转正常。当流量异常时 LPDU 会给出报警信号，对于使用取样泵的监测通道，LPDU 通过流量计测量结果选择是否关闭取样泵，以保护取样泵。3 设备安装及试验方法在上述各设备按照图纸安装完成以后，对设备进行上电试验及校准调试。在上电之前，先检查各设备安装位置正确，外观完好无损，电缆连接牢固且连接正确。均检查完毕无误后，对设备进行上电。3.1 设备上电及各级报警机制的确定方法设备上电注意事项：测量电气接线箱内输入电压，需在 193.6V 242V 有效范围内。将熔断器闭合，使用LPDU 钥匙将电源开关打至开状态，启动 LPDU 后，检查确认 LPDU 无异常报警。对蜂鸣器、状态指示灯、继电器与 LPDU 报警状态进行测试，确保在通道正常运行情况下，分别模拟 LPDU 的“正常”“故障报警”“一级报警”“二级报警”状态，最后将 LPDU 进行断电，模拟失电状态，检查蜂鸣器、状态指示灯、继电器状态并记录，详见表 1。通过以上试验得出仪表工作机理：该仪表继电器为闭合时输出报警信号。在二级报警时报警逻辑为触发一二级报警，在设备失电时故障报警继电器闭合输出故障报警。即在设备突然掉电时，值班室可收到辐射监测仪表故障通知。由此判定：该设备报警机制及各级报警时对应输出状态。3.2 LPDU模拟量输出特性试验方法完成继电器及报警灯状态测试后对仪表进行模拟量试验，选择输出电流为 4mA 20mA，通过 KRT helper2 软件连接 LPDU，对 LPDU 分别输入模拟测量值 3.70E+3Bq/m3、1.17E+5Bq/m3、3.70E+6Bq/m3、1.17E+8Bq/m3、3.70E+9Bq/m3，对应模拟量输出电流为 4.0mA、8.0mA、12.0mA、16.0mA、20.0mA。通过理论电流计算公式：4+（16/测量范围跨越量级数）lg（测量值/测量下限）。结合 H2LQM01 设备测量范围（3.70E+3Bq/m3 3.70E+9Bq/m3)，得模拟量输出特性均完好，符合要求。在实际试验过程中，可选择五点法或七点法进行输出特性的试验。表1 各元器件状态Table 1 Status of each component周宇聪H2LQM01型监测仪在秦山核电核能供暖首站的应用第10期23表2 指示值精确度校准记录表Table 2 Calibration record of indication value accuracy3.3 探测器能量刻度和校准方法完成模拟量输出试验后需对探测器进行现场校准，现场校准分为能量刻度和指示值准确度校准两部分。能量刻度使用 Cs-137 放射源 1 枚（活度约为 3.7105Bq）、Co-60放射源 1 枚（活度约为 4.0104Bq）及源架，利用能谱采集软件，进行能谱采集。观察 Am-241 峰位道址，当 Am-241 峰位在 9005 道时，表明监测仪已经完成稳峰操作。若不在此范围内，则需进行高压调节。对数据清除以后重新采集能谱，检查放射源 Cs-137 峰位是否在 66210keV，Co-60 峰位是否在 117320keV，133220keV。不在此范围时，找到 Cs-137 和 Co-60 的参考峰道址，并填入到能量刻度框进行重新刻度。直至峰位满足要求，结束能量刻度4。完成能量刻度以后，对探测器进行指示值精确度校准。开机预热后，对探测器进行本底记录，记录 10 个测量值，取平均值 Xb。将放射源固定在源架底部，待仪器主显示界面读数稳定后，连续工作 10min 后读取监测仪历史记录中的 10min 平均值 Xt。计算现场测试值：XT=Xt-Xb，计算现场校准效率值：E=XT/A。其中，A 为刻度放射源校准时活度。监测仪现场校准试验结果数据记录见表 2。以上数据 XT将作为首次能量响应值，为该仪表后续维护和校准提供参考值。设后续进行校准试验时所得为X，则需与 XT计算偏差=（X-XT）/XT，在工作中一般取-20%20%将 LPDU 内参数根据现场监测仪实际情况完成设置，录入一级报警、二级报警阈值，进行 LPDU 与 PLC 控制机柜通讯试验，完成调试工作，将泵切换至“自动”档，设备完成报警功能试验、模拟量输出试验、能谱能量刻度试验和指示值精确度校准试验后，投入运行。