摘 要: 核設施的放射性廢液收集與處理系統通常采用吹氣式液位計，本文根據一次吹氣式液位計的故障，基于其現象及試驗進行故障分析，得到壓差變送器和吹氣系統管路對儀表測量值的具體影響，并通過現場排查確定故障原因，總結吹氣式液位計故障分析策略，目的是在液位計故障發生后，可以通過實際現象精準快速地判斷故障原因，完成維修，保障核設施正常運行的同時，減少運行和維修人員的受照劑量，降低維修成本。

前言

放射性廢液的收集是反應堆運行與退役的重要環節，放射性廢液的液位測量更是十分重要，吹氣式液位計是目前非常適合的測量儀表，它不但精度高、反應快，還有非接觸的特點儀表不安裝于放射性較高且密閉的罐體中，可以讓檢修人員在放射性計量相對小很多的開闊房間檢修。［1］同時，吹氣式液位計也被廣泛應用于化工、石油等產業的受限場所和惡劣環境中。［2］在儀表故障時，維修階段一般比較安全，但在排查階段會耗費大量時間和精力，增加維修人員受照劑量和受害風險。本文基于一次吹氣式液位計的故障分析與處理過程，總結其故障分析策略，幫助維修人員快速確定病因，減少受照劑量及維修成本。 

1 工作原理簡介

1. 1 系統簡介

放射性廢液收集與轉運系統，主要功能是將反應堆調試與運行期間產生的放射性廢液進行收集，并轉運至三廢處理中心，系統由收集管路、供氣管路、吹氣式液位計、放射性廢液貯罐、轉運管路、轉運泵和相應閥門組成。貯罐設有高液位報警、低液位報警。 

1. 2 吹氣式液位計原理

吹氣式液位計主要由吹氣裝置、差壓( 壓力) 變送器和吹氣管路三部分組成，［3］原理如圖 1 所示，由低壓空氣系統來的( 0. 5 ～ 0. 7) MPa 的壓縮空氣進入吹氣裝置的恒流閥，調節至( 0. 2 ～ 0. 4) MPa 后進入浮子流量計，分別經吹氣管恒定的從 A、C 處吹氣，A 處應均勻的冒出少量氣泡。由于從吹氣管排出的氣體流量非常小，A 處氣體壓力 PA 與液體介質的壓力相等，B 處氣體壓力 PB 等于 PA 加上 A、B兩處之間的壓力差 ΔPAB，吹氣管 D 處氣體壓力 PD等于 C 處氣體 PC 加上 C、D 兩處之間的壓力差ΔPCD。通過差壓變送器測量 B、D 兩處的壓力差ΔPBD 即可得到容器的液位高度 h。

 PA － ρ·g·h = PC PB = PA + ΔPAB

可得出: PB = PC + ΔPAB + ρ·g·h 

PD = PC + ΔPCD 

ΔPBD = ρ·g·h + ΔPAB － ΔPCD

式中: ρ———液體密度; g———重力加速度。

由于 AB 的距離和 CD 的距離一致、流量一致， AB、CD 之間的壓力差也相等，因此: ΔPAB = ΔPCD

所以: ΔPBD = ρ·g·h

通過測量 ΔPBD 就可計算出容器內液位高度 h。

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2 吹氣式液位計故障處理

2. 1 故障現象

反應堆運行期間，會不定期排放放射性廢水，一次放射性廢水排放的過程中，運行人員接到廢液排放指令后，液位長時間處于1530mm 未變化，但高液位報警已觸發，立即確認廢水排放狀態，發現排水正常后，判斷為液位計故障，立刻通知停止排水，但為時已晚，已有部分放射性廢水溢流在貯罐房間中。

如圖 2 所示，查詢歷史記錄，并根據廢液排放量進行估算分析，在前一次排水時，接收至 1530mm 時液位不再變化，誤認為已接收完成，但此時液位計已發生故障且持續接受廢水，實際液位經估算已超過1530mm，在第二次接收時，高液位報警時未及時停止接收廢水，導致廢水溢流情況。

