循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)是核電站的重要輔助系統(tǒng)，功能是對(duì)核電站使用的海水進(jìn)行過(guò)濾預(yù)處理。 過(guò)濾的海水供應(yīng)給重要的廠用水系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)，對(duì)核電站的安全運(yùn)行具有重要意義。 循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)主要由閘門(mén)、細(xì)格柵、格柵除垢機(jī)、桶形篩板、篩板清洗裝置等設(shè)備組成。 各格柵除污機(jī)和滾筒過(guò)濾器均設(shè)有液位差計(jì)，用于格柵除污機(jī)和滾筒過(guò)濾電機(jī)的自動(dòng)停止控制和液位警報(bào)。 根據(jù)循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)的功能要求和現(xiàn)場(chǎng)條件，簡(jiǎn)要說(shuō)明了液位計(jì)的選擇方法。 介紹了循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)選擇的幾種液位計(jì)的剛性原理、安裝要求和優(yōu)缺點(diǎn)

投入式液位計(jì)，

超聲波液位計(jì)和

雷達(dá)液位計(jì)。 通過(guò)分析液位計(jì)應(yīng)用中面臨的問(wèn)題，改變了液位計(jì)的選擇，采用雷達(dá)液位計(jì)代替超聲波液位計(jì)。

1系統(tǒng)功能要求

液位差計(jì)由設(shè)備前后的液位差計(jì)和數(shù)字面板儀表構(gòu)成，格柵除污機(jī)和滾筒濾清器前后的液位差計(jì)在數(shù)字面板儀表內(nèi)有差異地輸送到控制系統(tǒng)(格柵除污機(jī)液位差計(jì)為p1.C，滾筒濾清器液位差計(jì)為DCS )。 柵極除污機(jī)和滾筒過(guò)濾器在自動(dòng)控制模式下聯(lián)鎖液面差信號(hào)自動(dòng)停止。 以華龍一號(hào)核電站為例

(1)柵極除污機(jī)控制要求:液位差為}0.12m的情況下，柵極除污機(jī)執(zhí)行自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)程序，液位差為妻子的0.25m水柱的情況下，向控制室發(fā)送警報(bào)信號(hào)

桶形濾波器控制要求:液面水平差}O.lm水柱的情況下，自動(dòng)切換到中速電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的液面水平差為妻子的0.2m水柱的情況下，自動(dòng)切換到高速電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的液位差妻子為0.3m水柱時(shí)，向控制室輸送警報(bào)信號(hào)的液面水平差計(jì)信號(hào)妻子為0.8m水柱時(shí)，將第二次警報(bào)信號(hào)輸出到控制室

循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)是核安全相關(guān)系統(tǒng)，為了提高系統(tǒng)的可靠性，液位差計(jì)采用了冗馀的設(shè)置。

2儀表環(huán)境

格柵除垢機(jī)位于供水路的細(xì)格柵和格柵除垢機(jī)之間，為了去除被細(xì)格柵堵住的垃圾，液面水平的測(cè)量點(diǎn)位于細(xì)格柵兩側(cè)的剖視圖如圖1所示。

圖2是圖1細(xì)柵極的配置剖視圖

鼓形屏幕位于鼓形屏幕室，用于過(guò)濾海水中直徑3mm以上的異物，鼓形屏幕配置在兩側(cè)，網(wǎng)內(nèi)進(jìn)水，液面水平的測(cè)量點(diǎn)配置在鼓形屏幕的側(cè)面和屏幕外側(cè)的剖面圖如圖2所示。

細(xì)格柵與格柵除污機(jī)之間和鼓網(wǎng)室的頂板位于Om層，頂板厚度為1.2 m以上，房間深度為20m左右，介質(zhì)為海水，常溫常壓。 由圖2可知，液面水平的測(cè)量范圍較寬，空間內(nèi)有格柵除污機(jī)和滾筒過(guò)濾器等可動(dòng)機(jī)器，設(shè)置空間比較有限，因此選擇時(shí)需要考慮水平計(jì)的設(shè)置方式。

3儀表選型

遠(yuǎn)傳式液位計(jì)的類(lèi)型有壓差式液位計(jì)、投入式液位計(jì)、浮子式液位計(jì)、浮子式液位計(jì)、靜電容量式液位計(jì)、壓差式液位計(jì)、磁致伸縮式液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等。 儀表選型的原則是儀表的測(cè)量范圍、測(cè)量精度和安裝技術(shù)是否滿足測(cè)量要求，其測(cè)量原理是否適應(yīng)使用環(huán)境。

