浅谈核电厂废液储存箱磁翻板液位计的比较与安装

    核电厂在正常运行时或检修过程中会产生液态放射性废物或一些潜在的液态放射性废物，而放射性废液管理系统的主要功能就是将以上废液进行收集并处理。在收集废液的过程中，废液必须经过该系统的废液储存箱做暂时储存，安装在储存箱上的液位测量系统会实时检测箱体内的废液量并将数据通过核电厂仪控系统传送至相关控制设备，以对储存废液做进一步处理。本文将介绍磁翻板液位计和导波雷达液位计在核电厂放射性废液管理系统中的功能和使用情况，论述两种液位计的优劣及导波雷达液位计的安装。

    2 两种液位计的运用分析

    2.1 磁翻板液位计

   （1）测量原理

    磁翻板液位计的基本原理如图1所示,气源经减压阀流过流量控制器，恒定得吹入导压管，使浸入废液下端的导压管口液体静压和进气压基本相等，进而通过压差计算出导管下端至液面的距离，zui终得到箱内废液的实际液位。当液位上升或下降时，液体的静压也随之上升或下降，此时通过流量控制器调整压力，继续维持冒出的气泡量，以此通过差压变送器的准确检测可计算得到液面高度等数据。

    系统废液箱为不带压闭合箱体，液面高度计算方式为：

 

    核电厂放射性废液管理系统主要收集处理的 废液来自于核电厂内的高低放辐射液体废物，这里的磁翻板液位计所测量的废液经常是有放射性的、 腐蚀性的、含有悬浮颗粒的。 

    磁翻板液位计在工况下，需测量液位高低，以及 液位在到达设定值时，连锁启或停排液泵，让箱体 内的液位量保持在一定的水平。同时，箱体内液位在 到达高液位或低液位定值时会触发报警。由于检测 废液较为特殊，液位计没有直接接触介质，但导压 管必须插入废液内才能正常工作。 

    2.2 导波雷达液位计 

    （1）测量原理 

    导波雷达液位计是依据时域反射（简称TDR） 原理为基础并加装导杆的雷达液位计。高频的微波 脉冲沿着测量缆或测量棒向下运行，在接触到介质 表面的时候，一部分微波脉冲被反射回来，另一部 分微波脉冲则穿透上一层液体介质，到达两种液体 介质的界面后被反射回来。电路精确地测量出脉冲 电磁波的传导时间，而发射装置与被测液体表面的 距离同传导时间成正比，经微处理器计算就可得到 液位高度并传出物位信号。这类雷达液位计的运行 时间与液位距离的关系式为：

式中： t为信号从发射至接收的时间； d为被测液体至信号发生处的距离； c 为电磁波在线缆内的传播速度 ，近似于光速。

    （2）测量环境与工况

    核电厂废液管理系统内废液的成分种类多且有一定的放射性，在较长时间的运行状态下，容易在箱体和管道内积累成淤泥。

    导波雷达液位计沿导波杆传播的信号相对稳定，不受检测液体的湍动和泡沫的负面影响。一般 工况下，导波雷达液位将所测信号转化为电流信号 （4~20mA）后传入相应的信号处理仪表，该仪表将 实时显示液位数据，并通过仪表线路控制相关设备。 

    3 两种液位计的优劣比较 

    3.1 磁翻板液位计的优劣 

    （1）优势 

    磁翻板液位计结构简单，使用方便，且具有成 熟的技术支持，维修维护效果明显，可替代备件选 择多，是比较主流的一种液位测量装置。 

    （2）劣势 

    （1）由于被测液体的杂质多，长年积累后沉降颗 粒形成淤泥，这些杂质和淤泥在系统运行过程中逐 渐堵塞了导压管。被堵塞后的导压管易造成液位测量 数值不准确，尤其在超低液位时，废液泵未停止排放 工作也未触发相应报警，需定期进行维护维修。

    (2）磁翻板液位计十分依赖气源的可靠供给，且 适合安装在静压不高、测量精确度要求不高的场合，这不能满足今后核电厂废液管理系统对废液检 测系统不断提高的要求，同时，空气鼓泡还会引起 C14的排放。 

    

    3.2 导波雷达液位计的优缺点 

   （1）优势 

    (1)导波雷达液位计在检测时对所检测的液体的 湍动和泡沫有很强的抑制能力，其测量的结果基本 不受影响，特别适合经常流动的液体，它还能够准 确、快速地测量不同的介质，探头几乎不受温度、压 力、气体等的影响。 

   （2）因导波雷达液位计直接安装在被测废液罐体 上方，其构造只有液位计本体、导杆和增加的信号 处理仪表，其他系统无参与，所以整个检测装置结 构简单、故障点少，具有低维护，高性能、高精度、高 可靠性，使用寿命长的优点。 

   （2）劣势 

    导波雷达液位计需和配套的分析仪表一起使用，设备较为昂贵，十分依赖供应商的技术和供货能力。

    综上，随着核电厂在运行过程中对各个系统的要求逐渐提高，磁翻板液位计在核电厂废液液位测量方面的缺点越来越凸显，为了使核电厂放射性废液管理系统能够顺畅、平稳运行，可选择导波雷达液位计替代磁翻板液位计。

 

