循环水过滤系统液位计量表选型

循环水过滤系统是核电站的重要辅助系统，功能是对核电站使用的海水进行过滤预处理。 过滤的海水供应给重要的厂用水系统和循环水系统，对核电站的安全运行具有重要意义。 循环水过滤系统主要由闸门、细格栅、格栅除垢机、桶形筛板、筛板清洗装置等设备组成。 各格栅除污机和滚筒过滤器均设有液位差计，用于格栅除污机和滚筒过滤电机的自动停止控制和液位警报。 根据循环水过滤系统的功能要求和现场条件，简要说明了液位计的选择方法。 介绍了循环水过滤系统选择的几种液位计的刚性原理、安装要求和优缺点

投入式液位计，

超声波液位计和

雷达液位计。 通过分析液位计应用中面临的问题，改变了液位计的选择，采用雷达液位计代替超声波液位计。

1系统功能要求

液位差计由设备前后的液位差计和数字面板仪表构成，格栅除污机和滚筒滤清器前后的液位差计在数字面板仪表内有差异地输送到控制系统(格栅除污机液位差计为p1.C，滚筒滤清器液位差计为DCS )。 栅极除污机和滚筒过滤器在自动控制模式下联锁液面差信号自动停止。 以华龙一号核电站为例

(1)栅极除污机控制要求:液位差为}0.12m的情况下，栅极除污机执行自动运转程序，液位差为妻子的0.25m水柱的情况下，向控制室发送警报信号

桶形滤波器控制要求:液面水平差}O.lm水柱的情况下，自动切换到中速电动机的运转的液面水平差为妻子的0.2m水柱的情况下，自动切换到高速电动机运转的液位差妻子为0.3m水柱时，向控制室输送警报信号的液面水平差计信号妻子为0.8m水柱时，将第二次警报信号输出到控制室

循环水过滤系统是核安全相关系统，为了提高系统的可靠性，液位差计采用了冗馀的设置。

2仪表环境

格栅除垢机位于供水路的细格栅和格栅除垢机之间，为了去除被细格栅堵住的垃圾，液面水平的测量点位于细格栅两侧的剖视图如图1所示。

图2是图1细栅极的配置剖视图

鼓形屏幕位于鼓形屏幕室，用于过滤海水中直径3mm以上的异物，鼓形屏幕配置在两侧，网内进水，液面水平的测量点配置在鼓形屏幕的侧面和屏幕外侧的剖面图如图2所示。

细格栅与格栅除污机之间和鼓网室的顶板位于Om层，顶板厚度为1.2 m以上，房间深度为20m左右，介质为海水，常温常压。 由图2可知，液面水平的测量范围较宽，空间内有格栅除污机和滚筒过滤器等可动机器，设置空间比较有限，因此选择时需要考虑水平计的设置方式。

3仪表选型

远传式液位计的类型有压差式液位计、投入式液位计、浮子式液位计、浮子式液位计、静电容量式液位计、压差式液位计、磁致伸缩式液位计、超声波液位计、雷达液位计等。 仪表选型的原则是仪表的测量范围、测量精度和安装技术是否满足测量要求，其测量原理是否适应使用环境。

在循环水过滤系统中，液位测量范围宽，液位差警报设定值之间只有lOcm存在差异，范围为25m的液位计误差不可能为0.2%FS、<； 0.1% FS。 液位测量点在Om以下，水平空间结构仅为2.5m左右，数显表和仪表变送器部分仅位于顶板，设置维护空间有限。 测定介质为海水，具有强腐蚀性，不锈钢等金属材料易被腐蚀，对液体材料的选择和处理有很高的要求。

3.1投入式液位计是秦山和方家山核电站的项目，电网除污机和鼓型屏幕的前后液位计是投入式液位计，但采用不同型号和不同厂家，分别为博多LMK系列和E+HFMX系列，传感器为陶瓷电容式

投入式液位计是根据测量液体的静压与该液体的高度成比例的原理，通过压力测量元件将静压转换为电信号，并换算为液位的高度，一般采用扩散硅或陶瓷电容器等压力传感器作为压力测量元件。 投入式液位计广泛应用于各种原型水位的测量。

