通過(guò)液位計(jì)探頭振動(dòng), 發(fā)出脈沖波, 遇被測(cè)水面被反射, 折回的反射回波被同一探頭接收, 測(cè)出波返回的時(shí)間, 即可探測(cè)出液位高度。超聲波液位計(jì)在工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用, 在某壓水堆核電廠放射性廢液系統(tǒng)和放射性固體廢物系統(tǒng)中就大量選用了該類型的液位計(jì), 其中放射性廢液系統(tǒng)用來(lái)收集核電廠啟動(dòng)及運(yùn)行期間產(chǎn)生的放射性液體廢物, 收集罐體上均安裝了超聲波液位計(jì), 罐體分別為安全殼地坑, 化學(xué)廢液箱液位計(jì), RCDT (反應(yīng)堆冷卻劑疏水箱) , 真空脫氣塔的分離器, 廢液監(jiān)測(cè)箱液位計(jì), 廢液暫存箱;放射性固體廢物主要應(yīng)用于廢樹脂儲(chǔ)存罐液位監(jiān)測(cè)。在這些液位計(jì)投運(yùn)期間, 發(fā)生了多起液位計(jì)跳變及測(cè)量不準(zhǔn)現(xiàn)象, 造成的泵誤啟動(dòng), 泵跳閘, 樹脂罐體溢流等異常事件, 本文將對(duì)這些事件進(jìn)行分類闡述。

  放射性廢液系統(tǒng)的14臺(tái)超聲波液位計(jì)中, 有11臺(tái)在完成單體調(diào)試后, 實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn), 罐體中無(wú)水, 液位計(jì)顯示滿水, 或者液位計(jì)顯示壞點(diǎn), 罐體注排水過(guò)程中會(huì)有偶發(fā)性液位跳變, 放射性固體廢物系統(tǒng)中有2臺(tái)也出現(xiàn)相同缺陷。

  超聲波液位計(jì)在發(fā)出超聲波后, 單邊波距離中心有約12℃的發(fā)散角度。從工程應(yīng)用角度, 這就要求超聲波液位計(jì)探頭能夠深入到所測(cè)罐體中;若沒(méi)有深入罐體內(nèi)部, 而是安裝到罐頂?shù)囊何挥?jì)管嘴, 則要求這個(gè)管嘴直徑比探頭直徑越粗越好, 管嘴長(zhǎng)度越短越好, 這樣可以避免波打到罐體壁面, 或者探頭受到擠壓, 造成探頭振動(dòng)受阻。在熱試過(guò)程中, 這些液位計(jì)均發(fā)生了不同程度的測(cè)量偏差及跳變現(xiàn)象, 原因是與這些罐體相連的隔膜泵啟動(dòng)后, 罐體有不同程度的振動(dòng)現(xiàn)象, 導(dǎo)致探頭再次傾斜或者與管嘴內(nèi)壁相碰。

  化學(xué)廢液監(jiān)測(cè)箱液位計(jì), 也出現(xiàn)上述缺陷, 雖然與上述液位計(jì)均是同一數(shù)據(jù)表, 但是這三臺(tái)液位計(jì)選用了另一廠家的液位計(jì)。該廠家文件中有明確說(shuō)明, 探頭至少應(yīng)該深入罐體10cm, 現(xiàn)場(chǎng)將罐頂長(zhǎng)管嘴截短, 將探頭深入到罐體內(nèi)部, 由于液位計(jì)探頭尺寸1.97英寸, 深入罐體時(shí)未與切割后的管嘴接觸, 改變安裝方式后, 液位計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定。在壓水堆核電廠其他大型罐體, 如硼酸儲(chǔ)存箱、設(shè)備冷卻水波動(dòng)箱也裝有超聲波液位計(jì), 均沒(méi)有存在上述安裝問(wèn)題, 測(cè)量監(jiān)視結(jié)果一直較為穩(wěn)定。液位計(jì)探頭振動(dòng)受阻和超聲波打到了管嘴壁面, 是造成這些常溫常壓工作環(huán)境下的液位計(jì)失準(zhǔn)的直接原因。

