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0、引言
在福清一期核電廠建設中，液位測量儀表的正確應用與否影響著核電廠安裝工作能否順利進行及調(diào)試工作能否順利開展。通過在福清一期核電現(xiàn)場6個月的現(xiàn)場工作實踐，整理歸納了液位儀表在核電廠的類型，并且通過具體問題的處理．闡述了液位儀表在應用中應該注意的問題。液位儀表在不斷的改進和創(chuàng)新，在國家推進第三代堆型的政策中，緊跟第三代核電技術中液位測量的新特點，探索將導播雷達液位計應用在核電廠中。證明其*性，為核電廠建設過程中選擇可靠、準確的液位測量儀表提供有力的參考。
1、液位儀表的原理、特點及用途
核電廠大多數(shù)液位儀表測量的基本原理是利用浮力定律．通過測量漂浮于被測液位上的浮球隨液位變化產(chǎn)生的位移，或利用沉浸在被測液體中的浮筒所受浮力與頁面位置的關系來檢測液位。前者一般稱作恒浮力式檢測，其中包括浮標式、浮球式和磁翻板式，后者一般稱作變浮力式。
核電廠中主要涉及的液位儀表包括：外浮筒液位開關、頂裝浮子液位開關、側裝浮球液位開關、磁翻板液位計和沉筒式液位變送器。
1．1 頂裝浮子液位開關
頂裝浮子液位開關的工作原理基于浮力原理，即彈簧被重于液體的浮子加載，浮子浸沒在液體中時，浮力產(chǎn)生變化，致使彈簧向上移動。彈簧僅在液位移動到浮子上時移動，因此彈簧移動始終是浮子移動的一小部分。彈簧上端連接有一個磁套管。該磁套管在非磁性的隔離管的范圍內(nèi)移動。彈簧移動導致磁套管吸引裝在軸上的磁鐵，使位于隔離管外的開關機構動作。
頂裝浮子液位開關結構簡單，安裝方式(為標準法蘭安裝)和維修方便，儀表纜繩長度可調(diào)，可滿足多種液位設定點的要求。在福清核電廠中，此類儀表主要用來測量地坑或乏燃料水池的液位，尤其是在測量乏燃料水池液位時，其纜繩長度大于12 m，滿足了設定點的要求，同時又可使儀表表頭安裝在7層平臺上，便于維修。
1．2 側裝浮球液位開關
液位開關通過附著在浮球組件上的磁鐵及其與簧片開關的磁力互相作用，實現(xiàn)開關動作并發(fā)出開關量信號。隨著液位發(fā)生變化．浮球發(fā)生位移，導致浮球磁鐵移動。浮球磁鐵靠近簧片開關。使開關改變狀態(tài)，接通或斷開電流。
這種液位開關安裝空間小，檢修維護方便，在核電廠主要用于控制儲罐的液位，如RRA系統(tǒng)儲罐液位。
1．3 磁翻板液位計
磁翻板液位計是根據(jù)磁極耦合原理、浮力定律、連通器原理，巧妙地結合機械傳動的特性而開發(fā)的液位測量儀表。磁翻板液位計通過法蘭或承插焊方式與液位儲罐連接，儲罐內(nèi)液位的高低變化將帶動含有*磁鐵的浮子上下移動。在液位計測量管的外表面安裝有磁翻板。磁翻板的兩面分別是不同的顏色。隨著浮子的上下移動，介質中浮子內(nèi)的永磁鐵的磁場將會導致磁翻板翻轉，改變磁翻板的顯示顏色，從而體現(xiàn)儲罐內(nèi)液位。磁翻板液位計讀數(shù)清晰直觀，指示部分與測量部分*隔離，易于維修，測量范圍廣。在核電廠中磁翻板液位計用于測量大型儲罐的液位，如DX廠房的柴油機主儲油罐的測量范圍長達5 m的儲油罐液位。磁翻板液位計也可配置液位變送裝置，輸出4～20 mA信號，以實現(xiàn)對現(xiàn)場液位的遠程監(jiān)測和控制。
1．4 沉筒式液位變送器
沉筒式液位變送器的測量元件是圓柱型沉筒，沉筒懸掛在杠桿上，杠桿另一端架在一個支點上，并與扭力管連接。當掛沉筒一端的杠桿上下移動時，架在支點上面一端的杠桿繞支點旋轉，帶動扭力管旋轉，扭力管輸出一個轉角 給表頭。這個轉角帶動表頭中的霍爾磁鋼感應器的磁鋼運動。根據(jù)霍爾效應電壓作出相應變化，輸出電壓通過轉換電路轉變?yōu)?～20 mA的電流信號 。