在循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)中，液位測(cè)量范圍寬，液位差警報(bào)設(shè)定值之間只有l(wèi)Ocm存在差異，范圍為25m的液位計(jì)誤差不可能為0.2%FS、<； 0.1% FS。 液位測(cè)量點(diǎn)在Om以下，水平空間結(jié)構(gòu)僅為2.5m左右，數(shù)顯表和儀表變送器部分僅位于頂板，設(shè)置維護(hù)空間有限。 測(cè)定介質(zhì)為海水，具有強(qiáng)腐蝕性，不銹鋼等金屬材料易被腐蝕，對(duì)液體材料的選擇和處理有很高的要求。

3.1投入式液位計(jì)是秦山和方家山核電站的項(xiàng)目，電網(wǎng)除污機(jī)和鼓型屏幕的前后液位計(jì)是投入式液位計(jì)，但采用不同型號(hào)和不同廠家，分別為博多LMK系列和E+HFMX系列，傳感器為陶瓷電容式

投入式液位計(jì)是根據(jù)測(cè)量液體的靜壓與該液體的高度成比例的原理，通過(guò)壓力測(cè)量元件將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并換算為液位的高度，一般采用擴(kuò)散硅或陶瓷電容器等壓力傳感器作為壓力測(cè)量元件。 投入式液位計(jì)廣泛應(yīng)用于各種原型水位的測(cè)量。

投入式液位計(jì)由內(nèi)置毛細(xì)管軟管的特殊導(dǎo)氣手機(jī)電纜、壓力傳感器和轉(zhuǎn)換回路構(gòu)成。 液面水平的測(cè)量實(shí)際上是測(cè)量探針上液體的靜壓和大氣壓的差，用壓力測(cè)量元件和電子元件將其差轉(zhuǎn)換為4-20mA的輸出信號(hào)。 投入式液位計(jì)的攜帶電纜設(shè)置在安靜的區(qū)域或適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)管內(nèi)，避免探頭的側(cè)面運(yùn)動(dòng)和虛假測(cè)量值。 投入式液位計(jì)的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3投人式液位計(jì)的結(jié)構(gòu)圖

投入式液位計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)

( l )不受被檢介質(zhì)起泡、堆積、電特性的影響

無(wú)固體結(jié)構(gòu)、可動(dòng)部件，其機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)過(guò)載和腐蝕性介質(zhì)具有較高的抵抗性

(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，探針部分可直接投入液體。

投入式液位計(jì)存在以下缺點(diǎn): 1不適用壓力容器和高溫介質(zhì)的液位測(cè)量，測(cè)量介質(zhì)密度必須均勻

2介質(zhì)中的雜質(zhì)過(guò)多容易堵塞測(cè)量孔。 循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)的投入式液位計(jì)設(shè)置在Om層的頂板上，房間的側(cè)壁埋有cp200mm的玻璃鋼管，玻璃鋼管的底部通入房間，形成連通器，探針直接投入玻璃鋼管，避免了介質(zhì)波動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響。 靜壓式液位差計(jì)的測(cè)量值，因?yàn)橛?個(gè)投入式液位差計(jì)有差別，所以2個(gè)投入式液位差計(jì)探針需要高精度地安裝。 由于探針接觸海水，探針涂裝防腐涂層能抵抗海水的腐蝕。 其精度和測(cè)量范圍可以滿足功能要求。 投入式液位計(jì)的安裝示意圖如圖4所示。

圖4投人式液位計(jì)的安裝示意圖

通過(guò)使用不同型號(hào)和制造商的液位計(jì)，測(cè)量的可靠性有所提高，但由于其安裝方式和測(cè)量原理相同，發(fā)生共模故障的概率較高。 海水中可能存在砂土和海洋生物，有堵塞投入式液位計(jì)的探針測(cè)量孔的風(fēng)險(xiǎn)，影響測(cè)量的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2超聲液位計(jì)是海南、福清和田灣核電站項(xiàng)目，考慮到可能的共模故障，明確提出了在選擇循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)液位計(jì)時(shí)使用冗馀液位計(jì)不同的測(cè)量原理。 超聲液位計(jì)技術(shù)是比較成熟、實(shí)用的測(cè)量方式之一，其非接觸測(cè)量原理也是未來(lái)測(cè)量技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。 因此，在之后的原子能發(fā)電項(xiàng)目中，每一連串的電網(wǎng)除污機(jī)都配置了一套超聲波水平差計(jì)和靜壓式水平差計(jì)，在桶形屏幕上配置了一套超聲波水平差計(jì)和靜壓式水平差計(jì)。

