投入式液位計在發(fā)電廠排水系統(tǒng)液位控制中的適應(yīng)性

背景：71700承擔(dān)著反應(yīng)堆廠房內(nèi)各系統(tǒng)正常疏水、異常泄漏放射性水的收集、處理和排放功能。各類水先匯集到相應(yīng)區(qū)域的地坑，到達一定量后坑內(nèi)的液位開關(guān)動作啟動疏水泵將水排出。71700系統(tǒng)使用的是Q*型浮球液位開關(guān)，靠自身重力懸掛于地坑壁附近，一個開關(guān)對應(yīng)一個液位控制點，當(dāng)水位上升到該高度，開關(guān)浮起翻轉(zhuǎn)，里面的觸點動作。單個地坑最多有低/低、低、高、高/高、超高液位控制/報警五個浮球，吊放于不同高度。因71700系統(tǒng)地坑收集的水質(zhì)較臟，浮球開關(guān)工作環(huán)境惡劣，故障率高。據(jù)不完全統(tǒng)計，20002007年間，秦三廠兩臺機組71700系統(tǒng)共發(fā)生因浮球開關(guān)故障引起的缺陷132次，廠房和設(shè)備被水淹33次，更換浮球105個。  

　　 浮球開關(guān)故障原因有:球體與導(dǎo)線結(jié)合處密封不好，球體進水，導(dǎo)致內(nèi)部開關(guān)機構(gòu)浸泡、污損;不同高度液位開關(guān)導(dǎo)線相互纏繞，球體無法翻轉(zhuǎn);球體被導(dǎo)線與地坑壁夾住無法翻轉(zhuǎn);球體內(nèi)開關(guān)機構(gòu)失效，無法觸發(fā)或復(fù)位;開關(guān)接線盒位于地面上，內(nèi)部端子易銹蝕，導(dǎo)致開關(guān)虛假信號。FQ300型浮球液位開關(guān)可靠性低，影響了71700系統(tǒng)功能，須進行改造。

　　2方案選擇
　　2.1靜壓投入式液位計   
　　工作原理見圖1。靜壓式也稱為投入式，將測量元件放入容器底部，介質(zhì)產(chǎn)生的靜壓造成測量元件

圖1靜壓投入式液位計工作原理圖2
超聲波液位工作原理內(nèi)的電容變化，電容值傳輸?shù)街鳈C(變送器)，被轉(zhuǎn)換為4-20mA. 0-SVdc等輸出信號。   
　　可行性分析。靜壓投入式液位計  安裝方便，不受安裝空間大小影響，但由于測量元件長期埋在底部，對其密封性和耐腐蝕性要求高，且測量膜片要保持清潔，如果被泥沙掩埋則無法正確測量靜壓。71700系統(tǒng)大部分地坑水中含有放射性或酸堿性泥沙淤積，測量元件易被掩埋;同時在地坑進水和排水過程中測量元件在水中搖晃，會導(dǎo)致連接纜磨損或者膜片碎裂。   
　　結(jié)論:靜壓式液位計適合較干凈、整體較平穩(wěn)的介質(zhì)液位測量，不適合71700系統(tǒng)使用。

　　2.2超聲波液位計 
  
　　工作原理見圖2。
非接觸式，探頭從被測介質(zhì)頂部發(fā)射超聲波脈沖(35}70kHz)，達到被測介質(zhì)表面后被反射回來，探頭予以接收。超聲波脈沖傳播速度一定，從發(fā)射到接收回波時間與探頭到被測介質(zhì)表面的距離成正比，經(jīng)處理后液位計輸出相應(yīng)電信號。   
　　可行性分析。超聲波液位計采用非接觸式測量，安裝/調(diào)試簡單、維修方便，但聲波是以一定波束角發(fā)射，傳導(dǎo)發(fā)射區(qū)域內(nèi)需沒有障礙。71700系統(tǒng)地坑中有金屬格柵板、排水管、潛水泵及線纜，且地坑邊/徑通常不大，地坑壁的回波會干擾正常的測量。超聲波探頭還有一共性不足:當(dāng)氣溫、濕度變化時，水汽會在探頭表面凝結(jié)，造成聲波無法正常發(fā)射、接收而影響測量。   
　　結(jié)論:超聲波液位計適用于敞口池、水處理等液位測量，不適合71700系統(tǒng)使用。

