導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器在核電廠中的應(yīng)用

[摘要]液位測(cè)量是核電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中重要組成部分。為了適應(yīng)核電廠液位測(cè)量的發(fā)展,需合理選擇液位儀表。通過(guò)對(duì)在運(yùn)核電廠液位儀表原理的分析,總結(jié)出了導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器在核電廠的用途、選型、安裝等應(yīng)用中應(yīng)該注意的問(wèn)題,對(duì)后續(xù)項(xiàng)目導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。
1引言
　　核電廠汽水分離再熱器疏水系統(tǒng)使用的是Magnetrol導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器測(cè)量疏水罐液位,進(jìn)而控制疏水罐水位。與“頂裝”式安裝不同的是核電廠采用了“側(cè)裝”的安裝方式，即探桿和表頭分開(kāi),中間通過(guò)使用延伸電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。探桿安裝在與疏水罐底部連通的測(cè)量筒內(nèi)探測(cè)實(shí)際水位,表頭固定在測(cè)量筒附近地面的地樁.上，側(cè)裝的優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)在線檢修。
2導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的原理及特點(diǎn)
2.1導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的原理
　　導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器采用了TDR時(shí)域反射原理，即通過(guò)傳感器電路板件發(fā)生器發(fā)射一個(gè)電磁脈沖波，電磁波沿著延伸電纜傳播到導(dǎo)波桿并沿著導(dǎo)波桿向下傳送的，當(dāng)遇到比當(dāng)前的傳導(dǎo)介質(zhì)(例如空氣、蒸汽等)介電常數(shù)更大的液體表面時(shí),脈沖會(huì)被反射(其中小部分能量會(huì)繼續(xù)往下傳播),用超高速計(jì)時(shí)電路可正確地測(cè)量出脈沖波的傳導(dǎo)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的準(zhǔn)確測(cè)量。
　　根據(jù)麥克斯維電磁場(chǎng)理論，當(dāng)兩根同級(jí)的導(dǎo)線相距很近的時(shí)候.會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)同時(shí)會(huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。這種可變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替?zhèn)鬏數(shù)牟ū环Q(chēng)之為電磁波。電磁波的物理特性為:從介質(zhì)1傳輸?shù)浇橘|(zhì)2,如果介質(zhì)2的介電常數(shù)大于介質(zhì)1的介電常數(shù)時(shí)，電磁波會(huì)在介質(zhì)2的表面上被反射。通過(guò)超高速計(jì)時(shí)電路測(cè)量從電磁波發(fā)射到反射的時(shí)間差△T，雷達(dá)頂部到液面的距離S=V*△T/2.如果罐子的高度為H,那么液位L=H-S。雷達(dá)測(cè)量脈沖為250K/s,即每隔4us發(fā)射一個(gè)脈沖。
由于空氣和蒸汽的介電常數(shù)不同，電磁波在蒸汽中的傳.播速度比空氣慢,高溫高壓水的
　　水位上部是高溫高壓蒸汽。假設(shè)蒸汽工況條件下，如果采用空氣中的速度V來(lái)計(jì)算液位，根據(jù)原理公式L=H-S=H-V*△T/2,因?yàn)镾=V*△T/2比實(shí)際值偏大，計(jì)算出來(lái)的液位值將比實(shí)際液位值的偏小(根據(jù)經(jīng)驗(yàn)如量程為1000mm,測(cè)量值比實(shí)際值將小100mm,誤差在10%)。因此需要實(shí)時(shí)測(cè)量液位上部空間的電磁波實(shí)際傳播速度進(jìn)行重新計(jì)算，此技術(shù)成為蒸汽補(bǔ)償技術(shù)。