投入式液位计由内置毛细管软管的特殊导气手机电缆、压力传感器和转换回路构成。 液面水平的测量实际上是测量探针上液体的静压和大气压的差，用压力测量元件和电子元件将其差转换为4-20mA的输出信号。 投入式液位计的携带电缆设置在安静的区域或适当的保护管内，避免探头的侧面运动和虚假测量值。 投入式液位计的整体结构如图3所示。

图3投人式液位计的结构图

投入式液位计具有以下优点

( l )不受被检介质起泡、堆积、电特性的影响

无固体结构、可动部件，其机械结构对过载和腐蚀性介质具有较高的抵抗性

(3)结构简单，安装维护方便，探针部分可直接投入液体。

投入式液位计存在以下缺点: 1不适用压力容器和高温介质的液位测量，测量介质密度必须均匀

2介质中的杂质过多容易堵塞测量孔。 循环水过滤系统的投入式液位计设置在Om层的顶板上，房间的侧壁埋有cp200mm的玻璃钢管，玻璃钢管的底部通入房间，形成连通器，探针直接投入玻璃钢管，避免了介质波动对测量的影响。 静压式液位差计的测量值，因为用2个投入式液位差计有差别，所以2个投入式液位差计探针需要高精度地安装。 由于探针接触海水，探针涂装防腐涂层能抵抗海水的腐蚀。 其精度和测量范围可以满足功能要求。 投入式液位计的安装示意图如图4所示。

图4投人式液位计的安装示意图

通过使用不同型号和制造商的液位计，测量的可靠性有所提高，但由于其安装方式和测量原理相同，发生共模故障的概率较高。 海水中可能存在砂土和海洋生物，有堵塞投入式液位计的探针测量孔的风险，影响测量的可靠性和稳定性。

3.2超声液位计是海南、福清和田湾核电站项目，考虑到可能的共模故障，明确提出了在选择循环水过滤系统液位计时使用冗馀液位计不同的测量原理。 超声液位计技术是比较成熟、实用的测量方式之一，其非接触测量原理也是未来测量技术发展的主要趋势。 因此，在之后的原子能发电项目中，每一连串的电网除污机都配置了一套超声波水平差计和静压式水平差计，在桶形屏幕上配置了一套超声波水平差计和静压式水平差计。

基于超声波液位或时域的反射原理，从传感器向液位表面发送超声波脉冲信号，脉冲信号在介质表面被反射，反射信号被传感器接收，发射器测量接收脉冲信号的时间差To声波的传播时间，并与声波的到介质表面的距离成比例，从传感器到介质表面的距离s、声速c和声传播时间t的关系用以下式表示 再从空罐高e减去s的是媒体水平l。 如图5所示。

图5超声波液位计的测量示意图

超声液位计具有以下优点: (1)非接触式测量原理适用于有毒、腐蚀性、高粘度和低温介质的水平和界面测量

(2)超声波是机械波，不受介质的介电常数、电导率、热导率等特性的影响

(3)无机械可动部件，传感器的压电晶片振动，但振幅小，结构简单，寿命长

(4)可测范围广，可测液体、粉末、固体粒子的物位。

超声波液位计存在以下缺点: (1)超声波液位计的测量有死角，范围越大死角越大，选型时需注意测量范围

(2)超声波的传播速度受传播介质的温度、密度、压力等影响，不适用于压力容器和挥发性介质的液位测量

(3)超声波传播介质对超声波有强吸收作用，超声波衰减明显，回声质量下降，影响测量效果。

循环水过滤系统的超声波液位计设置在Om层的顶板上，位于设置空间的中间位置，为了避免超声波发射角内障碍物较多，在顶板上确保了. 400mm的孔。 超声波是以非接触方式测量的，可以很好地避免海水的腐蚀。 采用与静压式完全不同的测量原理和实现方式，避免了共模故障的发生，其精度和测量范围可以满足功能要求。 超声波液位计的安装示意图如图6所示。

