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新聞詳情

自?xún)x公司雷達(dá)液位計(jì)在福清核電的應(yīng)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(cè)量是核電站自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要組成部分。上海自?xún)x導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)基于電磁波時(shí)域反射( TDR) 原理,具有受環(huán)境影響小、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)作為一種新型的液位測(cè)量手段,已經(jīng)在核電領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用,但是在其應(yīng)用過(guò)程中也遇到了一定的問(wèn)題。針對(duì)福清核電汽水分離再熱系統(tǒng)疏水箱液位計(jì)頻繁出現(xiàn)的支撐件破碎、密封失效以及蒸汽補(bǔ)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(duì)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的改造,使得導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在核電高溫蒸汽系統(tǒng)中得到了應(yīng)用,提高了汽水分離再熱疏水液位測(cè)量的可靠性,保障了機(jī)組運(yùn)行安全。該研究對(duì)推動(dòng)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在蒸汽系統(tǒng)中應(yīng)用提供有力支持,對(duì)導(dǎo)波雷達(dá)這種新型液位計(jì)未來(lái)在更多測(cè)量環(huán)境中的應(yīng)用起到了積極作用。

引言 
    上海自?xún)x導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)作為一種新興的液位測(cè)量?jī)x表,克服了傳統(tǒng)儀表的不足,在核電廠(chǎng)的應(yīng)用逐漸增多。但導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在高溫高壓蒸汽系統(tǒng)使用時(shí),還存在一些不足,導(dǎo)致系統(tǒng)液位測(cè)量失真[1]。汽水分離再熱系統(tǒng)是核電廠(chǎng)汽輪機(jī)的重要輔助系統(tǒng),主要應(yīng)用于汽輪機(jī)運(yùn)行期間,通過(guò)控制進(jìn)入二級(jí)再
熱管束的蒸汽量,對(duì)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(yīng)用改善了汽輪機(jī)低壓缸的工作條件,提高了汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率,減少了濕蒸汽對(duì)汽輪機(jī)零部件的刷蝕。在福清 1 ~ 4 號(hào)機(jī)組調(diào)試及運(yùn)行期間,汽水分離再熱系統(tǒng)二級(jí)疏水箱液位計(jì)多次出現(xiàn)故障,如液位計(jì)探桿泄漏、測(cè)量失效等。針對(duì)二級(jí)疏水箱液位計(jì)問(wèn)題,采用新型測(cè)量方案,對(duì)汽水分析再熱系統(tǒng)二級(jí)疏水液位測(cè)量作優(yōu)化改進(jìn)。
1  雷達(dá)物位計(jì)測(cè)量原理及特點(diǎn)
( 1)  雷達(dá)液位計(jì)的工作原理。
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)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(hào)發(fā)射到導(dǎo)波體上,以導(dǎo)波體作為信號(hào)的傳輸載體。當(dāng)遇到被測(cè)介質(zhì)表面時(shí),部分信號(hào)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(cè)介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時(shí)間成正比,測(cè)量發(fā)射與反射脈沖[3]。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理如圖 1 所示。
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理
 雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理圖
( 2) 雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量特點(diǎn)。
①電磁波信號(hào)沿導(dǎo)波桿傳輸可消除假回波信號(hào),減少信號(hào)丟失。
②整個(gè)測(cè)量裝置無(wú)活動(dòng)部件,無(wú)機(jī)械磨損。
③安裝調(diào)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(cè)量。
2 現(xiàn)有設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致測(cè)量不穩(wěn)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(tǒng)之一,其測(cè)量環(huán)境需考慮真空、高溫、泡沫等多方面因素。傳統(tǒng)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(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)[4]。但在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中,汽水分離再熱系統(tǒng)原有導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)導(dǎo)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(tǒng)中,形成異物,危及機(jī)組安全[5]。同時(shí),導(dǎo)波桿內(nèi)支撐件破碎后,因振動(dòng)、沖擊等因素會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)波桿觸碰到水位測(cè)量筒,使液位測(cè)量產(chǎn)生跳變,存在汽水分離再熱系統(tǒng)二級(jí)隔離風(fēng)險(xiǎn)。受制于現(xiàn)場(chǎng)使用條件,汽水分離再熱器二級(jí)疏水箱內(nèi)充滿(mǎn)飽和蒸汽。蒸汽是極性氣體,即蒸汽的介電常數(shù)會(huì)根據(jù)環(huán)境的壓力、溫度而改變。介電常數(shù)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(dāng)介質(zhì)的介電常數(shù)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(tǒng) ( gas-liquid seperate system,GSS) 二級(jí)疏水箱液位計(jì)選用的都是蒸汽型導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)[7]。
經(jīng)統(tǒng)計(jì),在功率運(yùn)行期間,汽水分離再熱系統(tǒng)二級(jí)液位計(jì)共計(jì)出現(xiàn)缺陷 91 項(xiàng)。其中,導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)漏汽缺陷共計(jì) 38 項(xiàng),二級(jí)疏水箱液位計(jì)偏差大共計(jì) 46項(xiàng),因儀表故障導(dǎo)致通道測(cè)量不可用共計(jì) 7 項(xiàng)。