    4 液位计的安装

    4.1 可行性分析

    在选择导波雷达液位计替代原有的吹气液位计 前必须合理分析导波雷达液位计更替的可行性，并 通过一定的方法验证设备安装完后的有效性。 

    （1）更替设备的功能性 核电厂废液管理系统的液位测量控制装置采用磁翻板液位计时，现场液位探头所测的差压信号经 过仪表管线进入变送器后输出电流信号至显示表 显示液位，同时该信号远传至报警模块和其他开关 模块，其中变送器、显示仪表使用40V直流供电盘 柜供电，报警模块及开关模块使用120V交流电盘柜 供电。 

    与其相比，导波雷达液位计采用如图3的接线 方式，不再单独采用DC40V供电模块为液位和显 示仪表供电，而是通过配套的信号分析仪表输出 DC40V给液位计、变送器及液位显示仪表，同时新 增的信号处理仪表替代了原来液位测量系统的报警 模块和开关模块。 

    两者相较，使用导波雷达液位计，将会改变测 量液位的方式，报警模块和开关模块会被信号处理 仪表替换，同时去除DC40V供电模块，改为信号处 理仪表为液位计、变送器和显示仪表供电，但液位 测量控制系统的核心功能不变，通过配套仪表实现 控制功能。因此使用导波雷达液位计替代吹气式液 位计的主要功能不变，设备结构更少，精确度更高， 数字化仪表符合电厂控制需要。 

    （2）更替设备的安全性

    更替的设备为一体化导波雷达液位计，是数字化的仪控仪表设备，安装后维修维护频次减少，测量精度高，有助于废液管理系统的稳定运行；所涉安装设备为非核级产品，检修工作不涉及高风险内容也不会影响核电厂日常的生产工作；在安装过程中不会产生污染物，对环境不会存在不利的影响，更替设备满足《核电厂质量保证安全规定》、《核电厂电气、仪表和控制设备的安装、检查和试验要求》、《工业安全守则》等规定的要求，安全性得到保证。

    （3）更替设备的风险性设备失效的风险，导波雷达液位计在废液管理系统内未经过长时间的运行，可能会发生失效的情况，这将造成液位检测缺失、异常报警、泵的异常启停等风险。此类风险可通过风险预案、人为监控等措施进行合理消除，使新增设备的风险降到zui低。

    结合分析导波雷达液位计在废液管理系统更替安装的功能性、安全性及风险性可知，导波雷达液位计的功能满足需求，安装使用较为安全，且风险可控，可以进行相关设备的安装工作。

    4.2 安装内容通过主体安装、辅助安装、难点安装3部分的选择对导波雷达液位计进行更替，主要内容如下：

    （1）核电厂废液管理系统的主体工作是拆除吹 气式液位计、安装新增导波雷达液位计及其信号处 理仪表。

    （2）除了做好主体结构的施工工作外，还需要 做好施工前期准备、配套线路铺设、供电盘柜修改 等辅助安装工作。 

    （3）安装过程中的难点主要集中于仪表管线 的敷设，针对在核电厂实行仪表管线敷设时穿越的 房间多，涉及的区域广，风险大的问题成立仪表管 线敷设专项组，制定专项的作业计划和质量计划， 合理安排工期进行施工。 

    4.3 功能验证及效果 

    （1）验证方法 在导波雷达液位计更替完成后，可通过以下两 种验证方式进行效果检查。 

    1）单独验证 

提供模拟信号，验证分析仪表的信号状态和处 理分析正确性和及时性；增加或减少箱体内液位， 检查液位测量的数值与实际是否相同；将箱体内液 位增加或减少到报警设定值，检查报警信号灯是否 正确指示。 

    2）联合验证 确认单独验证无问题后将该液位测量控制系统 投入到核电厂日常工作中，至少持续运行一个大修间隔期，将联合验证期内的系统问题总结比较。

 

    （2）安装效果 在废液管理系统内正确安装导波雷达液位计替代磁翻板液位计后，经验证，效果显著，具体如下： 

    1）系统运行顺畅，相较于磁翻板液位计易堵塞 导气管导致液位测量不准引起系统的误报警、废液 排放泵异常启停等状况，某核电厂在安装导波雷达 液位计后，一年内系统未发生一起因测量装置而产 生的误报警或液位测量明显漂移的缺陷，系统稳定 性提升。

    2）设备缺陷和维护量减少，经过跟踪对比某核 电厂废液管理系统缺陷可知，在使用导波雷达液位 计更替安装前后的系统缺陷数量大幅较少。如图4所 示，2017年采用的是磁翻板液位计，在5~11月半年中 累计发生缺陷和定期维护共为7次，2018年上半年 经过液位计的变更安装使用后，同时段发生的缺陷 只有2次，减少了71.4%，效果显著。 

    5 结束语 使用导波雷达液位计测量液位不受设备形状的 影响，也不受介电常数、温度、压力与密度等条件变 化的影响，测量结果具有高精度、可重复性等优点， 配套的数字化仪表多项功能可供选择，能很好地适用于核电厂废液的液位测量。在科学分析该类型液位计的可行性后按施工方案实现液位计的替换安装，可减少废液管理系统发生的相关缺陷，进一步降低设备的维护量和维修成本，此类技术改造值得推广。