核電廠在正常運(yùn)行時(shí)或檢修過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生液態(tài)放射性廢物或一些潛在的液態(tài)放射性廢物，而放射性廢液管理系統(tǒng)的主要功能就是將以上廢液進(jìn)行收集并處理。在收集廢液的過(guò)程中，廢液必須經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)的廢液儲(chǔ)存箱做暫時(shí)儲(chǔ)存，安裝在儲(chǔ)存箱上的液位測(cè)量系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)箱體內(nèi)的廢液量并將數(shù)據(jù)通過(guò)核電廠儀控系統(tǒng)傳送至相關(guān)控制設(shè)備，以對(duì)儲(chǔ)存廢液做進(jìn)一步處理。本文將介紹磁翻板液位計(jì)和導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在核電廠放射性廢液管理系統(tǒng)中的功能和使用情況，論述兩種液位計(jì)的優(yōu)劣及導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的安裝。

    2 兩種液位計(jì)的運(yùn)用分析

    2.1 磁翻板液位計(jì)

   （1）測(cè)量原理

    磁翻板液位計(jì)的基本原理如圖1所示,氣源經(jīng)減壓閥流過(guò)流量控制器，恒定得吹入導(dǎo)壓管，使浸入廢液下端的導(dǎo)壓管口液體靜壓和進(jìn)氣壓基本相等，進(jìn)而通過(guò)壓差計(jì)算出導(dǎo)管下端至液面的距離，zui終得到箱內(nèi)廢液的實(shí)際液位。當(dāng)液位上升或下降時(shí)，液體的靜壓也隨之上升或下降，此時(shí)通過(guò)流量控制器調(diào)整壓力，繼續(xù)維持冒出的氣泡量，以此通過(guò)差壓變送器的準(zhǔn)確檢測(cè)可計(jì)算得到液面高度等數(shù)據(jù)。

    系統(tǒng)廢液箱為不帶壓閉合箱體，液面高度計(jì)算方式為：

 

    核電廠放射性廢液管理系統(tǒng)主要收集處理的 廢液來(lái)自于核電廠內(nèi)的高低放輻射液體廢物，這里的磁翻板液位計(jì)所測(cè)量的廢液經(jīng)常是有放射性的、 腐蝕性的、含有懸浮顆粒的。 

    磁翻板液位計(jì)在工況下，需測(cè)量液位高低，以及 液位在到達(dá)設(shè)定值時(shí)，連鎖啟或停排液泵，讓箱體 內(nèi)的液位量保持在一定的水平。同時(shí)，箱體內(nèi)液位在 到達(dá)高液位或低液位定值時(shí)會(huì)觸發(fā)報(bào)警。由于檢測(cè) 廢液較為特殊，液位計(jì)沒有直接接觸介質(zhì)，但導(dǎo)壓 管必須插入廢液內(nèi)才能正常工作。 

    2.2 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì) 

    （1）測(cè)量原理 

    導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)是依據(jù)時(shí)域反射（簡(jiǎn)稱TDR） 原理為基礎(chǔ)并加裝導(dǎo)桿的雷達(dá)液位計(jì)。高頻的微波 脈沖沿著測(cè)量纜或測(cè)量棒向下運(yùn)行，在接觸到介質(zhì) 表面的時(shí)候，一部分微波脈沖被反射回來(lái)，另一部 分微波脈沖則穿透上一層液體介質(zhì)，到達(dá)兩種液體 介質(zhì)的界面后被反射回來(lái)。電路精確地測(cè)量出脈沖 電磁波的傳導(dǎo)時(shí)間，而發(fā)射裝置與被測(cè)液體表面的 距離同傳導(dǎo)時(shí)間成正比，經(jīng)微處理器計(jì)算就可得到 液位高度并傳出物位信號(hào)。這類雷達(dá)液位計(jì)的運(yùn)行 時(shí)間與液位距離的關(guān)系式為：

式中： t為信號(hào)從發(fā)射至接收的時(shí)間； d為被測(cè)液體至信號(hào)發(fā)生處的距離； c 為電磁波在線纜內(nèi)的傳播速度 ，近似于光速。

    （2）測(cè)量環(huán)境與工況

    核電廠廢液管理系統(tǒng)內(nèi)廢液的成分種類多且有一定的放射性，在較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)下，容易在箱體和管道內(nèi)積累成淤泥。

    導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)沿導(dǎo)波桿傳播的信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定，不受檢測(cè)液體的湍動(dòng)和泡沫的負(fù)面影響。一般 工況下，導(dǎo)波雷達(dá)液位將所測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào) （4~20mA）后傳入相應(yīng)的信號(hào)處理儀表，該儀表將 實(shí)時(shí)顯示液位數(shù)據(jù)，并通過(guò)儀表線路控制相關(guān)設(shè)備。 

    3 兩種液位計(jì)的優(yōu)劣比較 

    3.1 磁翻板液位計(jì)的優(yōu)劣 

    （1）優(yōu)勢(shì) 

    磁翻板液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，且具有成 熟的技術(shù)支持，維修維護(hù)效果明顯，可替代備件選 擇多，是比較主流的一種液位測(cè)量裝置。 

