循環水過濾系統是核電站的重要輔助系統，功能是對核電站使用的海水進行過濾預處理。 過濾的海水供應給重要的廠用水系統和循環水系統，對核電站的安全運行具有重要意義。 循環水過濾系統主要由閘門、細格柵、格柵除垢機、桶形篩板、篩板清洗裝置等設備組成。 各格柵除污機和滾筒過濾器均設有液位差計，用于格柵除污機和滾筒過濾電機的自動停止控制和液位警報。 根據循環水過濾系統的功能要求和現場條件，簡要說明了液位計的選擇方法。 介紹了循環水過濾系統選擇的幾種液位計的剛性原理、安裝要求和優缺點

投入式液位計，

超聲波液位計和

雷達液位計。 通過分析液位計應用中面臨的問題，改變了液位計的選擇，采用雷達液位計代替超聲波液位計。

1系統功能要求

液位差計由設備前后的液位差計和數字面板儀表構成，格柵除污機和滾筒濾清器前后的液位差計在數字面板儀表內有差異地輸送到控制系統(格柵除污機液位差計為p1.C，滾筒濾清器液位差計為DCS )。 柵極除污機和滾筒過濾器在自動控制模式下聯鎖液面差信號自動停止。 以華龍一號核電站為例

(1)柵極除污機控制要求:液位差為}0.12m的情況下，柵極除污機執行自動運轉程序，液位差為妻子的0.25m水柱的情況下，向控制室發送警報信號

桶形濾波器控制要求:液面水平差}O.lm水柱的情況下，自動切換到中速電動機的運轉的液面水平差為妻子的0.2m水柱的情況下，自動切換到高速電動機運轉的液位差妻子為0.3m水柱時，向控制室輸送警報信號的液面水平差計信號妻子為0.8m水柱時，將第二次警報信號輸出到控制室

循環水過濾系統是核安全相關系統，為了提高系統的可靠性，液位差計采用了冗馀的設置。

2儀表環境

格柵除垢機位于供水路的細格柵和格柵除垢機之間，為了去除被細格柵堵住的垃圾，液面水平的測量點位于細格柵兩側的剖視圖如圖1所示。

圖2是圖1細柵極的配置剖視圖

鼓形屏幕位于鼓形屏幕室，用于過濾海水中直徑3mm以上的異物，鼓形屏幕配置在兩側，網內進水，液面水平的測量點配置在鼓形屏幕的側面和屏幕外側的剖面圖如圖2所示。

細格柵與格柵除污機之間和鼓網室的頂板位于Om層，頂板厚度為1.2 m以上，房間深度為20m左右，介質為海水，常溫常壓。 由圖2可知，液面水平的測量范圍較寬，空間內有格柵除污機和滾筒過濾器等可動機器，設置空間比較有限，因此選擇時需要考慮水平計的設置方式。

3儀表選型

遠傳式液位計的類型有壓差式液位計、投入式液位計、浮子式液位計、浮子式液位計、靜電容量式液位計、壓差式液位計、磁致伸縮式液位計、超聲波液位計、雷達液位計等。 儀表選型的原則是儀表的測量范圍、測量精度和安裝技術是否滿足測量要求，其測量原理是否適應使用環境。

在循環水過濾系統中，液位測量范圍寬，液位差警報設定值之間只有lOcm存在差異，范圍為25m的液位計誤差不可能為0.2%FS、<； 0.1% FS。 液位測量點在Om以下，水平空間結構僅為2.5m左右，數顯表和儀表變送器部分僅位于頂板，設置維護空間有限。 測定介質為海水，具有強腐蝕性，不銹鋼等金屬材料易被腐蝕，對液體材料的選擇和處理有很高的要求。

3.1投入式液位計是秦山和方家山核電站的項目，電網除污機和鼓型屏幕的前后液位計是投入式液位計，但采用不同型號和不同廠家，分別為博多LMK系列和E+HFMX系列，傳感器為陶瓷電容式

投入式液位計是根據測量液體的靜壓與該液體的高度成比例的原理，通過壓力測量元件將靜壓轉換為電信號，并換算為液位的高度，一般采用擴散硅或陶瓷電容器等壓力傳感器作為壓力測量元件。 投入式液位計廣泛應用于各種原型水位的測量。

