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新聞詳情
自?xún)x公司雷達液位計在福清核電的應用及改進(jìn)方法。來(lái)源：上海自動(dòng)化儀表作者：上海自動(dòng)化儀表儀表股份有限公司
液位儀表測量是核電站自動(dòng)控制系統中的重要組成部分。上海自?xún)x導波雷達液位計基于電磁波時(shí)域反射( TDＲ) 原理，具有受環(huán)境影響小、測量精度高等特點(diǎn)。導波雷達液位計作為一種新型的液位測量手段，已經(jīng)在核電領(lǐng)域有了廣泛的應用，但是在其應用過(guò)程中也遇到了一定的問(wèn)題。針對福清核電汽水分離再熱系統疏水箱液位計頻繁出現的支撐件破碎、密封失效以及蒸汽補償漂移等問(wèn)題，進(jìn)行了原因分析并給出了解決措施。通過(guò)對導波雷達液位計的改造，使得導波雷達液位計在核電高溫蒸汽系統中得到了應用，提高了汽水分離再熱疏水液位測量的可靠性，保障了機組運行安全。該研究對推動(dòng)導波雷達液位計在蒸汽系統中應用提供有力支持，對導波雷達這種新型液位計未來(lái)在更多測量環(huán)境中的應用起到了積極作用。 引言 上海自?xún)x導波雷達液位計作為一種新興的液位測量?jì)x表，克服了傳統儀表的不足，在核電廠(chǎng)的應用逐漸增多。但導波雷達液位計在高溫高壓蒸汽系統使用時(shí)，還存在一些不足，導致系統液位測量失真［1］。汽水分離再熱系統是核電廠(chǎng)汽輪機的重要輔助系統，主要應用于汽輪機運行期間，通過(guò)控制進(jìn)入二級再 熱管束的蒸汽量，對高壓缸排氣進(jìn)行除濕和再熱，使進(jìn)入低壓缸的蒸汽有一定的過(guò)熱度。其應用改善了汽輪機低壓缸的工作條件，提高了汽輪機的相對內效率，減少了濕蒸汽對汽輪機零部件的刷蝕。在福清 1 ～ 4 號機組調試及運行期間，汽水分離再熱系統二級疏水箱液位計多次出現故障，如液位計探桿泄漏、測量失效等。針對二級疏水箱液位計問(wèn)題，采用新型測量方案，對汽水分析再熱系統二級疏水液位測量作優(yōu)化改進(jìn)。 1 雷達物位計測量原理及特點(diǎn) ( 1) 雷達液位計的工作原理。 導波雷達液位計基于電磁波時(shí)域反射原理［2］，由電磁波發(fā)生器發(fā)射一個(gè)電磁脈沖信號發(fā)射到導波體上，以導波體作為信號的傳輸載體。當遇到被測介質(zhì)表面時(shí)，部分信號被反射形成回波并沿相同路徑返回脈沖發(fā)射裝置。發(fā)射裝置與被測介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時(shí)間成正比，測量發(fā)射與反射脈沖［3］。導波雷達液位計測量原理如圖 1 所示。  雷達液位計測量原理圖 ( 2) 雷達液位計的測量特點(diǎn)。 ①電磁波信號沿導波桿傳輸可消除假回波信號，減少信號丟失。 ②整個(gè)測量裝置無(wú)活動(dòng)部件，無(wú)機械磨損。 ③安裝調試方便。 ④不受介質(zhì) 密度變 化 的 影 響 ( 但 是 需 要 單 一 介質(zhì)) 。 ⑤使用與高溫、高壓的物位測量。 2 現有設計缺陷導致測量不穩定的原因分析 核電廠(chǎng)二回路液位控制是核電廠(chǎng)重要的控制系統之一，其測量環(huán)境需考慮真空、高溫、泡沫等多方面因素。傳統液位儀表因其固有原理，無(wú)法通過(guò)自身技術(shù)的改進(jìn)來(lái)消除誤差。故本文采用了導波雷達液位計［4］。但在機組運行過(guò)程中，汽水分離再熱系統原有導波雷達液位計導波桿的支撐件會(huì )破碎，支撐件碎片會(huì )進(jìn)入到二回路系統中，形成異物，危及機組安全［5］。同時(shí)，導波桿內支撐件破碎后，因振動(dòng)、沖擊等因素會(huì )導致導波桿觸碰到水位測量筒，使液位測量產(chǎn)生跳變，存在汽水分離再熱系統二級隔離風(fēng)險。