    （2）劣勢(shì) 

    （1）由于被測(cè)液體的雜質(zhì)多，長(zhǎng)年積累后沉降顆 粒形成淤泥，這些雜質(zhì)和淤泥在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中逐 漸堵塞了導(dǎo)壓管。被堵塞后的導(dǎo)壓管易造成液位測(cè)量 數(shù)值不準(zhǔn)確，尤其在超低液位時(shí)，廢液泵未停止排放 工作也未觸發(fā)相應(yīng)報(bào)警，需定期進(jìn)行維護(hù)維修。

    (2）磁翻板液位計(jì)十分依賴氣源的可靠供給，且 適合安裝在靜壓不高、測(cè)量精確度要求不高的場(chǎng)合，這不能滿足今后核電廠廢液管理系統(tǒng)對(duì)廢液檢 測(cè)系統(tǒng)不斷提高的要求，同時(shí)，空氣鼓泡還會(huì)引起 C14的排放。 

    

    3.2 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn) 

   （1）優(yōu)勢(shì) 

    (1)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在檢測(cè)時(shí)對(duì)所檢測(cè)的液體的 湍動(dòng)和泡沫有很強(qiáng)的抑制能力，其測(cè)量的結(jié)果基本 不受影響，特別適合經(jīng)常流動(dòng)的液體，它還能夠準(zhǔn) 確、快速地測(cè)量不同的介質(zhì)，探頭幾乎不受溫度、壓 力、氣體等的影響。 

   （2）因?qū)Рɡ走_(dá)液位計(jì)直接安裝在被測(cè)廢液罐體 上方，其構(gòu)造只有液位計(jì)本體、導(dǎo)桿和增加的信號(hào) 處理儀表，其他系統(tǒng)無(wú)參與，所以整個(gè)檢測(cè)裝置結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)少，具有低維護(hù)，高性能、高精度、高 可靠性，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。 

   （2）劣勢(shì) 

    導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)需和配套的分析儀表一起使用，設(shè)備較為昂貴，十分依賴供應(yīng)商的技術(shù)和供貨能力。

    綜上，隨著核電廠在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的要求逐漸提高，磁翻板液位計(jì)在核電廠廢液液位測(cè)量方面的缺點(diǎn)越來(lái)越凸顯，為了使核電廠放射性廢液管理系統(tǒng)能夠順暢、平穩(wěn)運(yùn)行，可選擇導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)替代磁翻板液位計(jì)。

 

    4 液位計(jì)的安裝

    4.1 可行性分析

    在選擇導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)替代原有的吹氣液位計(jì) 前必須合理分析導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)更替的可行性，并 通過(guò)一定的方法驗(yàn)證設(shè)備安裝完后的有效性。 

    （1）更替設(shè)備的功能性 核電廠廢液管理系統(tǒng)的液位測(cè)量控制裝置采用磁翻板液位計(jì)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)液位探頭所測(cè)的差壓信號(hào)經(jīng) 過(guò)儀表管線進(jìn)入變送器后輸出電流信號(hào)至顯示表 顯示液位，同時(shí)該信號(hào)遠(yuǎn)傳至報(bào)警模塊和其他開關(guān) 模塊，其中變送器、顯示儀表使用40V直流供電盤 柜供電，報(bào)警模塊及開關(guān)模塊使用120V交流電盤柜 供電。 

    與其相比，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)采用如圖3的接線 方式，不再單獨(dú)采用DC40V供電模塊為液位和顯 示儀表供電，而是通過(guò)配套的信號(hào)分析儀表輸出 DC40V給液位計(jì)、變送器及液位顯示儀表，同時(shí)新 增的信號(hào)處理儀表替代了原來(lái)液位測(cè)量系統(tǒng)的報(bào)警 模塊和開關(guān)模塊。 

    兩者相較，使用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，將會(huì)改變測(cè) 量液位的方式，報(bào)警模塊和開關(guān)模塊會(huì)被信號(hào)處理 儀表替換，同時(shí)去除DC40V供電模塊，改為信號(hào)處 理儀表為液位計(jì)、變送器和顯示儀表供電，但液位 測(cè)量控制系統(tǒng)的核心功能不變，通過(guò)配套儀表實(shí)現(xiàn) 控制功能。因此使用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)替代吹氣式液 位計(jì)的主要功能不變，設(shè)備結(jié)構(gòu)更少，精確度更高， 數(shù)字化儀表符合電廠控制需要。 

    （2）更替設(shè)備的安全性

    更替的設(shè)備為一體化導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，是數(shù)字化的儀控儀表設(shè)備，安裝后維修維護(hù)頻次減少，測(cè)量精度高，有助于廢液管理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；所涉安裝設(shè)備為非核級(jí)產(chǎn)品，檢修工作不涉及高風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)容也不會(huì)影響核電廠日常的生產(chǎn)工作；在安裝過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生污染物，對(duì)環(huán)境不會(huì)存在不利的影響，更替設(shè)備滿足《核電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定》、《核電廠電氣、儀表和控制設(shè)備的安裝、檢查和試驗(yàn)要求》、《工業(yè)安全守則》等規(guī)定的要求，安全性得到保證。

