周春燕，楊蘭菊，許 杰，冉?jīng)硸|，白 澤，劉辰龍

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院 第一研究所，成都 610000）

0 引言

廢液接收貯存系統(tǒng)用于分類接收核設(shè)施運(yùn)行、檢修、退役產(chǎn)生的各類放射性廢液，包括中低放廢液、事故應(yīng)急廢液、化學(xué)廢液、去污廢液等，也是進(jìn)行放射性廢液處理的第一道屏障。系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行，關(guān)系到廢物

處理中心的設(shè)備、運(yùn)行人員、周邊環(huán)境的安全。系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵在于可靠、穩(wěn)定的測(cè)量貯槽的液位，而放射性廢液的參數(shù)測(cè)量屬于特殊工況下的參數(shù)監(jiān)測(cè)。因此，在系統(tǒng)測(cè)量?jī)x表的設(shè)計(jì)選型中，既要考慮項(xiàng)目的安裝調(diào)試環(huán)境，還要考慮后期儀表的檢修和維護(hù)工作量以及人員的輻射防護(hù)安全。

圖1 吹氣式測(cè)量裝置工作原理Fig.1 The working principle of blowing type measuring device

吹氣式測(cè)量裝置是一種非接觸式液位計(jì)，特別適用于強(qiáng)腐蝕、高粘度、易結(jié)晶、放射性等特殊工況下的液體液位、界面測(cè)量[1]。除此之外，吹氣式測(cè)量裝置還可以對(duì)液體密度進(jìn)行測(cè)量，達(dá)到一舉多得的效果。雖然現(xiàn)有的非接觸式雷達(dá)、超聲波測(cè)量?jī)x表有較高的精確度，但是在很多特殊工況下，現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件很難滿足雷達(dá)、超聲波等儀表的安裝，大大影響了儀表的測(cè)量準(zhǔn)確性。相比之下，吹氣式測(cè)量裝置可以取得很好的應(yīng)用效果。

綜上所述，本文從放射性廢液接收貯存系統(tǒng)特殊性和現(xiàn)場(chǎng)安裝條件出發(fā)，結(jié)合非接觸式液位測(cè)量的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，采用吹氣式測(cè)量裝置來測(cè)量貯槽的液位和密度，并提出可靠的現(xiàn)場(chǎng)安裝方案。最后，總結(jié)分析了應(yīng)用調(diào)試中遇見的現(xiàn)象和問題。

1 應(yīng)用場(chǎng)景

根據(jù)GB18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)輻射工作場(chǎng)所分區(qū)的要求[2]，將放射性廢液接收貯存系統(tǒng)廠區(qū)分為控制區(qū)和監(jiān)督區(qū)，并考慮潛在事故發(fā)生后輻射水平的上升，將放射性控制區(qū)又劃為3種區(qū)域，即控制Ⅰ區(qū)、控制Ⅱ區(qū)和控制Ⅲ區(qū)。廢液接收貯槽主要布置在廠區(qū)一層的控制Ⅱ區(qū)和控制Ⅲ區(qū)，貯槽高度在6 m左右。連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表一般安裝在貯槽頂部或貯槽的側(cè)面，若將儀表直接安裝在貯槽上，儀表檢修需要從貯槽房間的底部通過扶梯到達(dá)設(shè)備頂部或是從二層平面的檢修孔到達(dá)廢液貯槽頂部，調(diào)試和運(yùn)行都極其不方便。

因此，對(duì)控制Ⅱ區(qū)和控制Ⅲ區(qū)的貯槽液位監(jiān)測(cè)儀表應(yīng)盡量安裝在監(jiān)督區(qū)和控制Ⅰ區(qū)，減少后期維護(hù)的工作量的同時(shí)，減少運(yùn)行維護(hù)人員輻射危害。目前，對(duì)放射性廢液的連續(xù)液位監(jiān)測(cè)應(yīng)用較為廣泛的儀表類型包括吹氣液位計(jì)、靜壓液位計(jì)[3]、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)[4]、磁浮筒液位計(jì)[5]等。項(xiàng)目選擇吹氣式測(cè)量裝置有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)[6-8]：