沉筒液位變送器測量精度高，兼具有現(xiàn)場指示和遠程監(jiān)測的功能，用于RPE008MN、RPE015MN 和RPE003BA罐的測量。
2、核電現(xiàn)場液位儀表的安裝
核電廠液位測量儀表主要有測量連續(xù)量的液位變送器和液位開關兩種。
2．1 沉筒式液位變送器的安裝
福清核電廠沉筒式液位變送器的安裝方式為頂裝，與所測設備之間用法蘭連接。在安裝中主要考慮的是儀表法蘭的標準規(guī)格，包括法蘭尺寸、承壓等級、材質等。儀表及儀表架的安裝高度根據(jù)測量的液位的標高要求確定，沉筒的長度根據(jù)液位的測量范圍要求確定。
2．2 液位開關的安裝
液位開關的作用是當液位上升或下降到液位設定點時．液位開關發(fā)出開關量信號產(chǎn)生控制或報警命令。
因此液位開關的安裝位置與液位設定值緊密相關。核電廠中液位開關頂裝和側裝方式占有很大比例。頂裝式液位開關主要測量電廠內(nèi)地坑的液位，一般為法蘭安裝在儀表架上，安裝時需要考慮儀表的法蘭面距離設定值的長度。側裝浮球液位開關在現(xiàn)場用于儲罐液位的控制，為法蘭安裝在儲罐側面，其安裝高度取決于液位設定值。同時浮球頂部到法蘭面的連桿長度要小于儲罐的直徑．且在罐內(nèi)要滿足發(fā)出信號所需的連桿的活動角度，避免與儲罐發(fā)生碰撞。
以上兩種方式的液位開關在安裝時，除了滿足工藝設定點的要求外，還要注意過程接口的選擇。法蘭安裝的儀表需要注意儀表法蘭的標準規(guī)格，包括法蘭尺寸、承壓等級、材質等；承插焊安裝的儀表要注意材質與被測設備相配。
3、現(xiàn)場發(fā)生的安裝問題與對策
3．1 頂裝液位開關
液位開關的安裝與工藝設定值緊密相關。在1 RX廠房R147房間有核島排氣和疏水系統(tǒng)(RPE)的儀表RPE006SN、RPE007SN。儀表設計安裝標高(elevationlevel，EL)為一3 210 mm，儀表RPE006SN、RPE007SN的儀表架編號分別為RPE204CQ和RPE205CQ，儀表的支架支撐為1S018，地面標高為一3 500 mm，1S018的高度為610 mm。因為儀表支架高度為610 mm，導致儀表的安裝標高超出了一3 210 mm的安裝標高要求。具體儀表管道布置圖中的儀表安裝標高如圖1所示。
這個問題主要是選用的儀表在儀表架上安裝的高度過高引起的。解決方式為修改儀表架，降低儀表的安裝高度?，F(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，只能適當降低安裝板在儀表架上的位置，而如果過度降低，將出現(xiàn)安裝板下邊緣超出儀表架框架或者出現(xiàn)螺栓孔開在焊縫上的情況。對此，查看儀表資料，可以通過延長纜繩長度的方法來降低儀表架。
3．2 側裝液位開關
側裝液位開關主要是測量儲罐液位。液位開關的浮球與連桿長度應該小于所測儲罐的內(nèi)徑長度，如果出現(xiàn)大于的情況，則浮球將會碰到儲罐而無法工作。在嶺澳二期現(xiàn)場曾發(fā)現(xiàn)RRA033SN等儀表出現(xiàn)類似問題，連桿與浮球長度之和為275 mm，但是所測量的儲罐內(nèi)徑為255 mm，發(fā)生了儀表浮球與儲罐碰撞的情況，無法實現(xiàn)測量。因此．在進行液位開關選型安裝時，要注意浮球與連桿的長度?，F(xiàn)場如果發(fā)現(xiàn)選型出現(xiàn)問題．需將連桿割掉一節(jié)。然后再用氬弧焊焊接。
