姬良效 高維倫

（秦山核電運行四處，浙江 嘉興 314300）

0 引言

電廠運行過程中有大量的系統(tǒng)需要監(jiān)測液位的變化。在液位測量中主要使用的液位計類型包括傳統(tǒng)可視液位計、磁翻板式液位計、浮球式液位計、壓力式液位計、超聲波式液位計等。在以上幾種液位計類型中，壓力型液位計，由于其壓力信號測量方便，設備簡單，在核電廠內廣泛應用。本文主要討論的是壓力型液位計在電廠內的具體應用和在實際運行過程中發(fā)生過的異常事件，對其進行了分析并提出了優(yōu)化的建議。

1 壓力式液位計工作原理

1.1 靜力學基本方程式

設：敞口容器內盛有密度為ρ的靜止流體，取任意一個垂直流體液柱，上下底面積均為Am2，作用在上、下端面上，并指向此兩端面的壓力分別為：該液柱在垂直方向上受到的作用力有P1、P2，

上式均稱為流體靜力學基本方程式，它表明了靜止流體內部壓力變化的規(guī)律，即靜止流體內部某一點的壓強等于作用在其上方的壓強加上液柱的重力壓強,測得系統(tǒng)內部壓強，可以計算系統(tǒng)內液柱高度。

1.2 差壓式液位計工作原理

差壓式液位計應用差壓計或差壓變送器來測量變送器液位，是目前應用的最廣泛的一種液位測量儀表。差壓式液位計是利用容器內液位改變時，由液柱產生的靜壓也相應變化的原理工作的。差壓式液位計一端接液相，另一端接氣相時，根據流體靜力學基本方程，變送器正室受到的壓力為

式中：H為液位高度；ρ為介質密度；g為重力加速度；P氣為氣相壓力。

通常，被測介質的密度是已知的，因此測得差壓值就能知道液位高度。

若被測容器是敞口，氣相壓力為大氣壓力，則差壓變送器的負壓室通大氣就可以了，這時也可以利用壓力變送器或壓力計來直接測量液位的高低。

2 壓力式液位計異常分析

2.1 REA水箱浮頂工作導致液位上漲

REA系統(tǒng)設計兩個補給水箱，REA001/002BA來貯存除氧水，供兩套機組共同使用。為防止水箱內的水復氧，兩個水箱頂蓋均采用浮頂結構和橡膠隔膜密封，兩個水箱均配有監(jiān)測液位和溫度的測量儀表。

以REA001BA為例水箱設置有液位相關儀表如下：109MN：測量水箱液位，壓力式液位計。101SN：測量浮頂液位，并且確保8TEP012/013PO停運。103SN：水罐高液位時停運8TEP012/013PO。105SN：水罐容積達到80m3時在4號機組報警。107SN：水罐容積達到80m3時在3號機組報警。109SN：在機組控制盤上實現以下報警（并送往KIT）

——20m3容積，低低液位，泵有氣蝕風險。

——127m3容積（107m3有效容積）警告已經接近冷停堆要求的容積限值。

——180m3容積（160m3有效容積）兩個機組投運時冷停堆要求的限值。

——高液位報警信號。

壓力式液位計的測量原理依據靜力學基本方程：h=（P2-P0）/ρg

通過測量系統(tǒng)內部某點壓力，在已知水箱背壓保持不變的情況下，可以換算出水箱液位數據。

在某電站運行過程中發(fā)生過REA水箱液位異常上漲的事件：某日主控操作員查看數據,發(fā)現正處于供水的8REA002BA液位異常上漲，由8.68m（實際初始液位）開始持續(xù)上漲。主控操作員查看計劃，發(fā)現有兩項工作正在開工，分別是8REA002BA浮頂加100kg配重，補給水箱增加背壓水，立刻聯系現場工作負責人，中止其工作。此時液位計已經漲到9.03m（與實際液位偏差35cm），后穩(wěn)定。

在該次事件中，由于浮頂加水、加配重后，導致水罐表面背壓增加，P2=P0+ρgh增加，導致液位計MN測量的液位增加，但水容積沒變。經驗教訓：對于涉及影響系統(tǒng)背壓的工作，要在工作編制校核審批的過程中識別出來，升級完善規(guī)程和操作票，明確工作存在的風險，在已經產生后果的情況下，要能及時定位到影響系統(tǒng)狀態(tài)的工作內容，及時干預。

2.2 入口壓力表事故下監(jiān)測乏燃料液位失真

某電廠未設計地震，乏燃料液位異常下降后造成的超設計基準事故工況下的檢測功能。根據福島核事故經驗反饋，上述事故工況下監(jiān)測乏燃料水池的液位，對事故的處理有很大幫助。因此，電廠通過技改，PTR001PO入口壓力表換為雙刻度儀表，通過靜壓轉換，技改后的PTR029LP既可以顯示壓力，也可以顯示水位，用于事故下監(jiān)測乏燃料水池液位。

