廖飞鸿
福建福清核电有限公司 福建 福清 350318
摘要：根据循环水过滤系统的功能要求和现场条件，简要说明了液位计规格要求。介绍了循环水过滤系统选用的几种液位计的测量原理、安装要求及优缺点，包括投入式液位计、超声波液位计和雷达液位计。通过分析液位计在应用中遇到的问题，提出相应的优化方法，变更了液位计的型号，由雷达液位计代替现场部分超声波液位计。
关键字：投入式；超声波；雷达；液位计；循环水
The Applied Analysis And Optimization Of Liquid Level Meter For Circulating Water Filtration System
Liao Feihong
Fujian Fuqing Nuclear Power CO.LTD,Fuqing Fujian，350318
Abstract: According to the functional requirements and field conditions of the circulating water filtration system，this paper briefly describes the specification requirements of the liquid level meter．The measurement principle， installation requirements and advantages and disadvantages of several liquid level meters used in the circulating water filtration system are introduced，including submerged liquid level meter，ultrasonic liquid level meter and radar liquid level meter．And by analyzing the problems encountered in the application of the liquid level meter，the corresponding optimization method is proposed,the selection of the liquid level meter was changed，and the ultrasonic liquid level meter was replaced by the radar liquid level meter.
Keywords：Submerged ;Ultrasonic ;Radar ;Liquid level meter ;Circulating Water
1.前言
循环水过滤系统是核电站重要的辅助系统，其功能是对核电站使用的海水进行过滤预处理。过滤后的海水提供给重要厂用水系统和循环水系统，对核电站的安全运行具有重要的意义。循环水过滤系统主要由闸门、细格栅、格栅除污机、鼓形滤网、滤网冲洗装置等设备组成。每个格栅除污机和鼓形滤网都设有液位差计，用于格栅除污机和鼓形滤网电机的自动启停控制和液位报警。
液位差计由设备前后液位计和数显仪组成，格栅除污机和鼓形滤网前后的液位计在数显仪内做差值后送控制系统控制设备(格栅除污机液位差计送PLC，鼓形滤网液位差计送DCS)。格栅除污机和鼓形滤网在自动控制模式下，联锁液位差信号自动启停。以福清核电3、4机组为例：(1)格栅除污机控制要求：当液位差值≥0.12m时，格栅除污机执行自动运行程序；当液位差值≥0.25m水柱时，发送报警信号至主控室；(2)鼓形滤网控制要求：当液位差值≥0.1m水柱时，自动切换到中速电机运行；当液位差≥0.2m水柱时，自动切换到高速电机运行；当液位差≥0.3m水柱时，发送报警信号至主控室；当液位差值≥0.8m时，CRF循环水泵自动脱扣。
循环水过滤系统是核安全相关系统，为增加系统的可靠性，液位计采用冗余设置。
2.循环水过滤系统液位计应用趋势
2.1仪表安装环境
格栅除污机位于进水渠道的细格栅和格栅除污机间，用于去除细格栅拦截到的杂物，液位测点位于细格栅的两侧，其布置剖面图，如图1所示。
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图1 格栅除污机剖面图
鼓形滤网位于鼓网腔室，用于过滤海水中直径3mm以上的杂物，鼓形滤网为双侧布置，网内进水，液位测点位于鼓形滤网的侧面和滤网外侧，其布置剖面图，如图2所示。
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图2 鼓形滤网剖面
细格栅和格栅除污机间和鼓网腔室顶板位于0m层，顶板厚度1.2m
以上，房间深20m左右，介质为海水，常温常压。由图2可以看出，液位测量范围较大，空间内有格栅除污机和鼓形滤网这些动设备，安装空间相对有限，在选型时要考虑液位计的安装方式。
2.2常见液位仪表的选型分析