基于超聲波液位或時(shí)域的反射原理，從傳感器向液位表面發(fā)送超聲波脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)在介質(zhì)表面被反射，反射信號(hào)被傳感器接收，發(fā)射器測(cè)量接收脈沖信號(hào)的時(shí)間差To聲波的傳播時(shí)間，并與聲波的到介質(zhì)表面的距離成比例，從傳感器到介質(zhì)表面的距離s、聲速c和聲傳播時(shí)間t的關(guān)系用以下式表示 再?gòu)目展薷遝減去s的是媒體水平l。 如圖5所示。

圖5超聲波液位計(jì)的測(cè)量示意圖

超聲液位計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn): (1)非接觸式測(cè)量原理適用于有毒、腐蝕性、高粘度和低溫介質(zhì)的水平和界面測(cè)量

(2)超聲波是機(jī)械波，不受介質(zhì)的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等特性的影響

(3)無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件，傳感器的壓電晶片振動(dòng)，但振幅小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)

(4)可測(cè)范圍廣，可測(cè)液體、粉末、固體粒子的物位。

超聲波液位計(jì)存在以下缺點(diǎn): (1)超聲波液位計(jì)的測(cè)量有死角，范圍越大死角越大，選型時(shí)需注意測(cè)量范圍

(2)超聲波的傳播速度受傳播介質(zhì)的溫度、密度、壓力等影響，不適用于壓力容器和揮發(fā)性介質(zhì)的液位測(cè)量

(3)超聲波傳播介質(zhì)對(duì)超聲波有強(qiáng)吸收作用，超聲波衰減明顯，回聲質(zhì)量下降，影響測(cè)量效果。

循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)的超聲波液位計(jì)設(shè)置在Om層的頂板上，位于設(shè)置空間的中間位置，為了避免超聲波發(fā)射角內(nèi)障礙物較多，在頂板上確保了. 400mm的孔。 超聲波是以非接觸方式測(cè)量的，可以很好地避免海水的腐蝕。 采用與靜壓式完全不同的測(cè)量原理和實(shí)現(xiàn)方式，避免了共模故障的發(fā)生，其精度和測(cè)量范圍可以滿足功能要求。 超聲波液位計(jì)的安裝示意圖如圖6所示。

圖6超聲波液位計(jì)的安裝示意圖

福清、海南核電項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)反饋和田灣業(yè)主提供的嶺澳一二期、陽(yáng)江、寧德等多個(gè)基地的反饋數(shù)據(jù)顯示，循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)的超聲波液位計(jì)總是測(cè)量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生水平波動(dòng)和驚慌等現(xiàn)象，水平差異表示水平差異較大的信號(hào)

分析了超聲液位計(jì)高液位差信號(hào)誤報(bào)的產(chǎn)生原因

(1)測(cè)量的海水表面存在泡沫和浮游物，吸收超聲波并擴(kuò)散，回波弱變得不穩(wěn)定，而且儀表設(shè)置環(huán)境的水蒸氣含量高，超聲波探頭結(jié)露，虛假回波和回波消失，測(cè)量值跳躍和恐慌

(2)超聲波液位計(jì)探頭的安裝位置水泥塊非常厚，安裝孔約深1.2m，探頭與孔的上表面齊平，機(jī)械波具有壓縮性，因此過(guò)長(zhǎng)的孔會(huì)增加回波噪聲，大大阻礙超聲波的收發(fā)，超聲波液位計(jì)的原始噪聲線過(guò)高，水平越高

圖7是超聲液位計(jì)的實(shí)際回波曲線。

循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)超聲液位計(jì)誤報(bào)時(shí)

(1)桶形過(guò)濾器誤切換為中速運(yùn)轉(zhuǎn)，在中速電機(jī)和低速電機(jī)之間頻繁切換，柵極除污機(jī)頻繁啟動(dòng)，設(shè)備磨損增加，設(shè)備壽命縮短

