本文概述：田灣核電3#、4#機組蒸汽管道的部分疏水罐液位計穿越樓板安裝，如果要維護(hù)該液位計，需要在下層廠房搭建很高的腳手架到房頂，不僅維護(hù)困難且工作風(fēng)險較高。為解決上述問題，改變了測量桿安裝方式，同時更改了液位計內(nèi)部接線，使液位計維護(hù)問題得到解決，提高了液位計維護(hù)便利性，降低了工業(yè)安全風(fēng)險。
 
在核電廠的蒸汽管路中，為去除凝結(jié)水，要設(shè)置一些疏水罐，使凝結(jié)水由于重力下降并存儲在疏水罐中，進(jìn)而保證蒸汽質(zhì)量。然而疏水罐容量有限，當(dāng)液位達(dá)到一定高度時，需要對其排水。那么怎么知道疏水罐的水位呢？這就需要通過液位計時刻監(jiān)視水位，通過DCS系統(tǒng)判斷水位是否超過限值。當(dāng)水位達(dá)到定義的高液位時，發(fā)出信號，打開疏水閥；當(dāng)水位低于定義的低液位時，關(guān)閉疏水閥。田灣核電3#、4#機組采用了柯普樂公司BNA-S型的遠(yuǎn)傳磁浮子液位計進(jìn)行疏水罐液位的測量。該液位計安裝時，變送器和接線盒位于下部。由于設(shè)計原因，部分疏水罐穿越樓板布置，進(jìn)而液位計也要穿越樓板安裝，這就使安裝后的變送器和接線盒位于下層廠房的房頂部位，給日常維護(hù)、調(diào)試帶來了極大的不便，在進(jìn)行維護(hù)、調(diào)試工作時也會存在較高的工業(yè)安全風(fēng)險。對比田灣核電1#、2#機組和其他核電、火電機組，目前不存在穿越樓板安裝的疏水罐液位計，因此需要采取某種新措施來改變液位計維護(hù)的便利性，同時降低作業(yè)風(fēng)險。
 
　　1 核電廠液位測量原理
在核電廠液位測量采用的液位計主要有磁翻板液位計、遠(yuǎn)傳磁浮子液位計、差壓液位計、靜壓式液位計、超聲波液位計、雷達(dá)液位計。下面分別簡要介紹各種液位計的測量原理。
 
　　1.1 磁翻板液位計
磁翻板液位計主要用于就地顯示，是根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當(dāng)被測容器中的液位升降時，液位計本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的**磁鋼通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°，當(dāng)液位上升時翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位下降時翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實際高度，從而實現(xiàn)液位清晰的指示。
 
　　1.2 遠(yuǎn)傳磁浮子液位計
該液位計的測量原理與磁翻板液位計類似，增加了檢測磁浮子位置的傳感器和變送器，進(jìn)而把液位轉(zhuǎn)化成4~20mA電流輸出。
 
　　1.3 差壓液位計
差壓液位計是測量實際液位與參考液位的壓力差值，進(jìn)而換算出液位差值。由于參考液位高度恒定不變，通過參考液位減去液位差值即可得到實際液位值，實際液位值終通過儀表就地顯示或轉(zhuǎn)化成電流信號輸出。
 
1.4 靜壓式液位計靜壓式液位計是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理進(jìn)行液位測量，依據(jù)的計算公式為P=ρgH。
 
　　1.5 超聲波液位計
超聲波物位計工作原理是由超聲波探頭發(fā)出高頻脈沖聲波，聲波遇到被測物位（物料）表面被反射，回波再被探頭接收轉(zhuǎn)換成電信號。聲波的傳播時間與聲波的發(fā)出到物體表面的距離成正比。測量聲波發(fā)出與接收到回波的時間，即可得到液位值。
 
　　1.6 雷達(dá)液位計
雷達(dá)液位計的測量原理與超聲波物位計類似。它們的區(qū)別是：雷達(dá)液位計發(fā)出的是電磁波，超聲波液位計發(fā)出的是機械波。
 
