淺談核電廠廢液儲存箱磁翻板液位計的比較與安裝

    核電廠在正常運行時或檢修過程中會產生液態放射性廢物或一些潛在的液態放射性廢物，而放射性廢液管理系統的主要功能就是將以上廢液進行收集并處理。在收集廢液的過程中，廢液必須經過該系統的廢液儲存箱做暫時儲存，安裝在儲存箱上的液位測量系統會實時檢測箱體內的廢液量并將數據通過核電廠儀控系統傳送至相關控制設備，以對儲存廢液做進一步處理。本文將介紹磁翻板液位計和導波雷達液位計在核電廠放射性廢液管理系統中的功能和使用情況，論述兩種液位計的優劣及導波雷達液位計的安裝。

    2 兩種液位計的運用分析

    2.1 磁翻板液位計

   （1）測量原理

    磁翻板液位計的基本原理如圖1所示,氣源經減壓閥流過流量控制器，恒定得吹入導壓管，使浸入廢液下端的導壓管口液體靜壓和進氣壓基本相等，進而通過壓差計算出導管下端至液面的距離，zui終得到箱內廢液的實際液位。當液位上升或下降時，液體的靜壓也隨之上升或下降，此時通過流量控制器調整壓力，繼續維持冒出的氣泡量，以此通過差壓變送器的準確檢測可計算得到液面高度等數據。

    系統廢液箱為不帶壓閉合箱體，液面高度計算方式為：

 

    核電廠放射性廢液管理系統主要收集處理的 廢液來自于核電廠內的高低放輻射液體廢物，這里的磁翻板液位計所測量的廢液經常是有放射性的、 腐蝕性的、含有懸浮顆粒的。 

    磁翻板液位計在工況下，需測量液位高低，以及 液位在到達設定值時，連鎖啟或停排液泵，讓箱體 內的液位量保持在一定的水平。同時，箱體內液位在 到達高液位或低液位定值時會觸發報警。由于檢測 廢液較為特殊，液位計沒有直接接觸介質，但導壓 管必須插入廢液內才能正常工作。 

    2.2 導波雷達液位計 

    （1）測量原理 

    導波雷達液位計是依據時域反射（簡稱TDR） 原理為基礎并加裝導桿的雷達液位計。高頻的微波 脈沖沿著測量纜或測量棒向下運行，在接觸到介質 表面的時候，一部分微波脈沖被反射回來，另一部 分微波脈沖則穿透上一層液體介質，到達兩種液體 介質的界面后被反射回來。電路精確地測量出脈沖 電磁波的傳導時間，而發射裝置與被測液體表面的 距離同傳導時間成正比，經微處理器計算就可得到 液位高度并傳出物位信號。這類雷達液位計的運行 時間與液位距離的關系式為：

式中： t為信號從發射至接收的時間； d為被測液體至信號發生處的距離； c 為電磁波在線纜內的傳播速度 ，近似于光速。

    （2）測量環境與工況

    核電廠廢液管理系統內廢液的成分種類多且有一定的放射性，在較長時間的運行狀態下，容易在箱體和管道內積累成淤泥。

    導波雷達液位計沿導波桿傳播的信號相對穩定，不受檢測液體的湍動和泡沫的負面影響。一般 工況下，導波雷達液位將所測信號轉化為電流信號 （4~20mA）后傳入相應的信號處理儀表，該儀表將 實時顯示液位數據，并通過儀表線路控制相關設備。 

    3 兩種液位計的優劣比較 

    3.1 磁翻板液位計的優劣 

    （1）優勢 

    磁翻板液位計結構簡單，使用方便，且具有成 熟的技術支持，維修維護效果明顯，可替代備件選 擇多，是比較主流的一種液位測量裝置。 

    （2）劣勢 

    （1）由于被測液體的雜質多，長年積累后沉降顆 粒形成淤泥，這些雜質和淤泥在系統運行過程中逐 漸堵塞了導壓管。被堵塞后的導壓管易造成液位測量 數值不準確，尤其在超低液位時，廢液泵未停止排放 工作也未觸發相應報警，需定期進行維護維修。

    (2）磁翻板液位計十分依賴氣源的可靠供給，且 適合安裝在靜壓不高、測量精確度要求不高的場合，這不能滿足今后核電廠廢液管理系統對廢液檢 測系統不斷提高的要求，同時，空氣鼓泡還會引起 C14的排放。 

    

    3.2 導波雷達液位計的優缺點 

   （1）優勢 

    (1)導波雷達液位計在檢測時對所檢測的液體的 湍動和泡沫有很強的抑制能力，其測量的結果基本 不受影響，特別適合經常流動的液體，它還能夠準 確、快速地測量不同的介質，探頭幾乎不受溫度、壓 力、氣體等的影響。 

   （2）因導波雷達液位計直接安裝在被測廢液罐體 上方，其構造只有液位計本體、導桿和增加的信號 處理儀表，其他系統無參與，所以整個檢測裝置結 構簡單、故障點少，具有低維護，高性能、高精度、高 可靠性，使用壽命長的優點。 

   （2）劣勢 

    導波雷達液位計需和配套的分析儀表一起使用，設備較為昂貴，十分依賴供應商的技術和供貨能力。

    綜上，隨著核電廠在運行過程中對各個系統的要求逐漸提高，磁翻板液位計在核電廠廢液液位測量方面的缺點越來越凸顯，為了使核電廠放射性廢液管理系統能夠順暢、平穩運行，可選擇導波雷達液位計替代磁翻板液位計。

 

