背景：71700承擔(dān)著反應(yīng)堆廠(chǎng)房?jī)?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(lèi)水先匯集到相應(yīng)區(qū)域的地坑，到達(dá)一定量后坑內(nèi)的液位開(kāi)關(guān)動(dòng)作啟動(dòng)疏水泵將水排出。71700系統(tǒng)使用的是Q*型浮球液位開(kāi)關(guān)，靠自身重力懸掛于地坑壁附近，一個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)一個(gè)液位控制點(diǎn)，當(dāng)水位上升到該高度，開(kāi)關(guān)浮起翻轉(zhuǎn)，里面的觸點(diǎn)動(dòng)作。單個(gè)地坑多有低/低、低、高、高/高、很高液位控制/報(bào)警五個(gè)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(kāi)關(guān)工作環(huán)境惡劣，故障率高。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，20002007年間，秦三廠(chǎng)兩臺(tái)機(jī)組71700系統(tǒng)共發(fā)生因浮球開(kāi)關(guān)故障引起的缺陷132次，廠(chǎng)房和設(shè)備被水淹33次，更換浮球105個(gè)。 DWV壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
浮球開(kāi)關(guān)故障原因有:球體與導(dǎo)線(xiàn)結(jié)合處密封不好，球體進(jìn)水，導(dǎo)致內(nèi)部開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)浸泡、污損;不同高度液位開(kāi)關(guān)導(dǎo)線(xiàn)相互纏繞，球體無(wú)法翻轉(zhuǎn);球體被導(dǎo)線(xiàn)與地坑壁夾住無(wú)法翻轉(zhuǎn);球體內(nèi)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)失效，無(wú)法觸發(fā)或復(fù)位;開(kāi)關(guān)接線(xiàn)盒位于地面上，內(nèi)部端子易銹蝕，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)虛假信號(hào)。FQ300型浮球液位開(kāi)關(guān)可靠性低，影響了71700系統(tǒng)功能，須進(jìn)行改造。
2方案選擇
工作原理見(jiàn)圖1。靜壓式也稱(chēng)為投入式，將測(cè)量元件放入容器底部，介質(zhì)產(chǎn)生的靜壓造成測(cè)量元件
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(jī)(變送器)，被轉(zhuǎn)換為4-20mA. 0-SVdc等輸出信號(hào)。
可行性分析。
投入式液位計(jì)安裝方便，不受安裝空間大小影響，但由于測(cè)量元件長(zhǎng)期埋在底部，對(duì)其密封性和耐腐蝕性要求高，且測(cè)量膜片要保持清潔，如果被泥沙掩埋則無(wú)法正確測(cè)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(cè)量元件易被掩埋;同時(shí)在地坑進(jìn)水和排水過(guò)程中測(cè)量元件在水中搖晃，會(huì)導(dǎo)致連接纜磨損或者膜片碎裂。
結(jié)論:靜壓式液位計(jì)適合較干凈、整體較平穩(wěn)的介質(zhì)液位測(cè)量，不適合71700系統(tǒng)使用。
2.2超聲波液位計(jì)
工作原理見(jiàn)圖2。
非接觸式，探頭從被測(cè)介質(zhì)頂部發(fā)射超聲波脈沖(35}70kHz)，達(dá)到被測(cè)介質(zhì)表面后被反射回來(lái)，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(shí)間與探頭到被測(cè)介質(zhì)表面的距離成正比，經(jīng)處理后液位計(jì)輸出相應(yīng)電信號(hào)。
可行性分析。超聲波液位計(jì)采用非接觸式測(cè)量，安裝/調(diào)試簡(jiǎn)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(méi)有障礙。71700系統(tǒng)地坑中有金屬格柵板、排水管、潛水泵及線(xiàn)纜，且地坑邊/徑通常不大，地坑壁的回波會(huì)干擾正常的測(cè)量。超聲波探頭還有一共性不足:當(dāng)氣溫、濕度變化時(shí)，水汽會(huì)在探頭表面凝結(jié)，造成聲波無(wú)法正常發(fā)射、接收而影響測(cè)量。
結(jié)論:超聲波液位計(jì)適用于敞口池、水處理等液位測(cè)量，不適合71700系統(tǒng)使用。
2.3導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)
DWV壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
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(cè)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(shí)間與探頭到被測(cè)介質(zhì)表面的距離成正比，經(jīng)處理后液位計(jì)輸出相應(yīng)電信號(hào)。
圖3導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)工圖4導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)安裝示
