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　　超聲波液位計在壓水堆核電廠(chǎng)中的應用

 

　　1、超聲波液位計原理：

 

　　通過(guò)液位計探頭振動(dòng),發(fā)出脈沖波,遇被測水面被反射,折回的反射回波被同一探頭接收,測出波返回的時(shí)間,即可探測出液位高度。超聲波液位計在工程領(lǐng)域具有廣泛的應用,在某壓水堆核電廠(chǎng)放射性廢液系統和放射性固體廢物系統中就大量選用了該類(lèi)型的液位計,其中放射性廢液系統用來(lái)收集核電廠(chǎng)啟動(dòng)及運行期間產(chǎn)生的放射性液體廢物,收集罐體上均安裝了超聲波液位計,罐體分別為安全殼地坑,化學(xué)廢液箱液位計,RCDT(反應堆冷卻劑疏水箱),真空脫氣塔的分離器,廢液監測箱液位計,廢液暫存箱;放射性固體廢物主要應用于廢樹(shù)脂儲存罐液位監測。在這些液位計投運期間,發(fā)生了多起液位計跳變及測量不準現象,造成的泵誤啟動(dòng),泵跳閘,樹(shù)脂罐體溢流等異常事件,本文將對這些事件進(jìn)行分類(lèi)闡述。

 

　　2、超聲波液位計測量過(guò)程中缺陷及影響因素：

 

　　2.1、安裝位置對測量影響：

 

　　放射性廢液系統的14臺超聲波液位計中,有11臺在完成單體調試后,實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現,罐體中無(wú)水,液位計顯示滿(mǎn)水,或者液位計顯示壞點(diǎn),罐體注排水過(guò)程中會(huì )有偶發(fā)性液位跳變,放射性固體廢物系統中有2臺也出現相同缺陷。

 

　　超聲波液位計在發(fā)出超聲波后,單邊波距離中心有約12℃的發(fā)散角度。從工程應用角度,這就要求超聲波液位計探頭能夠深入到所測罐體中;若沒(méi)有深入罐體內部,而是安裝到罐頂的液位計管嘴,則要求這個(gè)管嘴直徑比探頭直徑越粗越好,管嘴長(cháng)度越短越好,這樣可以避免波打到罐體壁面,或者探頭受到擠壓,造成探頭振動(dòng)受阻。在熱試過(guò)程中,這些液位計均發(fā)生了不同程度的測量偏差及跳變現象,原因是與這些罐體相連的隔膜泵啟動(dòng)后,罐體有不同程度的振動(dòng)現象,導致探頭再次傾斜或者與管嘴內壁相碰。

 

　　化學(xué)廢液監測箱液位計,也出現上述缺陷,雖然與上述液位計均是同一數據表,但是這三臺液位計選用了另一廠(chǎng)家的液位計。該廠(chǎng)家文件中有明確說(shuō)明,探頭至少應該深入罐體10cm,現場(chǎng)將罐頂長(cháng)管嘴截短,將探頭深入到罐體內部,由于液位計探頭尺寸僅有1.97英寸,深入罐體時(shí)未與切割后的管嘴接觸,改變安裝方式后,液位計運行穩定。在壓水堆核電廠(chǎng)其他大型罐體,如硼酸儲存箱、設備冷卻水波動(dòng)箱也裝有超聲波液位計,均沒(méi)有存在上述安裝問(wèn)題,測量監視結果一直較為穩定。液位計探頭振動(dòng)受阻和超聲波打到了管嘴壁面,是造成這些常溫常壓工作環(huán)境下的液位計失準的直接原因。

 

　　2.2、蒸汽對測量影響：

 

　　異常情況描述:穩壓器窄量程液位37.5%,液相溫度226.9℃,汽相溫度221.9℃,壓力2.36MPa,在此工況下,操作員執行了穩壓器向放射性廢液系統向RCDT排氣操作,在這過(guò)程中RCDT至放射性氣體廢物系統閥門(mén)保持開(kāi)啟,RCDT壓力在0~0.04MPa(G)。穩壓器共排氣兩次。排氣后,RCDT液位計異常波動(dòng),且顯示為滿(mǎn)量程。

 

　　從穩壓器至RCDT排氣時(shí),閥門(mén)打開(kāi)瞬間即發(fā)現RCDT壓力上漲,說(shuō)明雖然管線(xiàn)較長(cháng),但用時(shí)較短,可以認為排氣過(guò)程是絕熱過(guò)程。查詢(xún)水和蒸汽性質(zhì)表,根據等熵過(guò)程計算得出,排向RCDT介質(zhì)對應的溫度在99~109℃,介質(zhì)處于濕蒸汽區,由于沿線(xiàn)閥門(mén)的節流作用,實(shí)際過(guò)程會(huì )產(chǎn)生不可逆熵增,實(shí)際排至RCDT的介質(zhì)溫度高于99~109℃,含蒸汽量更多(蒸汽干度更大)。蒸汽將影響波的傳播速度,并且蒸汽會(huì )在探頭上結露,造成測量發(fā)出去的波瞬間返回。

 

　　2.3、壓力波動(dòng)對測量影響：

 

　　異常工況描述:執行安注箱降壓排氣,從安注箱排氮氣至RCDT,再排向放射性氣體廢物系統側,在整個(gè)排氣過(guò)程中,RCDT壓力由0波動(dòng)至70kPa,RCDT液位計在壓力剛剛升高時(shí),劇烈波動(dòng),在壓力升高期間,液位也在波動(dòng),在執行完成安注箱排氣操作后,RCDT壓力恢復正常值,液位計也穩定到之前顯示值。

 

　　工況分析:RCDT正常運行時(shí),低液位至罐頂的氣空間僅有2.4m3,氮氣排入流量,設計文件并未做限制,壓力變化屬正常設計工況。

 

　　基于超聲波傳播與介質(zhì)密度有關(guān)的原理,排氣瞬間造成了RCDT上部氮氣密度驟增影響了波的傳播速度,同時(shí)排氣的初始階段液位出現劇烈跳動(dòng),是由于排氣瞬間,RCDT氣體密度不均勻,超聲波出現折射,造成液體計出現失波現象。

 

　　3、結論：

 

　　1)超聲波液位計探頭安裝時(shí)需要深入罐體內部,且不與罐體直接接觸。若安裝到管嘴,管嘴越短、越粗,液位計測量越精準。

 

　　2)超聲波液位計不能用于存在蒸汽相的罐體液位測量中。設計和采購選型時(shí)應當對罐體的運行工況有全面的了解,對于存在蒸汽相的罐體液位計可用選雷達式液位計。

 

　　3)壓力對超聲波液位計測量的最主要影響是造成失波,引起液位跳動(dòng),這一點(diǎn)可以通過(guò)在數據處理端加入濾波來(lái)屏蔽,避免液位波動(dòng)。