應(yīng)頻繁觸發(fā)報(bào)警信號(hào)到控制室，工作人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，增加人工費(fèi)用

( &ldquo用超聲波液位計(jì)測(cè)量的鼓網(wǎng)前后的電平差妻子0.8m” 誤報(bào)期間，如果有用投入式液位計(jì)測(cè)量的鼓網(wǎng)前后的水位差信號(hào)妻子的0. 8m水柱，直接觸發(fā)循環(huán)泵的脫扣，循環(huán)水量減少，機(jī)組降低電力運(yùn)轉(zhuǎn)或停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

因此，有必要將超聲波液位計(jì)轉(zhuǎn)換為適合該測(cè)量環(huán)境的其他類(lèi)型的液位計(jì)。 為了防止共模故障，仍然需要配置兩個(gè)不同測(cè)量原理的液位計(jì)，不能簡(jiǎn)單地將超聲波液位計(jì)換成投入式液位計(jì)。 雷達(dá)式液位計(jì)精度高，功率大，對(duì)水蒸氣結(jié)露具有較好的測(cè)量效果，可應(yīng)用于上述測(cè)量環(huán)境，滿足循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)的液位測(cè)量要求。

3.3雷達(dá)液位計(jì)雷達(dá)液位計(jì)的原理與超聲波液位計(jì)相似，基于時(shí)域反射原理。 區(qū)別在于超聲波液位計(jì)發(fā)射超聲波，雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射電磁波。 從雷達(dá)液位計(jì)的天線發(fā)射的電磁波以光速傳播，一旦遭遇被測(cè)定介質(zhì)表面，電磁波就被反射而形成回波，沿著相同路徑返回脈沖發(fā)射裝置，發(fā)射裝置和被測(cè)定介質(zhì)表面的距離與電磁波的傳播時(shí)間成比例，計(jì)算出電平的高度。

雷達(dá)液位計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn): (1)電磁波可在真空中傳播，電磁波隨距離而衰減小，透射力強(qiáng)，不受大氣、蒸汽、介質(zhì)揮發(fā)的影響

非接觸式測(cè)定適用于有毒、腐蝕性、高粘度、低溫介質(zhì)的液位測(cè)定

(3)無(wú)可動(dòng)零件，可靠性高，安裝維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)

(4)測(cè)量范圍廣，精度高，量程達(dá)70m，精度達(dá)2mm。

雷達(dá)液位計(jì)(1)在空氣中存在高介電性粉塵粉末(石墨、鐵合金等)時(shí)，對(duì)電磁波具有衰減作用，測(cè)定距離和效果受到影響

被測(cè)定介質(zhì)介電常數(shù)不能過(guò)小，<； 1.5無(wú)法測(cè)量。

循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)采用80GHz高頻雷達(dá)液位計(jì)，貫穿泡沫結(jié)露，無(wú)死角，測(cè)量雙線儀表，設(shè)置方便，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。 高焦點(diǎn)的雷達(dá)束不限于設(shè)置高度，發(fā)射角達(dá)到30，能夠適應(yīng)1.2m深cp100mm的孔，能夠不下沉地設(shè)置。 但泡沫過(guò)多會(huì)影響測(cè)量精度，需要定期清理泡沫，改善測(cè)量環(huán)境。 圖8是雷達(dá)液位計(jì)的實(shí)際回波曲線。 雷達(dá)液位計(jì)的回波曲線平滑穩(wěn)定，能很好地適應(yīng)設(shè)置環(huán)境。

圖a雷達(dá)液位計(jì)回波曲線

4結(jié)語(yǔ)

液位計(jì)是循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)正常運(yùn)行不可缺少的部分，測(cè)量的穩(wěn)定性取決于核電站的穩(wěn)定運(yùn)行。 在儀表設(shè)計(jì)選型中，必須充分考慮儀表的測(cè)量原理和測(cè)量特性，避免環(huán)境因素造成的測(cè)量誤差和故障。 根據(jù)雷達(dá)式液位計(jì)和超聲波液位計(jì)的測(cè)量原理，測(cè)量環(huán)境也存在不同的要求，儀表選型考慮到各種影響因素，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的各種問(wèn)題更換儀表選型。 液位計(jì)的種類(lèi)很多，只有符合測(cè)量環(huán)境的才是液位計(jì)。

以上就是循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)液位計(jì)量表選型文章的全部?jī)?nèi)容