在PTR001PO運行時，由于流體產生壓力，會導致測量不準，在PTR泵運行時，乏燃料水池19.38m對應029LP讀數約19m。事故狀態(tài)下需要注意的事項：以上壓力與液位的轉換，通過靜壓轉換而來，電站正常運行過程中乏燃料水池房間通風系統(tǒng)維持負壓，029LP的液位讀數是在房間負壓固定的前提下得出的，根據靜力學基本方程h=（P2-P0）/ρg可知，乏燃料水池房間壓力P0改變，029LP標定的讀數也不再準確。如果事故狀態(tài)下K廠房通風出現問題，乏燃料水池房間無法維持負壓或負壓產生變化，就地PTR029LP的讀數將不再準確，據此判斷乏燃料水池液位將對運行人員判斷產生誤導。事故狀態(tài)下監(jiān)測乏燃料水池液位一定要結合乏燃料水池房間當時的真實壓力情況。

2.3 低壓加熱器液位計管線蒸汽冷凝

低壓加熱器，通過加熱循環(huán)水，提高循環(huán)熱效率。每臺低壓加熱器裝有就地翻板式液位計和差壓式液位計對低壓加熱器液位進行測量，此外還配有液位開關對低壓加熱器水位進行控制。

表1 壓力與液位對應值

低壓加熱器正常疏水通過逐級自流方式，依次通過各低壓加熱器流向凝汽器，緊急疏水通過緊急疏水閥排向凝汽器，正常疏水閥和緊急疏水閥由DCS進行控制，當低壓加熱器水位達到限值后，液位開關動作，迅速打開緊急疏水閥，進行排水。

2.4 低壓加熱器液位計和液位開關

每個低壓加熱器有四個液位開關以實現以下功能：（1）低壓加熱器高、低水位報警。（2）高高水位時迅速打開緊急疏水閥。（3）高高高水位時隔離受影響的加熱器。（4）低壓加熱器重新投入以前，證實水位已恢復正常。因此低壓加熱器液位計和液位開關的準確測量和正常工作對低壓加熱器的狀態(tài)監(jiān)測和保護動作起到至關重要的作用。

2.5 低壓加熱器液位計管線蒸汽冷凝問題分析

2016年3月，某電廠低壓加熱器4ABP101RE液位突然上漲，觸發(fā)3高信號，導致一號低壓加熱器解列，液位恢復正常后，重新投運。后現場對比2A/3A低壓加熱器檢查發(fā)現1A低壓加熱器液位計管線未裝保溫層，隨后緊急對1A低壓加熱器保溫層進行恢復。

4月，現場人員發(fā)現4ABP101RE就地液位計101LN顯示1 000mm，檢查確認為真實液位，根據檢修方案，強制4ABP110/101SN為0，避免101RE解列，采用加熱方式對MN/SN液位計上部管線內的冷凝水蒸發(fā)掉后，101/102/103MN快速上漲至滿量程，手動干預將液位排至650mm后，解除強制。

當液位計上部管線積水后，導致液位計無法獲得低壓加熱器氣相空間的準確壓力，差壓式液位計和液位開關功能失效。

造成液位計管線上部積水的原因可能有以下幾個：（1）管線缺乏保溫或保溫失效，導致在管線溫度低處，蒸汽冷凝。（2）管線較長，水平管段容易積水，越積越多。（3）管線布置不合理，管線上接口布置在低加最高處，蒸汽受熱會向上流動，熱蒸汽會沿著管線不斷流動，加大了蒸汽在管線內冷凝的可能性。

為了防止液位計管線積水，可以采取以下幾個措施：（1）保證液位計管線的保溫層完整有效。（2）現場加強巡檢觀察液位變化趨勢，發(fā)現異常，及時采用加熱方式消除管線上部冷凝液柱。（3）更改液位計上部管線布置方式，將上部管線接口移位到低壓加熱器上部側面。

3 結語

壓力型液位計，由于其壓力信號測量方便，設備簡單，在電廠內應用廣泛。

（1）對于靜壓式液位計，系統(tǒng)背壓改變將影響測量結果的準確性。（2）對于差壓式液位計，工作環(huán)境和現場布置會影響液位計能否測量到真實的壓力數據，進一步影響對液位測量的準確性。

通過分析此前電廠運行中出現的種種異常，了解壓力式液位計的原理和特點，以及運行過程中可能存在的問題。通過技術改造完善系統(tǒng)設計，優(yōu)化操縱規(guī)程，以及在操作中加強監(jiān)督來避免。前車之鑒值得反思。只有充分認識并理解壓力型液位計之后，才能夠避免重復同樣的錯誤。