超聲波液位計在核電廠中的故障分析
日期：2018-03-13 來源： 作者：
概述
API000依托項目中現場使用的常規儀表，主要分為壓力、溫度、流量、液位和分析儀表。而液位是測量核電廠重要的工藝過程參數之一，如反應堆容器內主冷卻劑的液位、穩壓器內液位、蒸汽發生器的液位等都直接反映核電廠反應堆的運行工況，關系到核電廠能否安全可靠運行。
隨著近年來液位測量技術的發展，超聲波液位計在核電廠的應用越來越廣泛，故了解該類液位儀表的原理、特點、選型及分析其該類儀表故障原因是十分必要的。
通過現場工作實踐，整理歸納了JE26超聲波液位計在某電廠中的應用，并闡述了該類型液位儀表在故障處理過程中應該注意的問題。
2、超聲波液位計
超聲波液位計是一種非接觸式液位測量儀表，具有測量精度高、安裝方便、基本免維護等優點，應用領域十分廣泛。
2.1原理
超聲波物位儀表:由超聲波換能器(探頭)發出高頻脈沖聲波遇到被測液位表面被反射折回，折回的反射回波被換能器接收轉換成電信號。聲波的傳播時間與聲波的發出到物體表面的距離成正比。如圖1所示。
探頭部分發出超聲波，然后被液面反射，探頭部分再接收，探頭到液面的距離IUVI和超聲波經過的時間T成比例:M TXC/2.
容器中實際液位:H=E-M=E T X C/2 .
其中:
E為容器高度;
L為介質滿容器高度:
H為介質實際液位:
BD為盲區;
T為超聲波從發射到接受到反射回波的時間間隔:
C為超聲波在介質(指空氣)中的傳播速度。
2.2特點
利用超聲波測量液位的優點:
(1)超聲波液位傳感器不直接與介質接觸，價格便宜且便于安裝維護;
(2)測量精度高且測量范圍大，換能器壽命長:
(3)超聲波不受光線、料度的影響，其傳播速度并不直接與媒質的介電常數、電導率、熱導率有關，因此超聲波傳感器廣泛用于測zui腐蝕性和侵蝕性及性質易變的物位。
利用超聲波鍘量液位的缺點:
(1)由于超聲波的傳播速度受傳聲介質的成分及溫度梯度的影響，超聲波物位傳感器不能測量有汽泡和有懸浮物的液位，因為汽泡和懸浮物將使超聲能量在該區域內消耗而不能傳到較遠處:
(2)當被測液面有很大波浪時，在側量上會引起聲波反射混亂產生測量誤差。
2.3超聲波液位計選型
在核電廠中，超聲波液位計應用非常廣泛，主要由一體式和分體式兩種類型。正常情況下選用一體式超聲波液位計;但在特殊情況下，比如所測的液位在含輻射的區域，會選擇分體式超聲波液位計，以便于后續對設備的維護和檢修。
對于以下情況，一般不選擇超聲波液位計:
(1)介質中含有大量水汽、粉塵、液面上有氣泡或者介質為揮發性液體;
(2)壓力過高((>0.2MPa)或負壓情況下:
(3)被測介質對聲波有強吸引力;
(4)被測介質的溫度、壓力變化過大，且沒有相應校正，會產生較大誤差:
(5)對于易發生凝露的場合。
3案例分析:JE26西門子超聲波液位計跳變問題
3.1廢樹脂罐液位(WSS-JE-LT002A/B):空罐仍
有輸出跳變
(1)測量需求:用于監測廢樹脂罐液位，當液位出現高報警時，提示操縱員廢樹脂罐接近溢流:操縱員應停止樹脂繼續傳輸或其他可能向廢樹脂罐輸送水或樹脂的操作。
(2)特殊指標:廢樹脂罐內液體帶有放射性，需采用分體式超聲波液位計側量。
(3)實際選型:Siemens 7MLI100(傳感器)，Siemens 7ML5050(變送器)。
(4)問題描述:對超聲波液位計上電后，發現儀表讀數不穩定，示數在0-0.381m范圍內進行跳變。通過設置變送器中的濾波參數，得到WSS-LT002A/B回波曲線圖(見圖2和圖3)，存在虛假回波，儀表讀數仍不穩定。經查找原因及確認，儀表所測量的廢樹脂箱內并無液位。
(5)原因分析:由于WSS-LT002A/B所監測的液罐結構底部為錐形結構(見圖4)，且現場的罐內未充液。造成以上兩組不規則波形的原因是超聲波并沒有經過液位反射，而是從錐形容器底部斜面之間相互折射所致。因此，需要建立一個垂直于發射方向的液位作為反射面。
(6)問題處理:經現場充水后，當罐內液面達到錐部以上部分后，回波顯示正常.
