超聲波液位計(jì)在壓水堆核電廠中的應(yīng)用

 

　　1、超聲波液位計(jì)原理：

 

　　通過液位計(jì)探頭振動(dòng),發(fā)出脈沖波,遇被測(cè)水面被反射,折回的反射回波被同一探頭接收,測(cè)出波返回的時(shí)間,即可探測(cè)出液位高度。超聲波液位計(jì)在工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,在某壓水堆核電廠放射性廢液系統(tǒng)和放射性固體廢物系統(tǒng)中就大量選用了該類型的液位計(jì),其中放射性廢液系統(tǒng)用來收集核電廠啟動(dòng)及運(yùn)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(jì),罐體分別為安全殼地坑,化學(xué)廢液箱液位計(jì),RCDT(反應(yīng)堆冷卻劑疏水箱),真空脫氣塔的分離器,廢液監(jiān)測(cè)箱液位計(jì),廢液暫存箱;放射性固體廢物主要應(yīng)用于廢樹脂儲(chǔ)存罐液位監(jiān)測(cè)。在這些液位計(jì)投運(yùn)期間,發(fā)生了多起液位計(jì)跳變及測(cè)量不準(zhǔn)現(xiàn)象,造成的泵誤啟動(dòng),泵跳閘,樹脂罐體溢流等異常事件,本文將對(duì)這些事件進(jìn)行分類闡述。

 

　　2、超聲波液位計(jì)測(cè)量過程中缺陷及影響因素：

 

　　2.1、安裝位置對(duì)測(cè)量影響：

 

　　放射性廢液系統(tǒng)的14臺(tái)超聲波液位計(jì)中,有11臺(tái)在完成單體調(diào)試后,實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn),罐體中無(wú)水,液位計(jì)顯示滿水,或者液位計(jì)顯示壞點(diǎn),罐體注排水過程中會(huì)有偶發(fā)性液位跳變,放射性固體廢物系統(tǒng)中有2臺(tái)也出現(xiàn)相同缺陷。

 

　　超聲波液位計(jì)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(yīng)用角度,這就要求超聲波液位計(jì)探頭能夠深入到所測(cè)罐體中;若沒有深入罐體內(nèi)部,而是安裝到罐頂?shù)囊何挥?jì)管嘴,則要求這個(gè)管嘴直徑比探頭直徑越粗越好,管嘴長(zhǎng)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。在熱試過程中,這些液位計(jì)均發(fā)生了不同程度的測(cè)量偏差及跳變現(xiàn)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(xiàn)象,導(dǎo)致探頭再次傾斜或者與管嘴內(nèi)壁相碰。

 

　　化學(xué)廢液監(jiān)測(cè)箱液位計(jì),也出現(xiàn)上述缺陷,雖然與上述液位計(jì)均是同一數(shù)據(jù)表,但是這三臺(tái)液位計(jì)選用了另一廠家的液位計(jì)。該廠家文件中有明確說明,探頭至少應(yīng)該深入罐體10cm,現(xiàn)場(chǎng)將罐頂長(zhǎng)管嘴截短,將探頭深入到罐體內(nèi)部,由于液位計(jì)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(jì)運(yùn)行穩(wěn)定。在壓水堆核電廠其他大型罐體,如硼酸儲(chǔ)存箱、設(shè)備冷卻水波動(dòng)箱也裝有超聲波液位計(jì),均沒有存在上述安裝問題,測(cè)量監(jiān)視結(jié)果一直較為穩(wěn)定。液位計(jì)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(jì)失準(zhǔn)的直接原因。

 

　　2.2、蒸汽對(duì)測(cè)量影響：

 

　　異常情況描述:穩(wěn)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(zhí)行了穩(wěn)壓器向放射性廢液系統(tǒng)向RCDT排氣操作,在這過程中RCDT至放射性氣體廢物系統(tǒng)閥門保持開啟,RCDT壓力在0~0.04MPa(G)。穩(wěn)壓器共排氣兩次。排氣后,RCDT液位計(jì)異常波動(dòng),且顯示為滿量程。

 

　　從穩(wěn)壓器至RCDT排氣時(shí),閥門打開瞬間即發(fā)現(xiàn)RCDT壓力上漲,說明雖然管線較長(zhǎng),但用時(shí)較短,可以認(rèn)為排氣過程是絕熱過程。查詢水和蒸汽性質(zhì)表,根據(jù)等熵過程計(jì)算得出,排向RCDT介質(zhì)對(duì)應(yīng)的溫度在99~109℃,介質(zhì)處于濕蒸汽區(qū),由于沿線閥門的節(jié)流作用,實(shí)際過程會(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(jié)露,造成測(cè)量發(fā)出去的波瞬間返回。

 

　　2.3、壓力波動(dòng)對(duì)測(cè)量影響：

 

　　異常工況描述:執(zhí)行安注箱降壓排氣,從安注箱排氮?dú)庵罵CDT,再排向放射性氣體廢物系統(tǒng)側(cè),在整個(gè)排氣過程中,RCDT壓力由0波動(dòng)至70kPa,RCDT液位計(jì)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(zhí)行完成安注箱排氣操作后,RCDT壓力恢復(fù)正常值,液位計(jì)也穩(wěn)定到之前顯示值。

 

　　工況分析:RCDT正常運(yùn)行時(shí),低液位至罐頂?shù)臍饪臻g僅有2.4m3,氮?dú)馀湃肓髁?設(shè)計(jì)文件并未做限制,壓力變化屬正常設(shè)計(jì)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?dú)饷芏润E增影響了波的傳播速度,同時(shí)排氣的初始階段液位出現(xiàn)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(xiàn)折射,造成液體計(jì)出現(xiàn)失波現(xiàn)象。

 

　　3、結(jié)論：

 

　　1)超聲波液位計(jì)探頭安裝時(shí)需要深入罐體內(nèi)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(jì)測(cè)量越精準(zhǔn)。

 

　　2)超聲波液位計(jì)不能用于存在蒸汽相的罐體液位測(cè)量中。設(shè)計(jì)和采購(gòu)選型時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)罐體的運(yùn)行工況有全面的了解,對(duì)于存在蒸汽相的罐體液位計(jì)可用選雷達(dá)式液位計(jì)。

 

　　3)壓力對(duì)超聲波液位計(jì)測(cè)量的最主要影響是造成失波,引起液位跳動(dòng),這一點(diǎn)可以通過在數(shù)據(jù)處理端加入濾波來屏蔽,避免液位波動(dòng)。