超声波液位计在核电厂中的故障分析
日期：2018-03-13 来源： 作者：
概述
API000依托项目中现场使用的常规仪表，主要分为压力、温度、流量、液位和分析仪表。而液位是测量核电厂重要的工艺过程参数之一，如反应堆容器内主冷却剂的液位、稳压器内液位、蒸汽发生器的液位等都直接反映核电厂反应堆的运行工况，关系到核电厂能否安全可靠运行。
随着近年来液位测量技术的发展，超声波液位计在核电厂的应用越来越广泛，故了解该类液位仪表的原理、特点、选型及分析其该类仪表故障原因是十分必要的。
通过现场工作实践，整理归纳了JE26超声波液位计在某电厂中的应用，并阐述了该类型液位仪表在故障处理过程中应该注意的问题。
2、超声波液位计
超声波液位计是一种非接触式液位测量仪表，具有测量精度高、安装方便、基本免维护等优点，应用领域十分广泛。
2.1原理
超声波物位仪表:由超声波换能器(探头)发出高频脉冲声波遇到被测液位表面被反射折回，折回的反射回波被换能器接收转换成电信号。声波的传播时间与声波的发出到物体表面的距离成正比。如图1所示。
探头部分发出超声波，然后被液面反射，探头部分再接收，探头到液面的距离IUVI和超声波经过的时间T成比例:M TXC/2.
容器中实际液位:H=E-M=E T X C/2 .
其中:
E为容器高度;
L为介质满容器高度:
H为介质实际液位:
BD为盲区;
T为超声波从发射到接受到反射回波的时间间隔:
C为超声波在介质(指空气)中的传播速度。
2.2特点
利用超声波测量液位的优点:
(1)超声波液位传感器不直接与介质接触，价格便宜且便于安装维护;
(2)测量精度高且测量范围大，换能器寿命长:
(3)超声波不受光线、料度的影响，其传播速度并不直接与媒质的介电常数、电导率、热导率有关，因此超声波传感器广泛用于测zui腐蚀性和侵蚀性及性质易变的物位。
利用超声波铡量液位的缺点:
(1)由于超声波的传播速度受传声介质的成分及温度梯度的影响，超声波物位传感器不能测量有汽泡和有悬浮物的液位，因为汽泡和悬浮物将使超声能量在该区域内消耗而不能传到较远处:
(2)当被测液面有很大波浪时，在侧量上会引起声波反射混乱产生测量误差。
2.3超声波液位计选型
在核电厂中，超声波液位计应用非常广泛，主要由一体式和分体式两种类型。正常情况下选用一体式超声波液位计;但在特殊情况下，比如所测的液位在含辐射的区域，会选择分体式超声波液位计，以便于后续对设备的维护和检修。
对于以下情况，一般不选择超声波液位计:
(1)介质中含有大量水汽、粉尘、液面上有气泡或者介质为挥发性液体;
(2)压力过高((>0.2MPa)或负压情况下:
(3)被测介质对声波有强吸引力;
(4)被测介质的温度、压力变化过大，且没有相应校正，会产生较大误差:
(5)对于易发生凝露的场合。
3案例分析:JE26西门子超声波液位计跳变问题
3.1废树脂罐液位(WSS-JE-LT002A/B):空罐仍
有输出跳变
(1)测量需求:用于监测废树脂罐液位，当液位出现高报警时，提示操纵员废树脂罐接近溢流:操纵员应停止树脂继续传输或其他可能向废树脂罐输送水或树脂的操作。
(2)特殊指标:废树脂罐内液体带有放射性，需采用分体式超声波液位计侧量。
(3)实际选型:Siemens 7MLI100(传感器)，Siemens 7ML5050(变送器)。
(4)问题描述:对超声波液位计上电后，发现仪表读数不稳定，示数在0-0.381m范围内进行跳变。通过设置变送器中的滤波参数，得到WSS-LT002A/B回波曲线图(见图2和图3)，存在虚假回波，仪表读数仍不稳定。经查找原因及确认，仪表所测量的废树脂箱内并无液位。
(5)原因分析:由于WSS-LT002A/B所监测的液罐结构底部为锥形结构(见图4)，且现场的罐内未充液。造成以上两组不规则波形的原因是超声波并没有经过液位反射，而是从锥形容器底部斜面之间相互折射所致。因此，需要建立一个垂直于发射方向的液位作为反射面。
(6)问题处理:经现场充水后，当罐内液面达到锥部以上部分后，回波显示正常.