受制于現場(chǎng)使用條件，汽水分離再熱器二級疏水箱內充滿(mǎn)飽和蒸汽。蒸汽是極性氣體，即蒸汽的介電常數會(huì )根據環(huán)境的壓力、溫度而改變。介電常數的變化會(huì )影響電磁波的傳播速度。波速度公式為&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 由式( 1) 可見(jiàn)，當介質(zhì)的介電常數變化，則波速度會(huì )隨之變化。由于電磁波在不同介質(zhì)中的傳輸速度不同，比如在空氣中的傳輸速度比在蒸汽中傳輸速度大，因此 汽 水 分 離 再 熱 系 統 ( gas-liquid seperate system，GSS) 二級疏水箱液位計選用的都是蒸汽型導波雷達液位計［7］。 經(jīng)統計，在功率運行期間，汽水分離再熱系統二級液位計共計出現缺陷 91 項。其中，導波雷達液位計漏汽缺陷共計 38 項，二級疏水箱液位計偏差大共計 46項，因儀表故障導致通道測量不可用共計 7 項。 ③液位計冷熱態(tài)工況，液位測量出現偏差。液位計大修冷態(tài)調試時(shí)，3 支液位計偏差小于 20 mm。但汽輪機沖轉并網(wǎng)后，因系統溫度上升，3 支液位計偏差會(huì )達到 100 mm。在機組運行時(shí)間長(cháng)后，液位計偏差也會(huì )逐漸增加，導致偏差超過(guò) 100 mm。處理方式: 目前只能在熱態(tài)后，對偏差大液位計進(jìn)行修正。機組功率運行后，每周定期巡檢方式，檢查液位計偏差，并及時(shí)進(jìn)行修正。 3 改進(jìn)方案 3． 雷達液位計支撐件改進(jìn) 原汽水分離再熱系統二級導波雷達液位計采用PEEK 支撐件，同時(shí)也作為探桿隔熱材料。PEEK 是芳香族結晶型熱塑性高分子材料。PEEK 玻璃化轉變溫度為 143 ℃ ，其熔點(diǎn)為 334 ℃ 。這種材料耐抗有機和水環(huán)境，具有優(yōu)良的化學(xué)性、熱穩定性和抗氧化性。目前，應用汽水分離再熱系統二級疏水箱實(shí)際運行溫度為 280 ℃ ，儀表的設計溫度為350 ℃ ，而 PEEK 物理特性耐溫只有 250 ℃ ，因此運行時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )產(chǎn)生變形或碎裂。 為應對導波雷達液位計支撐件破碎及密封失效情況，此次支撐件設計采用 99． 7% 純度的 Al2 O3 陶瓷材料［8］。該材料具有硬度大、耐磨性能極好、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。其熔點(diǎn)在 2 000 ℃ 以上，具有良好的導熱性、絕緣性以及透光性，介電常數為 9． 0 左右，適用于高溫蒸汽型導波雷達液位計測量原理。Al2 O3 陶瓷的物理和力學(xué)特性如表 1 所示。 改進(jìn)后探桿內部結構精密。防止蒸汽部分主元件采用氧化鋁陶瓷，不會(huì )因為溫度增高而變形、滲漏。密封元件采用耐高溫的石墨密封 Graphite，是目前儀表產(chǎn)品在防止高溫蒸汽方面的理想材料。其物理性能遠遠優(yōu)于以前使用的 PF128、PEEK、鋁礬土等材質(zhì)，十分穩定可靠。該結構整體密封結合緊密，可杜絕蒸汽進(jìn)入。 3． 2 雷達液位計高溫補償改進(jìn) 原汽水分離再熱系統二級導波雷達液位計采用點(diǎn)補償方式，補償點(diǎn)到電磁波發(fā)射口距離為 125 mm。如果測量點(diǎn)以上或者測量點(diǎn)位置有凝露或者誤差，會(huì )放大傳導到下方實(shí)際液位測量。為了更好地說(shuō)明上述結論，定義系數 K。
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