    （3）更替設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)性設(shè)備失效的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在廢液管理系統(tǒng)內(nèi)未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，可能會(huì)發(fā)生失效的情況，這將造成液位檢測(cè)缺失、異常報(bào)警、泵的異常啟停等風(fēng)險(xiǎn)。此類風(fēng)險(xiǎn)可通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案、人為監(jiān)控等措施進(jìn)行合理消除，使新增設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)降到zui低。

    結(jié)合分析導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在廢液管理系統(tǒng)更替安裝的功能性、安全性及風(fēng)險(xiǎn)性可知，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的功能滿足需求，安裝使用較為安全，且風(fēng)險(xiǎn)可控，可以進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的安裝工作。

    4.2 安裝內(nèi)容通過(guò)主體安裝、輔助安裝、難點(diǎn)安裝3部分的選擇對(duì)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行更替，主要內(nèi)容如下：

    （1）核電廠廢液管理系統(tǒng)的主體工作是拆除吹 氣式液位計(jì)、安裝新增導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)及其信號(hào)處 理儀表。

    （2）除了做好主體結(jié)構(gòu)的施工工作外，還需要 做好施工前期準(zhǔn)備、配套線路鋪設(shè)、供電盤柜修改 等輔助安裝工作。 

    （3）安裝過(guò)程中的難點(diǎn)主要集中于儀表管線 的敷設(shè)，針對(duì)在核電廠實(shí)行儀表管線敷設(shè)時(shí)穿越的 房間多，涉及的區(qū)域廣，風(fēng)險(xiǎn)大的問(wèn)題成立儀表管 線敷設(shè)專項(xiàng)組，制定專項(xiàng)的作業(yè)計(jì)劃和質(zhì)量計(jì)劃， 合理安排工期進(jìn)行施工。 

    4.3 功能驗(yàn)證及效果 

    （1）驗(yàn)證方法 在導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)更替完成后，可通過(guò)以下兩 種驗(yàn)證方式進(jìn)行效果檢查。 

    1）單獨(dú)驗(yàn)證 

提供模擬信號(hào)，驗(yàn)證分析儀表的信號(hào)狀態(tài)和處 理分析正確性和及時(shí)性；增加或減少箱體內(nèi)液位， 檢查液位測(cè)量的數(shù)值與實(shí)際是否相同；將箱體內(nèi)液 位增加或減少到報(bào)警設(shè)定值，檢查報(bào)警信號(hào)燈是否 正確指示。 

    2）聯(lián)合驗(yàn)證 確認(rèn)單獨(dú)驗(yàn)證無(wú)問(wèn)題后將該液位測(cè)量控制系統(tǒng) 投入到核電廠日常工作中，至少持續(xù)運(yùn)行一個(gè)大修間隔期，將聯(lián)合驗(yàn)證期內(nèi)的系統(tǒng)問(wèn)題總結(jié)比較。

 

    （2）安裝效果 在廢液管理系統(tǒng)內(nèi)正確安裝導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)替代磁翻板液位計(jì)后，經(jīng)驗(yàn)證，效果顯著，具體如下： 

    1）系統(tǒng)運(yùn)行順暢，相較于磁翻板液位計(jì)易堵塞 導(dǎo)氣管導(dǎo)致液位測(cè)量不準(zhǔn)引起系統(tǒng)的誤報(bào)警、廢液 排放泵異常啟停等狀況，某核電廠在安裝導(dǎo)波雷達(dá) 液位計(jì)后，一年內(nèi)系統(tǒng)未發(fā)生一起因測(cè)量裝置而產(chǎn) 生的誤報(bào)警或液位測(cè)量明顯漂移的缺陷，系統(tǒng)穩(wěn)定 性提升。

    2）設(shè)備缺陷和維護(hù)量減少，經(jīng)過(guò)跟蹤對(duì)比某核 電廠廢液管理系統(tǒng)缺陷可知，在使用導(dǎo)波雷達(dá)液位 計(jì)更替安裝前后的系統(tǒng)缺陷數(shù)量大幅較少。如圖4所 示，2017年采用的是磁翻板液位計(jì)，在5~11月半年中 累計(jì)發(fā)生缺陷和定期維護(hù)共為7次，2018年上半年 經(jīng)過(guò)液位計(jì)的變更安裝使用后，同時(shí)段發(fā)生的缺陷 只有2次，減少了71.4%，效果顯著。 

    5 結(jié)束語(yǔ) 使用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量液位不受設(shè)備形狀的 影響，也不受介電常數(shù)、溫度、壓力與密度等條件變 化的影響，測(cè)量結(jié)果具有高精度、可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)， 配套的數(shù)字化儀表多項(xiàng)功能可供選擇，能很好地適用于核電廠廢液的液位測(cè)量。在科學(xué)分析該類型液位計(jì)的可行性后按施工方案實(shí)現(xiàn)液位計(jì)的替換安裝，可減少?gòu)U液管理系統(tǒng)發(fā)生的相關(guān)缺陷，進(jìn)一步降低設(shè)備的維護(hù)量和維修成本，此類技術(shù)改造值得推廣。