　　2 田灣核電廠疏水罐液位計安裝測量方式及遇到的問題
田灣核電3#和4#機組采用柯普樂公司BNA-S型的遠(yuǎn)傳磁浮子液位計進(jìn)行疏水罐液位的測量，液位計量程是0~600mm，傳感器檢測磁浮子位置，通過變送器轉(zhuǎn)化成4~20mA電流信號輸出。
 
　　2.1 疏水罐液位計安裝測量方式
田灣核電3#、4#機組現(xiàn)場疏水罐液位測量*先采用兩個連通管把液位計測量筒與疏水罐連通，測量筒內(nèi)部含有磁浮子，磁浮子高度隨疏水罐內(nèi)液位變化，測量筒外部安裝測量桿，感受磁浮子高度，再通過下部變送器轉(zhuǎn)化成電流信號輸出到DCS系統(tǒng)。一些蒸汽管道安裝布置貼近地面，疏水罐穿越樓板，這樣就使液位計安裝后變送器位于樓板下部，即下一層廠房的房頂；如圖1所示。


 
圖1 穿越樓板安裝的疏水罐液位計（優(yōu)化前）
 
2.2 液位計維護(hù)遇到的問題
采用上述方式安裝的疏水罐液位計，要進(jìn)行維護(hù)時，需要在下一層廠房搭建較高的腳手架到房頂，極大地增加了作業(yè)難度和作業(yè)風(fēng)險，工作流程也比較復(fù)雜。所以需要采取某種措施來簡化工作流程、降低工作難度、減小作業(yè)風(fēng)險。
 
　　3 疏水罐液位計安裝和測量的*先步改進(jìn)方案
由于設(shè)計缺陷，穿越樓板安裝的疏水罐液位計維護(hù)難度較大，作業(yè)風(fēng)險較高，工作流程相對復(fù)雜。為解決上述問題，擬采取以下兩個方案。
 
　　3.1 反向安裝液位計測量桿
液位計測量桿反向安裝后，變送器和接線盒位于樓板上部，反裝后示意圖如圖2所示。



維護(hù)時變送器位于接近地面的位置，易于到達(dá)，不存在高處作業(yè)風(fēng)險，不需要搭建腳手架，工作流程也能得到簡化。
 
采取如上措施后，以前的問題得到了解決；但是又出現(xiàn)了新的問題：原來的液位測量關(guān)系是0mm水對應(yīng)輸出4mA電流，600mm水對應(yīng)輸出20mA電流。反向安裝測量桿后，0mm水對應(yīng)輸出20mA電流，600mm水對應(yīng)輸出4mA電流，電流輸出也被反向了。為解決這個問題，還需要進(jìn)一步改進(jìn)。圖2 穿越樓板安裝的疏水罐液位計（優(yōu)化后）
 
　　3.2 對DCS中軟件量程進(jìn)行反向設(shè)置
由于就地實際液位和邏輯中識別的液位是通過電流信號進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的，原來安裝方式，實際液位正比于電流信號，電流信號正比于邏輯中識別的液位值。反向安裝測量桿后，實際液位與電流信號的關(guān)系反向，因此邏輯中識別的液位值與實際液位也反向。如果此時反向設(shè)置邏輯中的軟件量程，將原來的下限0mm、上限600mm，改成下限是600mm、上限是0mm，那么電流信號和邏輯中識別的液位值也會反向。根據(jù)負(fù)負(fù)得正的原則，此時就地實際液位與邏輯中識別的液位值一致。
 