在正常运行期间，罐内物位不会降低到锥形部分。因此，在正常运行期间不会影响液位的监测.
3.2安全壳地坑液位C和废液监测箱B液位:上电后无信号
(1) WLS-JE-LT036:安全壳地坑液位C.
①测量需求:监测安全壳地坑液位。主要用于计算RCS冷却剂压力边界的不确定泄露率.当出现液位高1报警、高2报警和低报警信号时，提醒操纵员关注系统在各整定值时所采取的操作。
②特殊指标:位于反应堆冷却剂疏水箱间，带有放射性，采用分体式超声波液位计，仪表属于抗震I类。
③实际选型:Siemens 7ML1100(传感器)，Siemens 7ML5050(变送器)。
(2) WLS-JE-LT200B:废液监测箱B液位。
①测量需求:监测废液监测箱B液位。当出现液位高1报警、液位低报警、液位高2报誓信号时，提醒操纵员关注系统在各整定值时所采取的自动操作。必要时允许操纵员根据规程将箱内液体排空。
②特殊指标:废液具有放射性，采用分体式超声波液位计，仪表属于非抗震类。
③实际选型:Siemens 7MLIIOO(传感器)，Siemens 7ML5050(变送器)。
④问题描述:安全壳地坑液位C和废液监测箱B液位仪表上电后无信号。
对于此类问题首先考虑仪表的接线，排查路径如图5所示。
经排查，发现WLS-JE-LT036在探头侧的内部接线断裂，WLS-JE-LT200B在接线盒处未端接，经重新接线后，问题得到解决。
3.3 RCDT液位跳变(WLS-JE-LT002)
(1)测量需求:监测RCDT液位。当出现高I报替、高2报警和低报警信号时，提醒操纵员关注系统在各整定值时所采取的操作。
(2)特殊指标:反应堆冷却剂输排水箱间，带有放射性，采用分体式超声波液位计，仪表属于抗震二类.
(3)实际选型:Siemens 7MLI 100(传感器)，Siemens 7ML5050(变送器)。
(4)问题:当注水时RC DT液位显示跳变。通过设置变送器中的滤波参数，得到WLS-LT002回波曲线图(见图6)，存在虚假回波，仪表读数仍不稳定。
(5)原因分析:由于RC DT液位计接管过细过长(见图7)，造成超声波液位计探头发出的信号发射到立管内壁，导致探头接收到过多的杂波，导致液位计信号跳变。
(6)解决方案:
①去掉立管;
②打磨喉管内壁(喉管内径52.6mm:探头zui大外径52.7mm，建议打磨到喉管内径扩到54mm)。
然后通过重新设置变送器中的滤波参数，RC DT液位显示正常，观察一段时间后均正常。
4总结
从超声波液位计故障排除的技术角度，导致超声波液位计信号跳变或波动的原因很多，有些是因为安装环境(湿度、凝露、喉管尺寸)引起的，有些是因为软件中参数设置(响应速度、真实回波选择算法)不当引起的。对于前者应在采购的过程中应尽量避免，后者需要根据现场实际问题排查情况进行修正。
随着超声波液位计在核电厂中的应用越来越广泛，掌握超声波液位计的故障分析方法非常重要，通过案例分析，掌握了JE26超声波液位计故障处理的方法，便于后续电厂的运行和维护。
上一篇文章：浮子式液位计的液位示值误差分析下一篇文章：如何有效的解决磁翻板液位计在引压管因介质堵塞而失准的方法
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