摘要：根據(jù)循環(huán)水過濾系統(tǒng)的功能要求和現(xiàn)場條件，簡要說明了液位計的選型方法。介紹了循環(huán)水過濾系統(tǒng)選用的幾種液位計的測量原理、安裝要求及優(yōu)缺點，包括投入式液位計、超聲波液位計和雷達液位計。通過分析液位計在應用中遇到的問題，變更了液位計的選型，由雷達液位計代替超聲波液位計。
 
 
循環(huán)水過濾系統(tǒng)是核電站重要的輔助系統(tǒng)，功能是對核電站使用的海水進行過濾預處理。過濾后的海水提供給重要廠用水系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)，對核電站的安全運行具有重要的意義。循環(huán)水過濾系統(tǒng)主要由閘門、細格柵、格柵除污機、鼓形濾網(wǎng)、濾網(wǎng)沖洗裝置等設(shè)備組成。每個格柵除污機和鼓形濾網(wǎng)都設(shè)有液位差計，用于格柵除污機和鼓形濾網(wǎng)電機的自動啟?？刂坪鸵何粓缶?。
 
　　1系統(tǒng)功能要求
液位差計由設(shè)備前后液位計和數(shù)顯儀組成，格柵除污機和鼓形濾網(wǎng)前后的液位計在數(shù)顯儀內(nèi)做差值后送控制系統(tǒng)(格柵除污機液位差計送PLC，鼓形濾網(wǎng)液位差計送DCS)。格柵除污機和鼓形濾網(wǎng)在自動控制模式下，聯(lián)鎖液位差信號自動啟停。以華龍一號核電機組為例：
 
　　(1)格柵除污機控制要求：當液位差值≥O．12m時，格柵除污機執(zhí)行自動運行程序；當液位差值>／0．25m水柱時，發(fā)送報警信號至主控室；
 
(2)鼓形濾網(wǎng)控制要求：當液位差值≥0．1m水柱時，自動切換到中速電機運行；當液位差值≥0．2m水柱時，自動切換到高速電機運行；當液位差值≥0．3m水柱時，發(fā)送報警信號至主控室；當液位差計信號≥0．8m水柱時，發(fā)送第二次報警信號至主控室，循環(huán)水泵自動脫扣。循環(huán)水過濾系統(tǒng)是核安全相關(guān)系統(tǒng)，為增加系統(tǒng)的可靠性，液位差計采用冗余設(shè)置。
 
　　2儀表安裝環(huán)境
格柵除污機位于進水渠道的細格柵和格柵除污機問，用于去除細格柵攔截到的雜物，液位測點位于細格柵的兩側(cè)；布置剖面圖，如圖1所示。
 

 
鼓形濾網(wǎng)位于鼓網(wǎng)腔室，用于過濾海水中直徑3mm以上的雜物，鼓形濾網(wǎng)為雙側(cè)布置，網(wǎng)內(nèi)進水，液位測點位于鼓形濾網(wǎng)的側(cè)面和濾網(wǎng)外側(cè)；布置剖面圖，如圖2所示。細格柵和格柵除污機間和鼓網(wǎng)腔室頂板位于0m層，頂板厚度1．2m以上，房間深20m左右，介質(zhì)為海水，常溫常壓。由圖2可以看出，液位測量范圍較大，空間內(nèi)有格柵除污機和鼓形濾網(wǎng)這些動設(shè)備，安裝空間相對有限，在選型時需考慮液位計的安裝方式。
 

 
　　3儀表選型
遠傳式液位計類型有差壓式液位計、投入式液位計、浮子式液位計、浮筒式液位計、電容式液位計、差壓式液位計、磁致伸縮式液位計、超聲波液位計和雷達液位計等。儀表選型原則是儀表測量范圍、測量精度和安裝技術(shù)是否符合測量要求，其測量原理能否適應使用環(huán)境。
 
在循環(huán)水過濾系統(tǒng)中，液位測量范圍大，液位差報警設(shè)定值間只差10cm，故量程為25m的液位計誤差不能>0．2％FS，*好≤0．1％FS。液位測點位于0m以下，水平空間結(jié)構(gòu)只有2．5m左右，數(shù)顯儀和儀表變送器部分只能位于頂板上，安裝維護空間有限。測量介質(zhì)為海水，有強腐蝕性，不銹鋼等金屬材料容易被腐蝕，對接液材料的選擇和處理有較高要求。
 