通過排水時液位測量值的變化，進一步確認液位計故障原因，如圖 3 所示，啟泵后流量顯示正常，但液位測量值沒有下降，經檢查運轉正常。啟泵后5min 發現貯罐高液位報警解除，但液位計測量值無變化。進一步觀察發現，啟泵的 12min 后，液位開始出現明顯的下降，直到排至測量值為 100mm 左右，根據運行經驗，發現液位降低速率略低于正常轉運時的速率。

2. 2 故障原因分析

由故障現象可知，液位計無法測量 1530mm 以上的數據，并且可能存在測量值低于實際液位值的情況。根據吹氣式液位計的測量原理，可分為兩部分進行故障分析: 壓差變送器和吹氣系統。［6］

 2. 2. 1 壓差變送器故障

( 1) 壓差變送器未歸零，可能在停表后電流輸出為負值，導致測量值偏低; ( 2) 壓差變送器測量部分或電路部分問題，導致測量偏小或電流輸出偏小。 

2. 2. 2 吹氣系統故障

吹氣系統故障直接影響測量數值，由于吹氣系統故障的多樣性，影響也不盡相同，所以設計如下試驗，確定吹氣系統不同故障對測量值的影響: ［5］

分別在壓力變送器 H 端和 L 端加裝一個三通氣閥，氣閥一端連接儀表管路，另一端放空。通過對三通氣閥的開關模擬儀表管路漏氣與堵塞的情況，管路端常開，放空端常關，關閉管路端模擬管路堵塞，開啟放空端模擬管路漏氣。為驗證不同管路漏氣與堵塞對測量的影響，首先預留 1003mm 水，以保證 1000mm 的液位變化余量，再分別設置 H 端漏氣、H 端堵塞、L 端漏氣、L 端堵塞 4 組實驗，4 種情況下，閥門開度每變化 10% 測量一次，為保護儀表，試驗過程中若發現測量數值變化不大或接近高、低量程時，停止閥門變化，記錄數據，如圖 4 所示。

根據 ΔPBD = ρ·g·h 分析，當 H 端壓力偏高或 L端壓力偏低時，ΔPBD 值增大，顯示液位顯示偏大; 當 H 端壓力偏低或 L 端壓力偏高時，ΔPBD 值減小，顯示液位顯示偏小，［7］與實驗數據趨勢相同。

故吹氣式液位計吹氣系統可能存在以下故障: ( 1) L 端吹氣管路堵塞或 H 端管路漏氣，導致測量值偏低，在測量值為 1530mm 時儀表本身已達非常高量程; ( 2) 氣源壓力過低，液位在 1530mm 以上時無法克服液體壓力，使 A 管口冒泡不均勻或無法冒泡，導致測量不到 1530mm 以上的液位; ( 3) 吹氣裝置的玻璃浮子流量計故障堵塞導致供氣壓力過低，使 A 管口冒泡不均勻或無法冒泡，導致測量不到 1530mm 以上的液位。 

2. 3 實際處理情況

針對以上分析出的 5 種故障原因，在現場根據檢查方法由易到難的步驟進行排查: ( 1) 檢查壓差變送器是否歸零現場將三閥組的連接閥開至全開狀態，即令壓差變送器 H、L 端連通，壓差為零。此時測量液位為( 0 ± 2) mm，故排除壓差變送器未歸零情況。 ( 2) 檢查氣源壓力是否正常查看低壓壓縮空氣系統，機組正常運行，各參數穩定，供氣正常，系統閥門開度正常。于吹氣裝置進氣口處查看就地壓力表，示數在( 0. 5 ～ 0. 6) MPa 間輕微波動，符合吹氣裝置對氣源要求的( 0. 4 ～ 0. 8) MPa范圍故排除氣源壓力不夠的情況。 ( 3) 檢查吹氣裝置的玻璃浮子流量計是否正常就地打開吹氣裝置儀表箱，觀察各玻璃浮子流量計，流量計外觀完好，浮子在 70% 位置，符合要求，調節流量調節閥，浮子可以上下浮動，故排除玻璃浮子流量計故障堵塞問題。 ( 4) 檢查吹氣管路 H 端是否漏氣現場利用檢漏噴霧，對 H 端管路的接口與焊縫進行檢漏，發現壓差變送器進氣口接口處出現明顯的鼓泡現象，存在漏氣問題，判斷 H 端管路漏氣導致測量液位值偏低的故障。