③液位計(jì)冷熱態(tài)工況,液位測(cè)量出現(xiàn)偏差。液位計(jì)大修冷態(tài)調(diào)試時(shí),3 支液位計(jì)偏差小于 20 mm。但汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)后,因系統(tǒng)溫度上升,3 支液位計(jì)偏差會(huì)達(dá)到 100 mm。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)后,液位計(jì)偏差也會(huì)逐漸增加,導(dǎo)致偏差超過(guò) 100 mm。處理方式: 目前只能在熱態(tài)后,對(duì)偏差大液位計(jì)進(jìn)行修正。機(jī)組功率運(yùn)行后,每周定期巡檢方式,檢查液位計(jì)偏差,并及時(shí)進(jìn)行修正。
3 改進(jìn)方案
3. 雷達(dá)液位計(jì)支撐件改進(jìn)
原汽水分離再熱系統(tǒng)二級(jí)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)采用PEEK 支撐件,同時(shí)也作為探桿隔熱材料。PEEK 是芳香族結(jié)晶型熱塑性高分子材料。PEEK 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為 143 ℃ ,其熔點(diǎn)為 334 ℃ 。這種材料耐抗有機(jī)和水環(huán)境,具有優(yōu)良的化學(xué)性、熱穩(wěn)定性和抗氧化性。目前,應(yīng)用汽水分離再熱系統(tǒng)二級(jí)疏水箱實(shí)際運(yùn)行溫度為 280 ℃ ,儀表的設(shè)計(jì)溫度為350 ℃ ,而 PEEK 物理特性耐溫只有 250 ℃ ,因此運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生變形或碎裂。
為應(yīng)對(duì)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)支撐件破碎及密封失效情況,此次支撐件設(shè)計(jì)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(dǎo)熱性、絕緣性以及透光性,介電常數(shù)為 9. 0 左右,適用于高溫蒸汽型導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)精密。防止蒸汽部分主元件采用氧化鋁陶瓷,不會(huì)因?yàn)闇囟仍龈叨冃?、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(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于以前使用的 PF128、PEEK、鋁礬土等材質(zhì),十分穩(wěn)定可靠。該結(jié)構(gòu)整體密封結(jié)合緊密,可杜絕蒸汽進(jìn)入。
  3. 2 雷達(dá)液位計(jì)高溫補(bǔ)償改進(jìn)
原汽水分離再熱系統(tǒng)二級(jí)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)采用點(diǎn)補(bǔ)償方式,補(bǔ)償點(diǎn)到電磁波發(fā)射口距離為 125 mm。如果測(cè)量點(diǎn)以上或者測(cè)量點(diǎn)位置有凝露或者誤差,會(huì)放大傳導(dǎo)到下方實(shí)際液位測(cè)量。為了更好地說(shuō)明上述結(jié)論,定義系數(shù) K。


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