投入式液位計由內置毛細管軟管的特殊導氣手機電纜、壓力傳感器和轉換回路構成。 液面水平的測量實際上是測量探針上液體的靜壓和大氣壓的差，用壓力測量元件和電子元件將其差轉換為4-20mA的輸出信號。 投入式液位計的攜帶電纜設置在安靜的區域或適當的保護管內，避免探頭的側面運動和虛假測量值。 投入式液位計的整體結構如圖3所示。

圖3投人式液位計的結構圖

投入式液位計具有以下優點

( l )不受被檢介質起泡、堆積、電特性的影響

無固體結構、可動部件，其機械結構對過載和腐蝕性介質具有較高的抵抗性

(3)結構簡單，安裝維護方便，探針部分可直接投入液體。

投入式液位計存在以下缺點: 1不適用壓力容器和高溫介質的液位測量，測量介質密度必須均勻

2介質中的雜質過多容易堵塞測量孔。 循環水過濾系統的投入式液位計設置在Om層的頂板上，房間的側壁埋有cp200mm的玻璃鋼管，玻璃鋼管的底部通入房間，形成連通器，探針直接投入玻璃鋼管，避免了介質波動對測量的影響。 靜壓式液位差計的測量值，因為用2個投入式液位差計有差別，所以2個投入式液位差計探針需要高精度地安裝。 由于探針接觸海水，探針涂裝防腐涂層能抵抗海水的腐蝕。 其精度和測量范圍可以滿足功能要求。 投入式液位計的安裝示意圖如圖4所示。

圖4投人式液位計的安裝示意圖

通過使用不同型號和制造商的液位計，測量的可靠性有所提高，但由于其安裝方式和測量原理相同，發生共模故障的概率較高。 海水中可能存在砂土和海洋生物，有堵塞投入式液位計的探針測量孔的風險，影響測量的可靠性和穩定性。

3.2超聲液位計是海南、福清和田灣核電站項目，考慮到可能的共模故障，明確提出了在選擇循環水過濾系統液位計時使用冗馀液位計不同的測量原理。 超聲液位計技術是比較成熟、實用的測量方式之一，其非接觸測量原理也是未來測量技術發展的主要趨勢。 因此，在之后的原子能發電項目中，每一連串的電網除污機都配置了一套超聲波水平差計和靜壓式水平差計，在桶形屏幕上配置了一套超聲波水平差計和靜壓式水平差計。

基于超聲波液位或時域的反射原理，從傳感器向液位表面發送超聲波脈沖信號，脈沖信號在介質表面被反射，反射信號被傳感器接收，發射器測量接收脈沖信號的時間差To聲波的傳播時間，并與聲波的到介質表面的距離成比例，從傳感器到介質表面的距離s、聲速c和聲傳播時間t的關系用以下式表示 再從空罐高e減去s的是媒體水平l。 如圖5所示。

圖5超聲波液位計的測量示意圖

超聲液位計具有以下優點: (1)非接觸式測量原理適用于有毒、腐蝕性、高粘度和低溫介質的水平和界面測量

(2)超聲波是機械波，不受介質的介電常數、電導率、熱導率等特性的影響

(3)無機械可動部件，傳感器的壓電晶片振動，但振幅小，結構簡單，壽命長

(4)可測范圍廣，可測液體、粉末、固體粒子的物位。

超聲波液位計存在以下缺點: (1)超聲波液位計的測量有死角，范圍越大死角越大，選型時需注意測量范圍

(2)超聲波的傳播速度受傳播介質的溫度、密度、壓力等影響，不適用于壓力容器和揮發性介質的液位測量

(3)超聲波傳播介質對超聲波有強吸收作用，超聲波衰減明顯，回聲質量下降，影響測量效果。

循環水過濾系統的超聲波液位計設置在Om層的頂板上，位于設置空間的中間位置，為了避免超聲波發射角內障礙物較多，在頂板上確保了. 400mm的孔。 超聲波是以非接觸方式測量的，可以很好地避免海水的腐蝕。 采用與靜壓式完全不同的測量原理和實現方式，避免了共模故障的發生，其精度和測量范圍可以滿足功能要求。 超聲波液位計的安裝示意圖如圖6所示。

