1 超聲波液位計原理

         通過液位計探頭振動，發(fā)出脈沖波，遇被測水面被反射，折回的反射回波被同一探頭接收，測出波返回的時間，即可探測出液位高度。超聲波液位計在工程領(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，其中放射性廢液系統(tǒng)用來收集核電廠啟動及運(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，罐體分別為安全殼地坑，化學(xué)廢液箱液位計，RCDT（反應(yīng)堆冷卻劑疏水箱），真空脫氣塔的分離器，廢液監(jiān)測箱液位計，廢液暫存箱 ；放射性固體廢物主要應(yīng)用于廢樹脂儲存罐液位監(jiān)測。在這些液位計投運(yùn)期間，發(fā)生了多起液位計跳變及測量不準(zhǔn)現(xiàn)象，造成的泵誤啟動，泵跳閘，樹脂罐體溢流等異常事件，本文將對這些事件進(jìn)行分類闡述。

 

2 超聲波液位計測量過程中缺陷及影響因素

2.1 安裝位置對測量影響

         放射性廢液系統(tǒng)的14臺SCCS型超聲波液位計中，有11臺在完成單體調(diào)試后，實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，罐體中無水，液位計顯示滿水，或者液位計顯示壞點(diǎn)，罐體注排水過程中會有偶發(fā)性液位跳變，放射性固體廢物系統(tǒng)中有2臺也出現(xiàn)相同缺陷。超聲波液位計在發(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探頭能夠深入到所測罐體中 ；若沒有深入罐體內(nèi)部，而是安裝到罐頂?shù)囊何挥嫻茏�，則要求這個管嘴直徑比探頭直徑越粗越好，管嘴長度越短越好，這樣可以避免波打到罐體壁面，或者探頭受到擠壓，造成探頭振動受阻。在熱試過程中，這些液位計均發(fā)生了不同程度的測量偏差及跳變現(xiàn)象，原因是與這些罐體相連的隔膜泵啟動后，罐體有不同程度的振動現(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)測箱液位計，也出現(xiàn)上述缺陷，雖然與上述液位計均是同一數(shù)據(jù)表，但是這三臺液位計選用了另一廠家的液位計。該廠家文件中有明確說明，探頭至少應(yīng)該深入罐體10cm，現(xiàn)場將罐頂長管嘴截短，將探頭深入到罐體內(nèi)部，由于液位計探頭尺寸僅有1.97英寸，深入罐體時未與切割后的管嘴接觸，改變安裝方式后，液位計運(yùn)行穩(wěn)定。在壓水堆核電廠其他大型罐體，如硼酸儲存箱、設(shè)備冷卻水波動箱也裝有超聲波液位計，均沒有存在上述安裝問題，測量監(jiān)視結(jié)果一直較為穩(wěn)定。液位計探頭振動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)境下的液位計失準(zhǔn)的直接原因。

 

2.2 蒸汽對測量影響

         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，在這過程中 RCDT 至放射性氣體廢物系統(tǒng)閥門保持開啟，RCDT壓力在0~0.04MPa（G）。穩(wěn)壓器共排氣兩次。排氣后，RCDT液位計異常波動，且顯示為滿量程。

 

         從穩(wěn)壓器至 RCDT 排氣時，閥門打開瞬間即發(fā)現(xiàn) RCDT壓力上漲，說明雖然管線較長，但用時較短，可以認(rèn)為排氣過程是絕熱過程。查詢水和蒸汽性質(zhì)表，根據(jù)等熵過程計算得出，排向 RCDT 介質(zhì)對應(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)際過程會產(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，并且蒸汽會在探頭上結(jié)露，造成測量發(fā)出去的波瞬間返回。

 

2.3 壓力波動對測量影響

         異常工況描述 ：執(zhí)行安注箱降壓排氣，從安注箱排氮?dú)庵?RCDT，再排向放射性氣體廢物系統(tǒng)側(cè)，在整個排氣過程中，RCDT 壓力由0波動至70kPa，RCDT 液位計在壓力剛剛升高時，劇烈波動，在壓力升高期間，液位也在波動，在執(zhí)行完成安注箱排氣操作后，

         RCDT 壓力恢復(fù)正常值，液位計也穩(wěn)定到之前顯示值。工況分析 ：RCDT 正常運(yùn)行時，低液位至罐頂?shù)臍饪臻g僅有2.4m3，氮?dú)馀湃肓髁�，設(shè)計文件并未做限制，壓力變化屬正常設(shè)計工況。

 

         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，同時排氣的初始階段液位出現(xiàn)劇烈跳動，是由于排氣瞬間，RCDT 氣體密度不均勻，超聲波出現(xiàn)折射，造成液體計出現(xiàn)失波現(xiàn)象。

 

3 結(jié)論

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

         2）超聲波液位計不能用于存在蒸汽相的罐體液位測量中。設(shè)計和采購選型時應(yīng)當(dāng)對罐體的運(yùn)行工況有全面的了解，對于存在蒸汽相的罐體液位計可用選雷達(dá)式液位計。

         3）壓力對超聲波液位計測量的非常主要影響是造成失波，引起液位跳動，這一點(diǎn)可以通過在數(shù)據(jù)處理端加入濾波來屏蔽，避免液位波動。