4 设备问题及处理措施4.1 取样流量异常降低故障取样流量异常下降可能原因包括：取样管路堵塞；流量计指示异常；LPDU 对应处理板故障；取样泵故障。在设备安装完成后试运行期间，设备发生过多次低流量故障报警。通过调节流量调节阀对流量调节，作用甚微。经分析 LPDU 未显示板卡故障，只显示流量低故障，排除板卡问题。排查流量计为电磁流量计，故障率较低。故怀疑为取样管路堵塞，通过对取样管路进行分析，过滤网堵塞导致管路通过能力降低进而致使流量低可能性较大。对过滤网拆卸清洁发现内部含有较多泥沙，如图 1 所示。由图 1 中可以看出过滤网滤孔较小，极易造成管路堵塞，导致流量减小。将过滤网清洗完回装后发现滤网外端盖子小孔处有小水滴渗漏，怀疑为滤网拆装过程中滤网变形导致密封性不完全。漏水点如图 2 所示。后将滤网取出进行形状复原，重新进行紧固，渗漏问题解决。总结：由于该取样管路存在过滤网，且过滤网滤孔较细，在设备报流量低故障时，可优先定位过滤网堵塞，且该过滤网在拆取时极易变形，操作时需注意。4.2 取样泵轴封漏水故障设备正常运行一段时间后，出现再次流量低故障报警。核实情况为：取样泵处于“自动”档且一直处于启泵状态，第30卷24 仪器仪表用户 INSTRUMENTATION图1 过滤网Fig.1 Filter screen图2 滤网回装后漏水点Fig.2 Water leakage points after reinstallation of the filter screen图3 已损坏的取样泵轴封Fig.3 Damaged sampling pump shaft seal流量仍然无法提升。启动取样泵至“手动”状态，取样流量仍无变化。取样泵联轴器轴封处发生漏水现象。对取样泵解体进行维护，发现泵中泥沙含量较高且已产生沉淀。如图 3 所示，轴封转动时与内部杂质碰撞，导致塑料轴封损坏，泵产生漏水。后对取样泵轴封进行更换以后回装，漏水问题解决。总结：该取样泵较为精密，在正常启停下不会产生滴漏现象。通过对该取样泵拆解维护，发现该泵对取样水质要求较高，强制手动模式可能会导致内部杂志打破轴封进而产生漏水现象。4.3 改进措施及建议结合调试及运行期间出现的问题，针对 H2LQM01 型离线低放液体活度监测仪取样管路提出以下优化建议。1）取样管路过滤网过滤孔极易堵塞，且过滤网材质硬度较低，易变形。建议采取安装、清洁方式更为简便的过滤装置，或在探测仪取样回路前端增加过滤沉淀装置，对进入取样管路的取样水进行提前过滤清洁。2）根据实际运行时观察，发现主管路的流量满足2L/min15L/min 的探测流量要求，即在正式运行时，无需取样泵的投入，取样管路的靠压差产生的流量也可满足要求，所以取样泵只是在启动和调试时使用。结合取样泵精度较高，极易被管路内杂质干扰的实际情况，可以在取样泵旁边另作一条支路，供设备正常运行时取样使用，取样泵只做调试和初始投运阶段时使用。3）在离线低放液体活度监测仪投入运行前，需确保整个回路已过滤多次或已用高压除盐水反冲洗多次。内部泥沙含量较低后再将取样管路阀门打开，进行设备取样监测，防止回路内泥沙进入取样管路损坏取样泵和过滤网。5 同类型设备对比H2LQM01 型离线低放液体活度监测仪在核能供暖首站正式投入使用后，定期调取设备运行历史事件，设备运行稳定未出现预期外非正常报警。调取测量值历史值，测量数据平稳未见明显波动，探测器稳定性高。秦山核电二厂目前使用的其余离线低放液体活度监测仪有 XH-3120 型探测器和 XH-3120Q2 型探测器。下面就 3 种类型仪表进行对比说明。5.1 探测器性能试验模拟量输入输出试验对比。H2LQM01 型离线低放液体活度监测仪在进行模拟量试验时可用维护软件连接 LPDU，直接输入并发送所需模拟的测量值，设备响应快，操作方便，在测量其输出电流时与理论电流误差较小。XH-3120型与 XH-3120Q2 型离线液体活度监测仪需采用信号发生器在端子排模拟输入探测器所测赫兹值，在不同量级测量值间切换时，设备响应较慢。在现场进行模拟量输出试验时周宇聪H2LQM01型监测仪在秦山核电核能供暖首站的应用第10期25受外界影响较大，需在测量模拟电流输出时对端子排进行外接电路挑线后测量。探测器抗干扰能力对比。H2LQM01 型离线低放液体活度监测仪探测器至 LPDU 间连接电缆两端使用的均为预制的快插式航空插头，连接稳定可靠且插接便捷。