常见的远传式液位计类型有差压式液位计、投入式液位计、浮子式液位计、浮筒式液位计、电容式液位计、磁翻板式液位计、超声波液位计、雷达液位计等。在循环水过滤系统中，液位测量范围大，液位差报警设定值间只差10cm，故量程为25m的液位计误差应小于0.2%FS，最好≤0.1%FS。液位测点位于0m以下，水平空间结构只有2.5m左右，数显仪和仪表变送器部分只能位于顶板上，安装维护空间有限。测量介质为海水，有强腐蚀性，不锈钢等金属材料容易被腐蚀，对接液材料的选择和处理有较高要求。
2.3非接触式液位计应用
在一些同行电厂中，格栅除污机和鼓形滤网前后液位计均为投入式液位计。投入式液位计是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，通过压力测量元件将静压转换成电信号，再换算为液位高度[1]。循环水过滤系统的投入式液位计安装于0m层顶板，在房间侧壁预埋直径200mm玻璃钢管，玻璃钢管底部与房间相通，形成连通器，探头直接投入玻璃钢管中，避免了由于介质波动对测量的影响。投入式液位计具有结构简单、安装维护方便等优点，但是由于液位计探头在海水中，容易受海生物或泥沙杂物堵塞测量孔，导致液位计测量不准确。
在福清核电厂中，考虑到可能发生的共模故障，比如在极端情况下，鼓形滤网的3对投入式液位计由于被海生物或泥沙杂物堵塞测量孔，导致液位计差值偏大，当液位差值≥0.8m时，CRF循环水泵自动脱扣，影响机组正常功率运行。所以对循环水过滤系统液位计选型提出了冗余液位计需使用不同测量原理的要求。超声波和雷达液位计技术是目前比较成熟和实用的测量方式，其非接触式测量原理也是未来测量技术发展的主要趋势。故目前在福清核电1-5号机组的项目中，每系列的格栅除污机配置一套超声波液位差计和l套静压式液位差计，鼓形滤网配置1套超声波液位差计和两套静压式液位差计。由于超声波液位计在现场应用时出现的问题较多，后面部分机组将超声波液位计换型为雷达液位计。
3.超声波液位计应用分析
3.1超声波液位计原理
超声波液位计是基于时域反射原理，由传感器向液位表面发射超声波脉冲信号，脉冲信号在介质表面发生反射，反射信号被传感器接收，变送器测量发射与接收脉冲信号的时间差T[2]。声波的传播时间与声波的发出到介质表面的距离成正比，传感器至介质表面距离S与声速C和声传输时间T的关系可用公式表示：S=C*T／2。再由空罐高度E减去S，即为介质物位L。超声波液位计测量原理图如图3所示。
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1: 传感器；2：变送器；BD：盲区；D：传感器表面至物
料表面距离；L：液位高度； E：测量零点（0%，空罐）；
F：最高液位（100%，满罐）；V：物料体积
图3 超声波液位计测量原理图
循环水过滤系统中超声波液位计安装于Om层顶板，位于安装空间中间位置，使超声波发射角内无过多障碍物，在顶板预留直径400mm孔洞。由于超声波为非接触式测量，可以很好地避免海水的腐蚀。且与静压式完全不同的测量原理和安装方式，也避免了共模故障的发生，其精度与测量范围可满足功能要求。其安装示意图，如图4所示。
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图4 超声波液位计现场安装图
3.2超声波液位计特点
超声波液位计具有以下优点：
(1)非接触式测量原理，可适用于有毒、腐蚀性、高粘度和低温介质的物位和界面测量；
(2)超声波为机械波，不受介质的介电常数、电导率、热导率等特性的影响[3]；
(3)可测范围广，液体、粉末、固体颗粒的物位都可测量。
同时超声波液位计具有以下缺点：
(1)超声波液位计测量有盲区，量程越大，盲区越大，选型时需注意测量范围；
(2)超声波的传播速度受传播介质温度、密度、压力等因素影响影响，不适用压力容器和易挥发性介质液位测量；
(3)超声波的传播介质中若存在某些介质对超声波有强烈吸收作用，会使超声波衰减明显，降低回波质量，影响测量效果。
3.3超声波液位计应用问题
福清、海南核电项目以及岭澳一二期、阳江、宁德等多基地的反馈数据，循环水过滤系统的超声波液位计经常有测量数据不稳定，液位波动和死机等现象，造成液位信号误报，即液位差计发出液位差高信号，而现场实际液位差在正常范围内。以下对福清核电循环水过滤系统使用的超声波液位计故障现象的主要原因进行分析。
结束语
在核电现场，不仅仅循环水过滤系统应用到超声波和雷达液位计，应急柴油机、除盐水生产、汽机分离再热器等系统也有应用。在日常的维护时，应该关注由于安装短管、固定干扰回波、探头凝结水、液面浮沫等因素对测量的影响。同时，可采取本文介绍到的将仪表下放、改变仪表安装位置等措施保障仪表的测量稳定性。若超声波液位计不符合当前工况，可以根据参数需求选择合适的雷达液位计进行替代。综上，本文成果将促进超声波液位计在核电现场的应用优化，同时促进雷达液位计在核电厂液位测量领域的广泛应用。
参考文献
[1]张伟亮，液位测量仪表在化工企业中的应用，2014，43（4）：76-77
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