2.2導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的特點(diǎn)
　　蒸汽補(bǔ)償技術(shù)一就是計(jì)算實(shí)際蒸汽工況條件下的電磁波速度以正確測(cè)量實(shí)際液位。導(dǎo)波桿頂部密封層有個(gè)凹槽,稱(chēng)為基準(zhǔn)點(diǎn),基準(zhǔn)點(diǎn)以下約5英寸處有個(gè)蒸汽補(bǔ)償結(jié)構(gòu),稱(chēng)為參考點(diǎn)。變送器發(fā)射參考脈沖波,變送器內(nèi)部的超高速計(jì)時(shí)電路將計(jì)算參考脈沖波從發(fā)射基準(zhǔn)點(diǎn)到參考點(diǎn)的傳導(dǎo)時(shí)間△T',這樣計(jì)算出實(shí)際蒸汽工況條件下的電磁波速度V'=2L'/△T'，實(shí)際的液位值將是L=H-S=H-V'*△T/2=H-L'*△T/△T'，這樣計(jì)算出實(shí)際蒸汽工況條件下的真實(shí)液位。實(shí)際上，即使在同一工況，高溫蒸汽的物理參數(shù)發(fā)生變化時(shí),也不會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性.因?yàn)檠a(bǔ)償功能是就地的、即時(shí)的。該技術(shù)保證在不同工況下測(cè)量值的真實(shí)性。
　　防蒸汽滲透技術(shù)一防蒸汽滲透技術(shù)同樣也是專(zhuān)利的、獨(dú)有的。核電廠中加熱器的水及蒸汽在含氨堿性環(huán)境下,0型圈的材料采用AegisPF128，其他材料將導(dǎo)致腐蝕或泄漏;散熱層采用了適合飽和蒸汽條件的氧化鋁PEEK(高溫塑料)為絕熱材質(zhì)，導(dǎo)波桿的散熱器電磁波傳輸部分采用了黃金材料;導(dǎo)波桿的結(jié)構(gòu)材料和焊接工藝必須符合ANSIB31.1標(biāo)準(zhǔn)。
3核電現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的安裝
3.1安裝注意事項(xiàng)
　　導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的安裝方式大致分為頂裝式和側(cè)裝式兩種。側(cè)裝需要外置測(cè)量筒，導(dǎo)波桿頂裝在測(cè)量筒的上端，測(cè)量筒再與容器連接。一般測(cè)量筒的上下接液口的距離就是設(shè)計(jì)要求的測(cè)量范圍。液位變送器能否準(zhǔn)確測(cè)量依賴(lài)于反射波的信號(hào)。因此,安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①導(dǎo)波雷達(dá)液位變送.器天線的軸線應(yīng)與液位的反射表面垂直。②罐內(nèi)的攪拌閥、罐壁的黏附物和階梯等物體,如果在雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)范圍內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生干擾的反射波,影響液位測(cè)量。③液位計(jì)的導(dǎo)波桿要伸出安裝孔，安裝孔的長(zhǎng)度不能超過(guò)100mm。對(duì)于圓型或橢圓型的容器，應(yīng)裝在離中心為1/2R(R為容器半徑)距離的位置，不可裝在圓型或橢圓型的容器頂?shù)闹行奶?，否則雷達(dá)波在容器壁的多重反射后,匯集于容器頂?shù)闹行奶?形成很強(qiáng)的干擾波。④對(duì)液位波動(dòng)較大的容器的液位測(cè)量,可采用附帶旁通管的液位計(jì),以減少液位波動(dòng)的影響。
3.2接線方式
　　所有HART版的Model705變送器的工作電壓為11~36VDC,過(guò)高的電壓將損壞表頭。電源和變送器之間的接線采用18~22AWG的屏蔽二芯計(jì)算機(jī)電纜。變送器的表殼內(nèi)可以完成接線和接地。接線方式取決于應(yīng)用場(chǎng)合:通用或阻燃型、本安型、隔爆型。
3.2.1通用或阻燃型
　　通用安裝不存在可燃?xì)怏w。阻燃場(chǎng)合只有在非正常情況下才會(huì)有可燃?xì)怏w。不需要使用特別的電氣接頭。通用或阻燃型接線步驟:①穿入電源線;②將屏蔽在電源斷接地;③將地線接入最近的綠色接地螺絲;④連接正負(fù)極。
3.2.2本安型
　　本安型安裝在存在可燃?xì)怏w的場(chǎng)合。在安全區(qū)域必須安裝安全柵。
　　本安型接線步驟:①確認(rèn)在安全區(qū)域已正確安裝安全柵。完成至Eclips的安全柵的接線;②穿入電源線;③將屏蔽在電源斷接地;④將地線接入最近的綠色接地螺絲;⑤連接正負(fù)極。
3.2.3隔爆型.