在正常運行期間，罐內物位不會降低到錐形部分。因此，在正常運行期間不會影響液位的監測.
3.2安全殼地坑液位C和廢液監測箱B液位:上電后無信號
(1) WLS-JE-LT036:安全殼地坑液位C.
①測量需求:監測安全殼地坑液位。主要用于計算RCS冷卻劑壓力邊界的不確定泄露率.當出現液位高1報警、高2報警和低報警信號時，提醒操縱員關注系統在各整定值時所采取的操作。
②特殊指標:位于反應堆冷卻劑疏水箱間，帶有放射性，采用分體式超聲波液位計，儀表屬于抗震I類。
③實際選型:Siemens 7ML1100(傳感器)，Siemens 7ML5050(變送器)。
(2) WLS-JE-LT200B:廢液監測箱B液位。
①測量需求:監測廢液監測箱B液位。當出現液位高1報警、液位低報警、液位高2報誓信號時，提醒操縱員關注系統在各整定值時所采取的自動操作。必要時允許操縱員根據規程將箱內液體排空。
②特殊指標:廢液具有放射性，采用分體式超聲波液位計，儀表屬于非抗震類。
③實際選型:Siemens 7MLIIOO(傳感器)，Siemens 7ML5050(變送器)。
④問題描述:安全殼地坑液位C和廢液監測箱B液位儀表上電后無信號。
對于此類問題首先考慮儀表的接線，排查路徑如圖5所示。
經排查，發現WLS-JE-LT036在探頭側的內部接線斷裂，WLS-JE-LT200B在接線盒處未端接，經重新接線后，問題得到解決。
3.3 RCDT液位跳變(WLS-JE-LT002)
(1)測量需求:監測RCDT液位。當出現高I報替、高2報警和低報警信號時，提醒操縱員關注系統在各整定值時所采取的操作。
(2)特殊指標:反應堆冷卻劑輸排水箱間，帶有放射性，采用分體式超聲波液位計，儀表屬于抗震二類.
(3)實際選型:Siemens 7MLI 100(傳感器)，Siemens 7ML5050(變送器)。
(4)問題:當注水時RC DT液位顯示跳變。通過設置變送器中的濾波參數，得到WLS-LT002回波曲線圖(見圖6)，存在虛假回波，儀表讀數仍不穩定。
(5)原因分析:由于RC DT液位計接管過細過長(見圖7)，造成超聲波液位計探頭發出的信號發射到立管內壁，導致探頭接收到過多的雜波，導致液位計信號跳變。
(6)解決方案:
①去掉立管;
②打磨喉管內壁(喉管內徑52.6mm:探頭zui大外徑52.7mm，建議打磨到喉管內徑擴到54mm)。
然后通過重新設置變送器中的濾波參數，RC DT液位顯示正常，觀察一段時間后均正常。
4總結
從超聲波液位計故障排除的技術角度，導致超聲波液位計信號跳變或波動的原因很多，有些是因為安裝環境(濕度、凝露、喉管尺寸)引起的，有些是因為軟件中參數設置(響應速度、真實回波選擇算法)不當引起的。對于前者應在采購的過程中應盡量避免，后者需要根據現場實際問題排查情況進行修正。
隨著超聲波液位計在核電廠中的應用越來越廣泛，掌握超聲波液位計的故障分析方法非常重要，通過案例分析，掌握了JE26超聲波液位計故障處理的方法，便于后續電廠的運行和維護。
上一篇文章：浮子式液位計的液位示值誤差分析下一篇文章：如何有效的解決磁翻板液位計在引壓管因介質堵塞而失準的方法
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