图6超声波液位计的安装示意图

福清、海南核电项目经验反馈和田湾业主提供的岭澳一二期、阳江、宁德等多个基地的反馈数据显示，循环水过滤系统的超声波液位计总是测量数据不稳定，会发生水平波动和惊慌等现象，水平差异表示水平差异较大的信号

分析了超声液位计高液位差信号误报的产生原因

(1)测量的海水表面存在泡沫和浮游物，吸收超声波并扩散，回波弱变得不稳定，而且仪表设置环境的水蒸气含量高，超声波探头结露，虚假回波和回波消失，测量值跳跃和恐慌

(2)超声波液位计探头的安装位置水泥块非常厚，安装孔约深1.2m，探头与孔的上表面齐平，机械波具有压缩性，因此过长的孔会增加回波噪声，大大阻碍超声波的收发，超声波液位计的原始噪声线过高，水平越高

图7是超声液位计的实际回波曲线。

循环水过滤系统超声液位计误报时

(1)桶形过滤器误切换为中速运转，在中速电机和低速电机之间频繁切换，栅极除污机频繁启动，设备磨损增加，设备寿命缩短

应频繁触发报警信号到控制室，工作人员现场确认，增加人工费用

( &ldquo用超声波液位计测量的鼓网前后的电平差妻子0.8m” 误报期间，如果有用投入式液位计测量的鼓网前后的水位差信号妻子的0. 8m水柱，直接触发循环泵的脱扣，循环水量减少，机组降低电力运转或停止运转。

因此，有必要将超声波液位计转换为适合该测量环境的其他类型的液位计。 为了防止共模故障，仍然需要配置两个不同测量原理的液位计，不能简单地将超声波液位计换成投入式液位计。 雷达式液位计精度高，功率大，对水蒸气结露具有较好的测量效果，可应用于上述测量环境，满足循环水过滤系统的液位测量要求。

3.3雷达液位计雷达液位计的原理与超声波液位计相似，基于时域反射原理。 区别在于超声波液位计发射超声波，雷达液位计发射电磁波。 从雷达液位计的天线发射的电磁波以光速传播，一旦遭遇被测定介质表面，电磁波就被反射而形成回波，沿着相同路径返回脉冲发射装置，发射装置和被测定介质表面的距离与电磁波的传播时间成比例，计算出电平的高度。

雷达液位计具有以下优点: (1)电磁波可在真空中传播，电磁波随距离而衰减小，透射力强，不受大气、蒸汽、介质挥发的影响

非接触式测定适用于有毒、腐蚀性、高粘度、低温介质的液位测定

(3)无可动零件，可靠性高，安装维护方便，寿命长

(4)测量范围广，精度高，量程达70m，精度达2mm。

雷达液位计(1)在空气中存在高介电性粉尘粉末(石墨、铁合金等)时，对电磁波具有衰减作用，测定距离和效果受到影响

被测定介质介电常数不能过小，<； 1.5无法测量。

循环水过滤系统采用80GHz高频雷达液位计，贯穿泡沫结露，无死角，测量双线仪表，设置方便，无需现场维护。 高焦点的雷达束不限于设置高度，发射角达到30，能够适应1.2m深cp100mm的孔，能够不下沉地设置。 但泡沫过多会影响测量精度，需要定期清理泡沫，改善测量环境。 图8是雷达液位计的实际回波曲线。 雷达液位计的回波曲线平滑稳定，能很好地适应设置环境。

图a雷达液位计回波曲线

4结语

液位计是循环水过滤系统正常运行不可缺少的部分，测量的稳定性取决于核电站的稳定运行。 在仪表设计选型中，必须充分考虑仪表的测量原理和测量特性，避免环境因素造成的测量误差和故障。 根据雷达式液位计和超声波液位计的测量原理，测量环境也存在不同的要求，仪表选型考虑到各种影响因素，根据实际应用中的各种问题更换仪表选型。 液位计的种类很多，只有符合测量环境的才是液位计。

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