圖6超聲波液位計的安裝示意圖

福清、海南核電項目經驗反饋和田灣業主提供的嶺澳一二期、陽江、寧德等多個基地的反饋數據顯示，循環水過濾系統的超聲波液位計總是測量數據不穩定，會發生水平波動和驚慌等現象，水平差異表示水平差異較大的信號

分析了超聲液位計高液位差信號誤報的產生原因

(1)測量的海水表面存在泡沫和浮游物，吸收超聲波并擴散，回波弱變得不穩定，而且儀表設置環境的水蒸氣含量高，超聲波探頭結露，虛假回波和回波消失，測量值跳躍和恐慌

(2)超聲波液位計探頭的安裝位置水泥塊非常厚，安裝孔約深1.2m，探頭與孔的上表面齊平，機械波具有壓縮性，因此過長的孔會增加回波噪聲，大大阻礙超聲波的收發，超聲波液位計的原始噪聲線過高，水平越高

圖7是超聲液位計的實際回波曲線。

循環水過濾系統超聲液位計誤報時

(1)桶形過濾器誤切換為中速運轉，在中速電機和低速電機之間頻繁切換，柵極除污機頻繁啟動，設備磨損增加，設備壽命縮短

應頻繁觸發報警信號到控制室，工作人員現場確認，增加人工費用

( &ldquo用超聲波液位計測量的鼓網前后的電平差妻子0.8m” 誤報期間，如果有用投入式液位計測量的鼓網前后的水位差信號妻子的0. 8m水柱，直接觸發循環泵的脫扣，循環水量減少，機組降低電力運轉或停止運轉。

因此，有必要將超聲波液位計轉換為適合該測量環境的其他類型的液位計。 為了防止共模故障，仍然需要配置兩個不同測量原理的液位計，不能簡單地將超聲波液位計換成投入式液位計。 雷達式液位計精度高，功率大，對水蒸氣結露具有較好的測量效果，可應用于上述測量環境，滿足循環水過濾系統的液位測量要求。

3.3雷達液位計雷達液位計的原理與超聲波液位計相似，基于時域反射原理。 區別在于超聲波液位計發射超聲波，雷達液位計發射電磁波。 從雷達液位計的天線發射的電磁波以光速傳播，一旦遭遇被測定介質表面，電磁波就被反射而形成回波，沿著相同路徑返回脈沖發射裝置，發射裝置和被測定介質表面的距離與電磁波的傳播時間成比例，計算出電平的高度。

雷達液位計具有以下優點: (1)電磁波可在真空中傳播，電磁波隨距離而衰減小，透射力強，不受大氣、蒸汽、介質揮發的影響

非接觸式測定適用于有毒、腐蝕性、高粘度、低溫介質的液位測定

(3)無可動零件，可靠性高，安裝維護方便，壽命長

(4)測量范圍廣，精度高，量程達70m，精度達2mm。

雷達液位計(1)在空氣中存在高介電性粉塵粉末(石墨、鐵合金等)時，對電磁波具有衰減作用，測定距離和效果受到影響

被測定介質介電常數不能過小，<； 1.5無法測量。

循環水過濾系統采用80GHz高頻雷達液位計，貫穿泡沫結露，無死角，測量雙線儀表，設置方便，無需現場維護。 高焦點的雷達束不限于設置高度，發射角達到30，能夠適應1.2m深cp100mm的孔，能夠不下沉地設置。 但泡沫過多會影響測量精度，需要定期清理泡沫，改善測量環境。 圖8是雷達液位計的實際回波曲線。 雷達液位計的回波曲線平滑穩定，能很好地適應設置環境。

圖a雷達液位計回波曲線

4結語

液位計是循環水過濾系統正常運行不可缺少的部分，測量的穩定性取決于核電站的穩定運行。 在儀表設計選型中，必須充分考慮儀表的測量原理和測量特性，避免環境因素造成的測量誤差和故障。 根據雷達式液位計和超聲波液位計的測量原理，測量環境也存在不同的要求，儀表選型考慮到各種影響因素，根據實際應用中的各種問題更換儀表選型。 液位計的種類很多，只有符合測量環境的才是液位計。

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