　　隔爆型用于危險(xiǎn)性場(chǎng)合，含有易燃性氣體或者有爆炸可能。變送器必須使用防爆接頭。
　　隔爆型接線步驟:①?gòu)陌踩珔^(qū)域至Eclips的電氣接線口，安裝防爆接線;②穿入電源線;③將屏蔽在電源斷接地:④將地線接入最近的綠色接地螺絲;⑤連接正負(fù)極。
3.3參數(shù)設(shè)置
①變送器可選裝-一個(gè)二行8位的液晶顯示。變送器的測(cè)量值和設(shè)置菜單都可以在LCD上顯示。②變送器的缺省顯示是測(cè)量值。每5秒鐘輪流顯示STATUS,LEVEL,%OUTPUT以及LOOP信息(Fieldbus版本則是LEVEL,%OUTPUT和STATUS)。如果5分鐘沒(méi)有按任何鍵,變送器將自動(dòng)缺省顯示以上信息。③鍵盤(pán)有三個(gè)箭頭,用于切換顯示和進(jìn)行設(shè)置。分別是Up箭頭和Down箭頭和Enter鍵。Eclips采用密碼保護(hù)某些影響系統(tǒng)操作的菜單結(jié)構(gòu)中的重要部分。只有正確的密碼輸入，上行顯示的最后會(huì)顯示一一個(gè)驚嘆號(hào)。密碼可以設(shè)置最大255的任何數(shù)值。無(wú)論何時(shí)要改變?cè)O(shè)置值都需要密碼。出廠時(shí)的缺省密碼是0。設(shè)置菜單的最后-步，可以設(shè)置新的密碼。如果密碼為0,密碼保護(hù)則不生效,除了診斷以外的數(shù)值都可以無(wú)需密碼進(jìn)行修改。
4使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題與對(duì)策.
　　統(tǒng)計(jì)核電機(jī)組導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器在使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障及處理措施,其中:①處理Nosignal、weaksignal問(wèn)題,調(diào)高導(dǎo)波雷達(dá)靈敏度。對(duì)于705系列導(dǎo)波雷達(dá)故障信息為“NoSignal"和“WeakSignal”的故障模式，可通過(guò)調(diào)整靈敏度消除故障。所以核電站所使用的導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器靈敏度統(tǒng)一調(diào)整為194;②核電站現(xiàn)場(chǎng)所使用的多個(gè)導(dǎo)波雷達(dá)出現(xiàn)固定卡子損壞問(wèn)題,在后續(xù)工作中會(huì)統(tǒng)一升級(jí)為7MQ系列固定卡子。
針對(duì)核電站GSS疏水罐液位計(jì)支撐件斷裂問(wèn)題，Magnetrol供應(yīng)商經(jīng)過(guò)分析之后，認(rèn)為根本原因是流體介質(zhì)堿性值偏高和高溫共同作用所致;所以將支撐件更換為鋁合金材質(zhì)可解決該問(wèn)題。
5結(jié)論
　　詳細(xì)講解了導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的原理以及特點(diǎn)，根據(jù)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器在核電廠中的實(shí)際應(yīng)用,總結(jié)出了導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的安裝、參數(shù)設(shè)置、調(diào)試的方法,以及在使用過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題和應(yīng)對(duì)策略,對(duì)后續(xù)機(jī)組或者是其他電廠中導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的使用具有一定的指導(dǎo)意義。