    4 液位計的安裝

    4.1 可行性分析

    在選擇導波雷達液位計替代原有的吹氣液位計 前必須合理分析導波雷達液位計更替的可行性，并 通過一定的方法驗證設備安裝完后的有效性。 

    （1）更替設備的功能性 核電廠廢液管理系統的液位測量控制裝置采用磁翻板液位計時，現場液位探頭所測的差壓信號經 過儀表管線進入變送器后輸出電流信號至顯示表 顯示液位，同時該信號遠傳至報警模塊和其他開關 模塊，其中變送器、顯示儀表使用40V直流供電盤 柜供電，報警模塊及開關模塊使用120V交流電盤柜 供電。 

    與其相比，導波雷達液位計采用如圖3的接線 方式，不再單獨采用DC40V供電模塊為液位和顯 示儀表供電，而是通過配套的信號分析儀表輸出 DC40V給液位計、變送器及液位顯示儀表，同時新 增的信號處理儀表替代了原來液位測量系統的報警 模塊和開關模塊。 

    兩者相較，使用導波雷達液位計，將會改變測 量液位的方式，報警模塊和開關模塊會被信號處理 儀表替換，同時去除DC40V供電模塊，改為信號處 理儀表為液位計、變送器和顯示儀表供電，但液位 測量控制系統的核心功能不變，通過配套儀表實現 控制功能。因此使用導波雷達液位計替代吹氣式液 位計的主要功能不變，設備結構更少，精確度更高， 數字化儀表符合電廠控制需要。 

    （2）更替設備的安全性

    更替的設備為一體化導波雷達液位計，是數字化的儀控儀表設備，安裝后維修維護頻次減少，測量精度高，有助于廢液管理系統的穩定運行；所涉安裝設備為非核級產品，檢修工作不涉及高風險內容也不會影響核電廠日常的生產工作；在安裝過程中不會產生污染物，對環境不會存在不利的影響，更替設備滿足《核電廠質量保證安全規定》、《核電廠電氣、儀表和控制設備的安裝、檢查和試驗要求》、《工業安全守則》等規定的要求，安全性得到保證。

    （3）更替設備的風險性設備失效的風險，導波雷達液位計在廢液管理系統內未經過長時間的運行，可能會發生失效的情況，這將造成液位檢測缺失、異常報警、泵的異常啟停等風險。此類風險可通過風險預案、人為監控等措施進行合理消除，使新增設備的風險降到zui低。

    結合分析導波雷達液位計在廢液管理系統更替安裝的功能性、安全性及風險性可知，導波雷達液位計的功能滿足需求，安裝使用較為安全，且風險可控，可以進行相關設備的安裝工作。

    4.2 安裝內容通過主體安裝、輔助安裝、難點安裝3部分的選擇對導波雷達液位計進行更替，主要內容如下：

    （1）核電廠廢液管理系統的主體工作是拆除吹 氣式液位計、安裝新增導波雷達液位計及其信號處 理儀表。

    （2）除了做好主體結構的施工工作外，還需要 做好施工前期準備、配套線路鋪設、供電盤柜修改 等輔助安裝工作。 

    （3）安裝過程中的難點主要集中于儀表管線 的敷設，針對在核電廠實行儀表管線敷設時穿越的 房間多，涉及的區域廣，風險大的問題成立儀表管 線敷設專項組，制定專項的作業計劃和質量計劃， 合理安排工期進行施工。 

    4.3 功能驗證及效果 

    （1）驗證方法 在導波雷達液位計更替完成后，可通過以下兩 種驗證方式進行效果檢查。 

    1）單獨驗證 

提供模擬信號，驗證分析儀表的信號狀態和處 理分析正確性和及時性；增加或減少箱體內液位， 檢查液位測量的數值與實際是否相同；將箱體內液 位增加或減少到報警設定值，檢查報警信號燈是否 正確指示。 

    2）聯合驗證 確認單獨驗證無問題后將該液位測量控制系統 投入到核電廠日常工作中，至少持續運行一個大修間隔期，將聯合驗證期內的系統問題總結比較。

 

    （2）安裝效果 在廢液管理系統內正確安裝導波雷達液位計替代磁翻板液位計后，經驗證，效果顯著，具體如下： 

    1）系統運行順暢，相較于磁翻板液位計易堵塞 導氣管導致液位測量不準引起系統的誤報警、廢液 排放泵異常啟停等狀況，某核電廠在安裝導波雷達 液位計后，一年內系統未發生一起因測量裝置而產 生的誤報警或液位測量明顯漂移的缺陷，系統穩定 性提升。

    2）設備缺陷和維護量減少，經過跟蹤對比某核 電廠廢液管理系統缺陷可知，在使用導波雷達液位 計更替安裝前后的系統缺陷數量大幅較少。如圖4所 示，2017年采用的是磁翻板液位計，在5~11月半年中 累計發生缺陷和定期維護共為7次，2018年上半年 經過液位計的變更安裝使用后，同時段發生的缺陷 只有2次，減少了71.4%，效果顯著。 

    5 結束語 使用導波雷達液位計測量液位不受設備形狀的 影響，也不受介電常數、溫度、壓力與密度等條件變 化的影響，測量結果具有高精度、可重復性等優點， 配套的數字化儀表多項功能可供選擇，能很好地適用于核電廠廢液的液位測量。在科學分析該類型液位計的可行性后按施工方案實現液位計的替換安裝，可減少廢液管理系統發生的相關缺陷，進一步降低設備的維護量和維修成本，此類技術改造值得推廣。