1）吹氣液位裝置除吹氣管外，儀表和傳感器部分無需與被測(cè)介質(zhì)接觸。儀表部分可根據(jù)需要安裝在非放區(qū)，維護(hù)時(shí)不會(huì)對(duì)維護(hù)人員造成輻射危害。除吹氣管需要定期吹洗保持通暢以外，無需其他額外檢修維護(hù)工作。靜壓液位計(jì)、磁浮筒液位計(jì)需要將傳感器部分直接投入到放射性廢液中，一旦傳感器部分異?；驌p壞，檢修非常困難。

2）非接觸式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)雖然精度較高，但廢液貯槽較高，所需較長(zhǎng)導(dǎo)波管，運(yùn)輸和安裝條件受限，往往需要后期人工焊接，而焊接頭在工程中很難保證內(nèi)壁光滑和導(dǎo)管嚴(yán)格垂直，將會(huì)大大影響測(cè)量精度。

3）超聲波液位計(jì)等非接觸式儀表自身受安裝短管長(zhǎng)度要求，不能穿出設(shè)備間遠(yuǎn)距離安裝，只能安裝在設(shè)備間槽罐頂部，不利于儀表調(diào)試和維護(hù)。

因此，采用吹氣式液位測(cè)量最適合現(xiàn)場(chǎng)工況的測(cè)量和安裝。吹氣法結(jié)果簡(jiǎn)單、安裝方便、價(jià)格低廉、維護(hù)方便。

2 吹氣式測(cè)量裝置工作原理

吹氣式測(cè)量裝置工作原理如圖1所示。從氣源引入的氣流經(jīng)過濾減壓組件，過濾掉氣流中的雜質(zhì)并減壓到一定值；再經(jīng)過轉(zhuǎn)子流量計(jì)和穩(wěn)壓組件、截止閥到達(dá)到測(cè)量吹氣管正腔和負(fù)腔、密度腔。穩(wěn)壓器的主要作用是穩(wěn)住流量計(jì)兩端壓力，將氣流壓力穩(wěn)定在稍高于被測(cè)介質(zhì)壓力附近，使氣流剛好能夠緩慢均勻的冒出氣管，測(cè)得幾乎接近介質(zhì)深h處的介質(zhì)壓力的氣流壓力。正、負(fù)腔氣流壓力經(jīng)三閥組接入差壓變送器，通過差壓變送器將正負(fù)腔壓差轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的模擬信號(hào)送到控制中心，也可通過變送器表頭直接顯示。同理，通過正腔、密度腔的氣壓差可以測(cè)得介質(zhì)密度，假設(shè)正、負(fù)腔到差壓變送器的氣壓損耗相等且忽略不計(jì)，那么液位計(jì)算公式如下：

其中，P正為正腔壓力，P負(fù)為負(fù)腔壓力，ρ為被測(cè)介質(zhì)密度（已知），g為重力系數(shù)（已知），h為液位高度。

同理，可以測(cè)得密度腔的壓力，那么密度計(jì)算公式如下：

其中，P正為正腔壓力，P密為密度腔壓力，ρ為被測(cè)介質(zhì)密度，g為重力系數(shù)，H為安裝固定高度（已知）。

3 吹氣式測(cè)量裝置組成及安裝

吹氣式測(cè)量裝置主要是由壓空管氣源、吹氣裝置、差壓變送器和管線組成。吹氣裝置集成了氣源接口、變送器接口、吹氣管接口、過濾減壓組件、浮子流量計(jì)，大大簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)安裝工序。氣源經(jīng)吹氣裝置處理后，輸出的氣流壓力能夠自動(dòng)跟隨吹氣管出口壓力的變化而變化，并保持輸出氣體流量穩(wěn)定。

圖2 吹氣式測(cè)量裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝圖Fig.2 The installation diagram of blowing type measuring device

現(xiàn)場(chǎng)安裝圖如圖2所示。貯槽布置在一層放射性區(qū)域，正常運(yùn)行情況下為常溫、常壓、密封。貯槽最高液位6m，廢液密度取1100Kg/m3，那么在廢液最高液位測(cè)得壓力為：