　　3．1投入式液位計
在秦山和方家山核電站項目中，格柵除污機和鼓形濾網(wǎng)前后液位計均為投入式液位計，但采用不同型號和不同廠家，分別為博德LMK系列和E+HFMX系列，傳感器為陶瓷電容式。
 
投入式液位計是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，通過壓力測量元件將靜壓轉(zhuǎn)換成電信號，再換算為液位高度，一般采用擴散硅或陶瓷電容等壓力傳感器作為壓力測量元件。投入式液位計**應用于各種原型水位的測景。
 
投入式液位計由內(nèi)置毛細軟管的特殊導氣提攜電纜、壓力傳感器和轉(zhuǎn)換電路組成。液位測量實際上就是在測探頭上的液體靜壓與大氣壓之差，然后再由壓力測景元件和電子元件將該壓差轉(zhuǎn)換成4～20mA輸出信號。投入式液位計的提攜電纜應安裝在一個安靜的區(qū)域或一個合適的護管內(nèi)，以避免探頭的側(cè)面運動以及虛假測量值。投入式液位計總體結(jié)構(gòu)，如圖3所示。
 

 
　　超聲波液位計具有以下優(yōu)點：
　　(1)非接觸式測量原理，可適用于有毒、腐蝕性、高粘度和低溫介質(zhì)的物位和界面測量；(2)超聲波為機械波，不受介質(zhì)的介電常數(shù)、電導率、熱導率等特性的影響；
 
(3)無機械可動部件，傳感器的壓電晶片雖振動，但振幅很小，結(jié)構(gòu)簡單，壽命長；
 
(4)可測范圍廣，液體、粉末、固體顆粒的物位都可測量。
 
　　超聲波液位計具有以下缺點：
　　(1)超聲波液位計測量有盲區(qū)，量程越大，盲區(qū)越大，選型時需注意測量范圍；
 
(2)超聲波的傳播速度受傳播介質(zhì)溫度、密度、壓力等因素影響影響，不適用壓力容器和易揮發(fā)性介質(zhì)液位測量；
 
　　(3)超聲波的傳播介質(zhì)中若存在某些介質(zhì)對超聲波有強烈吸收作用，會使超聲波衰減明顯，降低回波質(zhì)量，影響測量效果。循環(huán)水過濾系統(tǒng)中超聲波液位計安裝于Om層頂板，位于安裝空間中間位置，使超聲波發(fā)射角內(nèi)無過多障礙物，在頂板預留(p400mm孔洞。由于超聲波為非接觸式測*，可很好地避免海水的腐蝕。且與靜壓式完全不同的測量原理和安裝方式，也避免了共模故障的發(fā)生，其精度與測量范圍可滿足功能要求。超聲波液位計安裝示意圖，如圖6所示。

 
根據(jù)福清、海南核電項目的經(jīng)驗反饋以及田灣業(yè)主提供的嶺澳一二期、陽江、寧德等多基地的反饋數(shù)據(jù)，循環(huán)水過濾系統(tǒng)的超聲波液位計經(jīng)常有測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，液位波動和死機等現(xiàn)象，造成液位信號誤報，即液位差計發(fā)出液位差高信號，而現(xiàn)場實際液位差在正常范圍內(nèi)。
 
超聲波液位計液位差高信號誤報的產(chǎn)生原因分析如下：
 
　　
　　(1)所測海水表面存在泡沫和漂浮物，會吸收和擴散超聲波，導致回波減弱且不穩(wěn)定，而且儀表安裝環(huán)境水蒸氣含量高，超聲波探頭凝露，會產(chǎn)生虛假回波或者回波消失，造成測量值跳變或死機；
 
(2)超聲波液位計探頭安裝位置水泥預制板很厚，安裝留洞約深1．2m，探頭與留洞上表面齊平，由于機械波具有可壓縮性，過長的留洞會增加回波噪聲，超聲波的發(fā)射和接收受到很大阻礙，會造成超聲波液位計原始噪音線過高，而液位越高，有效回波與回波噪聲越強，有效回波越容易丟失。
 