LPDU 与电气箱之间通讯电缆为预制电缆与快插式航空插头，通讯稳定，抗干扰能力强。XH-3120 型与 XH-3120Q2 型离线液体活度监测仪探测器侧使用航空插接头，端子箱（XH-3120）或 LPDU（XH-3120Q2）侧则使用电缆芯线与端子排端接方式，在连接时流程复杂程度上升且降低了电缆抗通讯干扰能力5。综上，H2LQM01 型离线低放液体活度监测仪生产设计时间较 XH-3120 型与 XH-3120Q2 型离线液体活度监测仪更晚，故在探测器测量范围、响应时间、通讯稳定性等方面均有了一定程度的提升。5.2 探测器安装条件H2LQM01 型离线低放液体活度监测仪的安装铅室采用合页式铅室，铅室开启关闭方便，且内部便于清洁。XH-3120 型与 XH-3120Q2 型离线液体活度监测仪的安装铅室需将上层打开取下铅室盖子后，方可对内部进行操作，工作复杂程度较高。H2LQM01 型离线低放液体活度监测仪 LPDU 为铝锭压制而成，设备尺寸小巧，内部各模块均为插装式电路板，在单块电路板故障时更换方便。XH-3120Q2 型离线低放液体活度监测仪 LPDU 尺寸较大且设备沉重，内部分为多个模块，集成化程度较 H2LQM01 型监测仪低，不利于日常维护和故障维修。综上，H2LQM01 型离线低放液体活度监测仪设备安装方式、内部布局和集成化程度更符合用户需求。通过 5.1 与 5.2 节，H2LQM01 型设备与其余设备的比较，H2LQM01 型设备无论是在探测器性能、探测器安装条件、设备使用便利性、故障率、稳定性上均优于现场使用的 XH-3120 与 XH-3120Q2 型探测器，故可推广。6 结论总体来看，H2LQM01 型离线液体活度监测仪性能稳定，操作方便且配套铅室使用简便，是一款已经成熟的产品，较秦山核电二厂目前使用的离线低放液体活度监测仪更为先进。但在取样泵和过滤网方面需对设备进行改进，使设备能兼容更恶劣的取样环境。同时，监测仪用户在设备投用前也需考虑取样水的状况及环境影响，防止损坏取样回路和探测部分设备。通过上述对 H2LQM01 型离线液体活度监测仪调试方法、故障处理方法的描述和分析，为后续同类型设备安装及检修提供了有效的帮助。参考文献：中核集团核电秦山联营有限公司.H2LQM01型离线低放液体活度监测仪运行维修手册Z.中核集团核电秦山联营有限公司.辐射仪表维护岗位必读Z.2009.凌球,郭兰英编著.核辐射探测M.北京:原子能出版社,1992.常元智,屈国普,赵越,等.NaI(TI)闪烁探测器性能实验研究J.太赫兹科学与电子信息学报,2005,17(05).中核集团核电秦山联营有限公司.KRT系统手册Z.2009.12345（上接3页）3.2 软件基本功能软件具备的功能包括：1）概览统计及数据展示，包括所有设备关键信息的集中展示功能。2）可具备数字、趋势曲线、棒状图等多种丰富且直观的显示方式，可同时显示传感器状态、设备信息、通道名称、采集时间、通道报警状态等多种信息。3）具备设备运行状态智能预警功能，支持阈值预警，趋势增幅预警、趋势增速预警、自学习阈值预警。4）可预留所需信号，如振动、转速信号的 4mA20mA输出和缓冲输出，供其它系统使用，每个模块提供二级开关量，报警逻辑和报警动作延迟时间可设定。4 结论锌冶炼厂工艺复杂，火法设备和湿法设备类型繁多，通过该系统对二氧化硫风机、鼓风机、各类介质输送泵、氧气压缩机、氮气压缩机、物料输送机等设备的运行状况进行安全监测，判断趋势，诊断故障，能提高设备运行完好率，减少设备停机时间，降低维修成本，为企业带来经济效益。参考文献：艾延廷,董欢,田晶,等.一种航空发动机中介轴承故障诊断方法J.机械设计与制造,2018(10):157-160.皮骏,王辉,张银波,等.时频分析在轴承故障诊断中的应用研究J.机械设计与制造,2009(02):64-65.李政.频谱分析技术在海洋石油机泵设备常见故障诊断中的应用J.仪器仪表用户,2021,28(07):42-45.韩业锋,仲涛,石磊.基于包络谱分析的滚动轴承故障诊断分析J.检测与控制,2010,23(04):118-119.祝小彦,王永杰.基于自相关分析与MCKD的滚动轴承早期故障诊断J.振动与冲击,2019,38(24):183-188.12345