　　4 疏水罐磁翻板液位計安裝和測量的二步改進(jìn)方案
*先步方案實施后，解決了之前存在的諸多問題，邏輯中的液位值也能夠與就地液位一一對應(yīng)，實現(xiàn)正常的液位測量。但是由于邏輯中反向設(shè)置量程的上下限，導(dǎo)致操縱員畫面中液柱刻度也反向，即600mm在下面、0mm在上面；這不符合人們的日常習(xí)慣，容易形成誤導(dǎo)，造成失誤事件。同時軟件反向設(shè)置后，系統(tǒng)不允許在對該測點進(jìn)行數(shù)值仿真，如果現(xiàn)場要進(jìn)行液位計維修，將會影響現(xiàn)場維修工作的開展，因此還需要進(jìn)一步改進(jìn)液位計的安裝和測量方式。4.1 深入研究疏水罐磁翻板液位計測量原理為尋求更好的改進(jìn)方案，對疏水罐液位計的測量原理進(jìn)行了深入研究。液位計測量桿中是由等間距排布的干簧管和電阻元件組成，當(dāng)磁浮子達(dá)到某一高度時，對應(yīng)的干簧管閉合，如果能識別出哪個干簧管閉合，即可獲得當(dāng)前液位值。那么變送器又是如何識別出哪個干簧管閉合的呢？再次探究測量桿內(nèi)部電路，繪制液位計內(nèi)部原理圖，如圖3所示。測量桿內(nèi)部電阻串聯(lián)連接，每兩個電阻的連接處連接干簧管的一端，干簧管的另一端并聯(lián)連接，終引出蘭、棕、黑三根信號線。
 
根據(jù)原理圖可以清晰的分析出測量原理：蘭色線和黑色線施加恒定電壓，棕色線作為反饋信號線。當(dāng)磁浮子處于不同高度時，相應(yīng)的開關(guān)（干簧管）閉合，輸出一個電阻分壓信號。測量棕色線電壓，即可獲得閉合的干簧管位置，經(jīng)過變送器模塊即可轉(zhuǎn)化為4~20mA信號，進(jìn)而得到當(dāng)前液位。


 
圖3 液位計內(nèi)部原理圖
 
4.2 更改液位計內(nèi)部傳感器接線
 
如圖3所示，假定1號端子（藍(lán)色線）連接測量桿頂部電阻，3號端子（黑色線）連接測量桿底部電阻，按照*先步優(yōu)化中提到的反向安裝測量桿的措施實施后，頂部電阻和底部電阻調(diào)換位置，此時3號端子連接測量桿頂部電阻，1號端子連接測量桿底部電阻。變送器與液位成正比、輸出4~20mA的條件是1號端子連接頂部電阻、3號端子連接底部電阻。反向安裝測量桿后，此時調(diào)換藍(lán)色線和黑色線的端接位置，即1號端子接黑色線、3號端子接藍(lán)色線，就可以仍然滿足變送器正向輸出的條件，此時不再需要邏輯中對軟件進(jìn)行反向設(shè)置。
 
　　4.3 恢復(fù)邏輯中軟件量程設(shè)置
　　由于反向安裝測量桿并更改液位計內(nèi)部傳感器接線后，實際液位與電流輸出成正比關(guān)系，需要把原來反向設(shè)置的軟件量程恢復(fù)到原來的正常狀態(tài)，即下限是0mm、上限是600mm。
二步優(yōu)化后，能夠在液位計測量桿反裝情況下獲得正向的信號輸出，既解決了原來的維護(hù)便利性問題，也消除了后來產(chǎn)生的操縱員畫面不符合習(xí)慣、邏輯中不能仿真的問題。
 
　　5 結(jié)束語
　　核電廠在設(shè)計、建設(shè)、調(diào)試、檢修過程中會遇到很多設(shè)計不夠完善的地方。本文把筆者親身經(jīng)歷的疏水罐液位計安裝和測量方式改進(jìn)過程與各位讀者分享。對于如何避免疏水罐磁翻板液位計出現(xiàn)類似問題，在此提出個人的一些建議：*先在設(shè)計時盡量避免存在廠房頂部或穿越樓板安裝的儀表。如果不能避免此情況，應(yīng)考慮廠房頂部或穿越樓板安裝的儀表怎樣安裝更方便維護(hù)，或者設(shè)計專門的檢修平臺；業(yè)主方審查設(shè)計文件時也需要考慮這一點。筆者通過深入研究疏水罐液位計測量原理后，經(jīng)過兩步優(yōu)化方案，終才使得所有問題得到有效解決。這說明對于儀表的理解不應(yīng)僅僅停留在應(yīng)用層面，理解儀表的本質(zhì)對于處理現(xiàn)場問題還是大有幫助。


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