4、液位測量方式的新探索
在消化吸收第三代核電技術AP1000時發(fā)現(xiàn) 隨著安全要求的提高、測量技術的更新，需要在核電廠液位測量中應用工作更加穩(wěn)定、測量精度更高的儀表。
AP1000堆型中液位測量儀表絕大部分采用了既可進行連續(xù)測量也可進行閾值比較輸出開關量的液位變送器，如雷達液位計。在此次福清一期核電廠液位儀表選型過程中，我們也大膽探索，將此類新型測量方式儀表使用在目前的二代加堆型上。
4．1 方案的選擇
在福清一期項目非核級液位變送器選型過程中．9ASG003MN和9ASG006MN原準備選用沉筒液位計。但是同類型已運行核電廠反饋情況和廠家澄清情況表明，沉筒液位變送器測量效果并不能很好地滿足測量要求，參考電站反映儀表體積較大，不便于安裝、校驗，承壓部件易疲勞和產(chǎn)生故障。因此，有必要選用其他產(chǎn)品進行替代。根據(jù)兩塊儀表所在工況．通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，導波雷達液位計可以更加可靠、穩(wěn)定地滿足測量要求。
福清一期核電廠項目9ASG003MN和9ASG006MN選型方案zui終采用導波雷達液位變送器。對選擇此方案的分析如下。
導波雷達液位計的工作原理是基于電磁波的時域反射原理，電磁波發(fā)生器產(chǎn)生一個沿探測桿向下傳送的電磁脈沖波。當電磁脈沖遇到比先前傳導介質(比如空氣)介電常數(shù)大的液體表面時，脈沖波會被反射。通過超高速計時電路計算脈沖從發(fā)射到反射的時間差，從而計算出液位。
通過調(diào)研總結可知，導波雷達液位計具有如下優(yōu)點：① 成本相對于采用扭力管技術的沉筒液位變送器低 ；② 發(fā)射的電磁波是恒定的，不需要進行現(xiàn)場校驗，也不需要通過遷移來改變儀表量程．可以在沒有液位的情況下在幾分鐘內(nèi)完成組態(tài)；③安裝方式多樣．可以使用螺紋和法蘭連接。安裝部位可以選擇頂裝或者側裝，這些都有利于現(xiàn)場的安裝與檢修維護：④沒有會被磨損和破壞的機械運動部件。
儀表的各項參數(shù)是儀表測量優(yōu)劣、適用工況的決定條件。參考電站的選型方案與現(xiàn)在的選型方案比較如表1所示。由表1可以看出．導波雷達液位計測量精度高，儀表工作電壓范圍為當今主流范圍，工作電壓范圍寬，儀表zui高可承受的工作溫度滿足福清一期項目ASG006MN設計溫度的要求。結合前述導波雷達的優(yōu)點，證明選用導波雷達液位計的測量方案符合設計要求，優(yōu)于沉筒液位變送器的測量方案。
4．2 儀表的安裝
導波雷達液位計的安裝方式大致分為頂裝和側裝兩種 。側裝式需要外置測量筒，導波桿頂裝在測量筒的上端，測量筒再與容器連接。一般測量筒的上下接液口的距離就是設計要求的測量范圍。液位變送器能否準確測量依賴于反射波的信號。因此，安裝時應注意以下幾點：①探頭天線的軸線應與液位的反射表面垂直；② 對液位波動較大的容器的液位測量，需采用附帶測量筒來進行測量，以減少液位波動的影響；③導波管內(nèi)壁一定要光滑．清潔度好：④不可裝在圓型或橢圓型的容器頂?shù)闹行奶帲駝t雷達波在容器壁多重反射后，匯集于容器頂?shù)闹行奶?，形成很強的干擾波，會影響測量的準確性。
根據(jù)上述安裝注意問題．同時根據(jù)福清一期項目中設備接液口為側開口．安裝方式選擇為側裝．測量筒通過法蘭與被測設備9ASG002BA相連，法蘭遵照ANSI標準選擇，導波雷達液位計通過螺紋連接到測量筒。安裝后滿足設計及測量要求。