用扳手緊固了接口處的螺母后，用檢漏噴霧驗證不再漏氣，其余焊縫和接口均無漏氣現象。 ( 5) 將壓差變送器送校驗機構檢測，結果為儀表測量處于允許誤差范圍內，排除壓差變送器測量部分或電路部分故障。 

2. 4 測量準確性驗證

對維修完成后的吹氣式液位計測量準確性進行驗證。由于貯罐存放于密閉空間，且有較高放射性劑量，無法進行包含吹氣系統在內的儀表現場檢定，故采用卷尺進行粗略測量。

打開低放廢液貯罐頂蓋，間斷向貯罐注水至高液位報警，利用卷尺粗略測量實際液位高度，并與吹

氣式液位計測量值進行比對，如圖 5 所示。觀察到儀表測量值均比實際測量值低 100mm 左右，由于防止雜質進入管道，H 端吹氣管口距離罐底 100mm，而實際測量時將卷尺伸至罐底，且忽略卷尺測量的較大誤差，故證明吹氣式液位計測量準確，H 端管路漏氣為故障原因。

3 吹氣式液位計故障分析策略

放射性廢液處理普遍采用吹氣式液位計，本文提出幾項吹氣式液位計故障分析的策略，故障出現時，幫助維修人員根據測量數據變化現象，利用相應的排查方案，快速判斷故障原因，減少就地排查時間，降低維修成本和維修認員受照劑量。 3. 1 液位顯示偏大

3. 1. 1 故障現象

液位測量值比實際液位值偏大。 

3. 1. 2 可能原因

( 1) 氣源壓力過大導致壓差過大。 ( 2) 壓差變送器零點出現正向偏移。 ( 3) 吹氣系統 L 端管路漏氣使壓差變大。 ( 4) 吹氣系統 H 管路堵塞使壓差變大。 

3. 1. 3 排查方案

( 1) 檢查吹氣裝置進氣口壓力和玻璃浮子流量計。 ( 2) 打開三閥組的連通閥，觀察液位顯示是否為零( 3) 用檢漏噴霧檢查 L 端管路法蘭、焊縫、連接

處是否漏氣。 ( 4) 檢查玻璃浮子流量計是否正常，并進行吹

氣試驗檢查 H 端管道是否堵塞。 3. 2 液位顯示偏小

3. 2. 1 故障現象

當液位顯示與實際值偏小時。 3. 2. 2 可能原因

( 1) 氣源壓力偏小。 ( 2) 壓差變送器出現零點負向偏移。 ( 3) 吹氣系統 H 端管路漏氣使壓差變小。 ( 4) 吹氣系統 L 端管路堵塞使壓差變小。 

3. 2. 3 排查方案

( 1) 檢查吹氣裝置進氣口壓力和玻璃浮子流量計。 ( 2) 打開三閥組的連通閥，觀察液位顯示是否為零。( 3) 用檢漏噴霧檢查 H 端管路法蘭、焊縫、連接處是否漏氣。 ( 4) 檢查玻璃浮子流量計是否正常，并進行吹氣試驗檢查 L 端管道是否堵塞。 

4 結束語

本文針對一次吹氣式液位計的故障，基于故障現象和儀表測量原理，采用理論分析和試驗分析的方法，從壓差變送器和吹氣系統兩方面判斷故障原因，順利解決了問題，并提出吹氣式液位計故障的分析策略，可以有效的減少維修成本，提高維修效率。

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