  異常情況描述:穩(wěn)壓器窄量程液位37.5%, 液相溫度226.9℃, 汽相溫度221.9℃, 壓力2.36MPa, 在此工況下, 操作員執(zhí)行了穩(wěn)壓器向放射性廢液系統(tǒng)向RCDT排氣操作, 在這過(guò)程中RCDT至放射性氣體廢物系統(tǒng)閥門保持開(kāi)啟, RCDT壓力在0~0.04MPa (G) 。穩(wěn)壓器共排氣兩次。排氣后, RCDT液位計(jì)異常波動(dòng), 且顯示為滿量程。

  從穩(wěn)壓器至RCDT排氣時(shí), 閥門打開(kāi)瞬間即發(fā)現(xiàn)RCDT壓力上漲, 說(shuō)明雖然管線較長(zhǎng), 但用時(shí)較短, 可以認(rèn)為排氣過(guò)程是絕熱過(guò)程。查詢水和蒸汽性質(zhì)表, 根據(jù)等熵過(guò)程計(jì)算得出, 排向RCDT介質(zhì)對(duì)應(yīng)的溫度在99~109℃, 介質(zhì)處于濕蒸汽區(qū), 由于沿線閥門的節(jié)流作用, 實(shí)際過(guò)程會(huì)產(chǎn)生不可逆熵增, 實(shí)際排至RCDT的介質(zhì)溫度高于99~109℃, 含蒸汽量更多 (蒸汽干度更大) 。蒸汽將影響波的傳播速度, 并且蒸汽會(huì)在探頭上結(jié)露, 造成測(cè)量發(fā)出去的波瞬間返回。

  異常工況描述:執(zhí)行安注箱降壓排氣, 從安注箱排氮?dú)庵罵CDT, 再排向放射性氣體廢物系統(tǒng)側(cè), 在整個(gè)排氣過(guò)程中, RCDT壓力由0波動(dòng)至70kPa, RCDT液位計(jì)在壓力剛剛升高時(shí), 劇烈波動(dòng), 在壓力升高期間, 液位也在波動(dòng), 在執(zhí)行完成安注箱排氣操作后, RCDT壓力恢復(fù)正常值, 液位計(jì)也穩(wěn)定到之前顯示值。

  工況分析:RCDT正常運(yùn)行時(shí), 低液位至罐頂?shù)臍饪臻g2.4m3, 氮?dú)馀湃肓髁? 設(shè)計(jì)文件并未做限制, 壓力變化屬正常設(shè)計(jì)工況。

  基于超聲波傳播與介質(zhì)密度有關(guān)的原理, 排氣瞬間造成了RCDT上部氮?dú)饷芏润E增影響了波的傳播速度, 同時(shí)排氣的初始階段液位出現(xiàn)劇烈跳動(dòng), 是由于排氣瞬間, RCDT氣體密度不均勻, 超聲波出現(xiàn)折射, 造成液體計(jì)出現(xiàn)失波現(xiàn)象。

1) 超聲波液位計(jì)探頭安裝時(shí)需要深入罐體內(nèi)部, 且不與罐體直接接觸。若安裝到管嘴, 管嘴越短、越粗, 液位計(jì)測(cè)量越精準(zhǔn)。

2) 超聲波液位計(jì)不能用于存在蒸汽相的罐體液位測(cè)量中。設(shè)計(jì)和采購(gòu)選型時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)罐體的運(yùn)行工況有全面的了解, 對(duì)于存在蒸汽相的罐體液位計(jì)可用選雷達(dá)式液位計(jì)。

3) 壓力對(duì)超聲波液位計(jì)測(cè)量的***主要影響是造成失波, 引起液位跳動(dòng), 這一點(diǎn)可以通過(guò)在數(shù)據(jù)處理端加入濾波來(lái)屏蔽, 避免液位波動(dòng)。