作原理可行性分析。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn):發(fā)射、測(cè)量、傳感元件全都在表頭中，鋼纜只作為天線(xiàn)傳導(dǎo)雷達(dá)波，不存在如靜壓式液位計(jì)因泥沙掩埋損壞元件、儀表的問(wèn)題;微波沿著鋼纜發(fā)射，覺(jué)對(duì)精度可以達(dá)到5mm，不會(huì)發(fā)生如超聲波液位計(jì)由于虛假回波引起測(cè)量錯(cuò)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(cè)量。
結(jié)論:導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)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(dá)液位計(jì)須滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)控制需要，同時(shí)工作電源、安裝方式應(yīng)就地取材，盡可能不改變?cè)性O(shè)計(jì)和布置，具體要求:實(shí)現(xiàn)五個(gè)液位設(shè)定點(diǎn)測(cè)量和報(bào)警;開(kāi)關(guān)信號(hào)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(hù)方便、可靠性高。經(jīng)對(duì)比，終選用某品牌智能儀表，由液位測(cè)量探頭、信號(hào)處理器(帶顯示，輸出低/低、低、高、高/高液位開(kāi)關(guān)量)和報(bào)警模塊(輸出很高液位報(bào)警)，安裝示意見(jiàn)圖40
4安裝與調(diào)試
4.1安裝
探頭:安裝于原浮球開(kāi)關(guān)線(xiàn)纜貫穿孔位置一地坑蓋板中央(見(jiàn)圖5)，通過(guò)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(pán)。頭輸出接線(xiàn)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(hào)處理器提供，輸出4-20mA電流信號(hào)。
信號(hào)處理器:就地儀表箱如有空間，則將信號(hào)處理器安裝其中;若沒(méi)有空間，則加裝單好的儀表箱，進(jìn)出線(xiàn)纜均走保護(hù)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(cè)量信號(hào)，輸出的四路開(kāi)關(guān)信號(hào)接入控制回路的相應(yīng)位置。
報(bào)警模塊:與信號(hào)處理器串聯(lián)安裝在同一儀表箱里(見(jiàn)圖6)，將探頭的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)量，送主控室實(shí)現(xiàn)很高液位報(bào)警功能。
4.2調(diào)試
探頭見(jiàn)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(guò)測(cè)量探頭與水面距離D,換算出積水深度L=h-D ; s為滿(mǎn)液位深度，已知常數(shù);就探頭測(cè)量距離D:當(dāng)0液位時(shí)，即L=0, D (0)=h;當(dāng)滿(mǎn)液位時(shí)，即L=s, D (100%) =h-s。將D (0)和D (100%)兩個(gè)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(hào)。圖7測(cè)量液位計(jì)算
信號(hào)處理器帶顯示及四路開(kāi)關(guān)輸出功能:顯示設(shè)置。輸入4^-20mA信號(hào)，將顯示設(shè)置為相應(yīng)的地坑液位深度，如0^-5米;開(kāi)關(guān)設(shè)置。將原液位報(bào)警值折算成相應(yīng)百分比，如30%0
以上設(shè)置通過(guò)處理器上按鍵操作即可。
報(bào)警模塊:模擬輸入很高報(bào)警液位相應(yīng)的電流信號(hào)，調(diào)節(jié)設(shè)定值旋鈕。
5效果評(píng)測(cè)
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)集成化、模塊化程度高，安裝、設(shè)定簡(jiǎn)單;探頭外殼為不銹鋼，全密封設(shè)計(jì)，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(kāi)關(guān)于2008年完成改造，至今導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)未發(fā)生過(guò)因自身問(wèn)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(jìn)水過(guò)多，地坑積水可能會(huì)漫到/過(guò)探頭，探頭被掛上雜質(zhì)，發(fā)生后對(duì)探頭進(jìn)行清理即可。另，探頭可連接計(jì)算機(jī)，通過(guò)組態(tài)軟件檢查反射波曲線(xiàn)，對(duì)判斷干擾源提供了有效手段。在日常維護(hù)中，可以用裝有組態(tài)軟件的PC機(jī)遠(yuǎn)程觀(guān)察反射波曲線(xiàn)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)。基于設(shè)備可靠性高、免維護(hù)等特點(diǎn)，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在方家山、三門(mén)、大亞灣等核電機(jī)組中都有較廣泛應(yīng)用。
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