圖7為超聲波液位計實際回波曲線。
 
　　
如果循環(huán)水過濾系統(tǒng)的超聲波液位計誤報將會造成：
 
　　(1)鼓形濾網(wǎng)會誤切至中速運行并在中速電機及低速電機之間頻繁切換，格柵除污機頻繁啟動，增加設(shè)備磨損、縮短設(shè)備壽命；
 
(2)頻繁觸發(fā)報警信號至主控室，須有工作人員到現(xiàn)場檢查確認，增加人力成本；
 
(3)在“超聲波液位計測得的鼓網(wǎng)前后液位差≥0．8m”誤報期間，只要有一套投入式液位計測得的鼓網(wǎng)前后水位差信號≥0．8m水柱，將會直接觸發(fā)循環(huán)水泵脫扣，循環(huán)水量減少，機組需降功率運行甚至停堆。
 
由于上述原因，需要將超聲波液位計更換為適應此測量環(huán)境的其他類型液位計。為了防止共模故障，仍然需要配置兩種不同測量原理的液位計，不能將超聲波液位計簡單更換為投入式液位計。而雷達式液位計精度高，功率較大，對于水汽凝露有更好的測量效果且能應用于上述測量環(huán)境，能夠滿足循環(huán)水過濾系統(tǒng)液位測*要求。
 
3．3雷達液位計雷達液位計原理與超聲波液位計類似，都是基于時域反射原理，區(qū)別是超聲波液位計發(fā)射的是超聲波，雷達液位計發(fā)射的是電磁波。雷達液位計的天線發(fā)射的電磁波以光速傳播，當遇到被測介質(zhì)表面時，電磁波被反射形成回波并沿相同路徑返回到脈沖發(fā)射裝置，發(fā)射裝置與被測介質(zhì)表面的距離同電磁波在其間的傳播時間成正比，經(jīng)計算得出液位高度。
 
雷達液位計具有以下優(yōu)點：
 
　　(1)電磁波可在真空中傳播，電磁波隨距離衰減小，穿透力強，不受大氣、蒸汽、介質(zhì)揮發(fā)的影響；
　　(2)非接觸式測量，可適用于有毒、腐蝕性、高粘度和低溫介質(zhì)的液位測量；
　　(3)無可動部件，可靠性高，安裝維護方便，使用壽命長；
(4)測量范圍大，精度高，量程*大可達70m，精度可達_+2mm。
 
雷達液位計具有以下缺點：
　　(1)當空氣中存在高介電性的粉塵粉末(石墨，鐵合金等)時，對電磁波有衰減作用，測鑲距離和效果受影響；
　　(2)被測介質(zhì)介電常數(shù)不能太小，<1．5時不能測*。
循環(huán)水過濾系統(tǒng)中采用80GHz高頻雷達液位計，可穿透泡沫、凝露，測量無盲區(qū)，兩線制儀表，方便安裝，無需現(xiàn)場維護。高聚焦的雷達波束不受安裝高度限制，發(fā)射角*小可達3。，能適應1．2m深(p100mm孔洞，無需下沉安裝。但泡沫過多時依然會影響測量精度，需要定期清理泡沫，改善測*環(huán)境。圖8為雷達液位計實際回波曲線。雷達液位計的回波曲線平滑、穩(wěn)定，能夠很好地適應安裝環(huán)境。
 

 
　　4結(jié)束語
　　液位計是循環(huán)水過濾系統(tǒng)正常運行不可或缺的一部分，測量的穩(wěn)定性關(guān)乎核電站的平穩(wěn)運行。在儀表設(shè)計選型中需充分考慮儀表的測量原理和測量特性，避免環(huán)境因素帶來的測量誤差和故障。由于雷達式液位計和超聲波液位計的測量原理的不同，對于測量環(huán)境也有不同的要求，在儀表選型中要考慮各種可能的影響因素，并根據(jù)實際應用中的各種問題更換儀表選型。液位計種類繁多，唯有與測量環(huán)境相匹配的才是*好的液位計。


上一條：雷達液位計在石化油品儲罐設(shè)計中的工作原理及項目應用
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