　　2.3導(dǎo)波雷達液位計   

　　工作原理見圖3。
探頭發(fā)射的電磁脈沖以光速沿鋼纜、棒或包含一根棒的同軸套管傳播，接觸到被測介質(zhì)后，部分脈沖被反射，回波沿原路徑返到發(fā)射探頭。電磁脈沖傳播速度一定，從發(fā)射到接收回波時間與探頭到被測介質(zhì)表面的距離成正比，經(jīng)處理后液位計輸出相應(yīng)電信號。
圖3導(dǎo)波雷達液位計工圖4導(dǎo)波雷達液位計安裝示     
作原理可行性分析。導(dǎo)波雷達液位計具有以下優(yōu)點:發(fā)射、測量、傳感元件全都在表頭中，鋼纜只作為天線傳導(dǎo)雷達波，不存在如靜壓式液位計因泥沙掩埋損壞元件、儀表的問題;微波沿著鋼纜發(fā)射，絕對精度可以達到5mm，不會發(fā)生如超聲波液位計由于虛假回波引起測量錯誤;鋼纜全部采用不銹鋼316L材質(zhì)，耐腐蝕;電磁波具有良好的穿透性，鋼纜上勃附的泥沙、雜物不影響測量。   
　　結(jié)論:導(dǎo)波雷達液位計測量原理成熟、適應(yīng)性廣，且可以不帶料調(diào)整，安裝、調(diào)試成本低，適合71700系統(tǒng)使用。

　　3儀表選型   
　　擬選用的導(dǎo)波雷達液位計須滿足現(xiàn)場控制需要，同時工作電源、安裝方式應(yīng)就地取材，盡可能不改變原有設(shè)計和布置，具體要求:實現(xiàn)五個液位設(shè)定點測量和報警;開關(guān)信號直接接入原電路;儀表工作電源為110Vac;使用地坑蓋板上原有安裝孔;儀表性能維護方便、可靠性高。經(jīng)對比，最終選用某品牌智能儀表，由液位測量探頭、信號處理器(帶顯示，輸出低/低、低、高、高/高液位開關(guān)量)和報警模塊(輸出超高液位報警)，安裝示意見圖40

　　4安裝與調(diào)試

　　4.1安裝   
　　探頭:安裝于原浮球開關(guān)線纜貫穿孔位置一地坑蓋板中央(見圖5)，通過法蘭固定。為穩(wěn)定探頭下方的導(dǎo)波鋼纜，將原配吊錘更換為不銹鋼配種盤。頭輸出接線套管均采用不銹鋼密封接頭，提高防水性。探頭工作電源由信號處理器提供，輸出4-20mA電流信號。

   
　　信號處理器:就地儀表箱如有空間，則將信號處理器安裝其中;若沒有空間，則加裝單獨的儀表箱，進出線纜均走保護套管。110Vac工作電源取自控制回路，未額外增加。處理器接收探頭的測量信號，輸出的四路開關(guān)信號接入控制回路的相應(yīng)位置。   
　　報警模塊:與信號處理器串聯(lián)安裝在同一儀表箱里(見圖6)，將探頭的輸出信號轉(zhuǎn)換為開關(guān)量，送主控室實現(xiàn)超高液位報警功能。
　　4.2調(diào)試   
　　探頭見圖7。探頭安裝在地坑頂端蓋板上，距底部高度h(已知常數(shù))，通過測量探頭與水面距離D,換算出積水深度L=h-D ; s為滿液位深度，已知常數(shù);就探頭測量距離D:當(dāng)0液位時，即L=0, D (0)=h;當(dāng)滿液位時，即L=s, D (100%) =h-s。將D (0)和D (100%)兩個數(shù)值用HAR丁通訊器設(shè)置到探頭中即可，確認(rèn)探頭輸出4^-20mA信號。圖7測量液位計算   
　　信號處理器帶顯示及四路開關(guān)輸出功能:顯示設(shè)置。輸入4^-20mA信號，將顯示設(shè)置為相應(yīng)的地坑液位深度，如0^-5米;開關(guān)設(shè)置。將原液位報警值折算成相應(yīng)百分比，如30%0  
　　 以上設(shè)置通過處理器上按鍵操作即可。   
　　報警模塊:模擬輸入超高報警液位相應(yīng)的電流信號，調(diào)節(jié)設(shè)定值旋鈕。
　　5效果評測   
　　導(dǎo)波雷達液位計集成化、模塊化程度高，安裝、設(shè)定簡單;探頭外殼為不銹鋼，全密封設(shè)計，抗腐蝕、防潮防水，可以在廢水、海水等惡劣水質(zhì)下使用。71700系統(tǒng)浮球液位開關(guān)于2008年完成改造，至今導(dǎo)波雷達液位計未發(fā)生過因自身問題導(dǎo)致的故障，大大減輕了維修人員工作量和維修材料成本。   
　　因地坑內(nèi)環(huán)境惡劣，排水泵停電/故障或進水過多，地坑積水可能會漫到/過探頭，探頭被掛上雜質(zhì)，發(fā)生后對探頭進行清理即可。另，探頭可連接計算機，通過組態(tài)軟件檢查反射波曲線，對判斷干擾源提供了有效手段。在日常維護中，可以用裝有組態(tài)軟件的PC機遠(yuǎn)程觀察反射波曲線圖，定期檢查反射波是否存在被干擾的現(xiàn)象。如果存在，檢查探頭安裝位置附近是否有金屬物或固體雜質(zhì)?；谠O(shè)備可靠性高、免維護等特點，導(dǎo)波雷達液位計在方家山、三門、大亞灣等核電機組中都有較廣泛應(yīng)用。