那么，選擇吹氣裝置和差壓變送器測(cè)量范圍為0kPa～65kPa。吹氣裝置和差壓變送器根據(jù)放射性隔離需要，布置在貯槽區(qū)對(duì)應(yīng)的二層監(jiān)督區(qū)墻面，只需選用普通壓力變送器而不需要耐腐蝕耐輻照材質(zhì)變送器。既能滿足放射性隔離要求，又方便調(diào)試檢修。吹氣管經(jīng)預(yù)埋管穿樓板進(jìn)入放射性貯槽區(qū)，與貯槽設(shè)備上預(yù)留的引壓管焊接而成。選用的吹氣裝置吹氣管長(zhǎng)度可達(dá)30m?，F(xiàn)場(chǎng)具體安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）吹氣式測(cè)量裝置安裝的高度不得低于被測(cè)液位最大液位高度，以防發(fā)生廢液倒灌堵塞吹氣管。

2）吹氣裝置必須垂直安裝，以保證浮子流量計(jì)垂直，即浮子流量計(jì)的玻璃管不允許有明顯傾斜。

3）吹氣管正腔、負(fù)腔不得反接。吹氣管長(zhǎng)度應(yīng)不超過允許的最大長(zhǎng)度，水平部分應(yīng)有一定坡度。正腔吹氣管底部應(yīng)留有0.1m～0.2m的測(cè)量盲區(qū)，有利于氣泡溢出，同時(shí)防止貯槽底部沉降雜質(zhì)堵塞吹氣管。

4）吹氣裝置安裝完畢后，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢漏，以確保各接口的密封性，否則將影響測(cè)量準(zhǔn)確性。

4 調(diào)試及總結(jié)

安裝完畢后進(jìn)行裝置調(diào)試。首先，將差壓變送器與引壓管斷開放空，以免壓力突增損壞差壓變送器。在正腔、負(fù)腔通大氣的情況下，打開氣源進(jìn)氣閥、過濾減壓組件，將減壓閥輸出壓力調(diào)至所需值。調(diào)節(jié)完畢后，調(diào)節(jié)浮子流量計(jì)，將浮子均勻調(diào)節(jié)至2/3處的流量大小（也可根據(jù)實(shí)際工況需要調(diào)至合適的吹氣流量）。待吹氣管穩(wěn)定地吹出氣泡后，吹氣裝置即可投入運(yùn)行。吹氣裝置調(diào)試完畢后，將差壓變送器恢復(fù)原樣。差壓變送器調(diào)零即可。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行后，影響測(cè)量準(zhǔn)確度的主要是以下幾點(diǎn)問題：

1）氣源壓力波動(dòng)，導(dǎo)致吹氣管流量不穩(wěn)定。主要是因?yàn)檎{(diào)試期間氣源管少許泄漏造成，檢查緊固后該問題消失。

2）正腔、負(fù)腔流量不一致，導(dǎo)致測(cè)量存在誤差。正腔、負(fù)腔吹氣管反接，導(dǎo)致測(cè)量液位為負(fù)值。

3）接頭漏氣，導(dǎo)致測(cè)量液位比實(shí)際液位偏低。由于從氣源到吹氣管接頭較多，在安裝調(diào)試時(shí)應(yīng)逐一檢查各接頭是否密封。

4）高液位時(shí)，出現(xiàn)測(cè)量液位值不變。原因是調(diào)試液位過高，水位超出測(cè)量范圍將負(fù)腔淹沒，導(dǎo)致正腔、負(fù)腔壓差不變。

5 結(jié)論

吹氣式測(cè)量裝置屬于非接觸式測(cè)量?jī)x表，除吹氣管需要和放射性廢液接觸以外，其余吹氣裝置和變送器可按隔離或現(xiàn)場(chǎng)安裝條件選擇合適的位置，且現(xiàn)有集成式吹氣裝置大大簡(jiǎn)化安裝工序。除具有連續(xù)液位監(jiān)測(cè)功能外，如需增加密度測(cè)量功能，只需增加一根吹氣管和一臺(tái)差壓變送器。

總之，吹氣式測(cè)量裝置使用壽命長(zhǎng)、故障率低，運(yùn)行維護(hù)工作簡(jiǎn)單，依靠穩(wěn)流控制器使吹氣流量穩(wěn)定，測(cè)量精度高。但該裝置對(duì)氣源質(zhì)量要求高，對(duì)管路密封性和通暢性要求嚴(yán)格，管路漏氣或堵塞時(shí)產(chǎn)生虛假信號(hào)。