雷达液位计在GSS系统疏水箱液位测量中的故障分析及处理

自方家山机组投入运行以来，每个疏水箱上的3 支雷达液位计均存在数值有偏差的情况，尤其是在升功率过程中液位测量偏差较大，对疏水调节控制产生影响。结合GSS 系统疏水箱液位调节特点及历史缺陷情况，分析了疏水箱雷达液位计产生数值偏差的原因，提出更换雷达液位计液位计安装方式的措施，对雷达液位计液位计进行移位设计。改造后运行结果表明，该处理措施初步解决了雷达液位计液位偏差大的问题，保障了机组安全稳定运行。
 
汽水分离再热器系统是核电厂重要系统之一，对高压缸排汽进行除湿和再热，降低进入低压缸蒸汽湿度，使其具有一定过热度，提高进低压缸做功的蒸汽品质。汽水分离再热器为核电站二回路内重要热力设备[1]，系统由两台汽水分离再热器（MSR）、6 台疏水箱及相应的蒸汽和疏水管道组成，整个系统总体上可分为汽水分离再热部分和疏水收集回流部分。每台MSR 的疏水部分由3 台疏水箱以及相应的管道和阀门组成，分别为一级、二级、壳侧疏水箱，每台疏水箱的液位由3 支导波雷达液位计进行控制。
 
　　1 事件概述
方家山MSR 共有6 个疏水箱，分别为左右一级、左右二级、左右壳侧疏水箱。其中一级、二级疏水箱位于MX厂房3.5m 位置标高处，每台箱体上各以直插的安装方式安装了3 支导波雷达液位计（共18 支）。其中，壳侧疏水箱液位信号参与停机保护（现场布置见图1 液位计安装图）1.1 导波雷达液位计原理导波雷达液位计主要利用时域反射原理（TDR），发射——反射——接收。雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发射高频脉冲并沿探杆传播，当脉冲遇到物料表面时，反射回来被仪表内的接收器接受，并将距离信号转化为物位信号。信号经智能处理器进行显示、报警、操作等。导波雷达液位计可用于易燃、易爆、高粘度、高腐蚀性等介质液位的精确测量，特别适用于大型立罐和球罐[2]。
 
　　1.2 当前问题
方家山核电机组自商运以来，MSR 疏水箱内多次发生液位高漂的问题，并且还存在表计之间偏差较大的问题，发生一支雷达液位计与其他两支相比偏差较大（大约10%）的情况（见图2 液位趋势图），主要问题存在于探杆和表头。
 
　　1.2.1 探杆问题
在历次大修执行GSS 系统MSR 疏水箱雷达液位计预防性维修检查时发现，部分导波杆支撑件破碎并丢失，同时存在探杆根部焊缝有裂痕的问题，见图3 焊缝裂痕和支撑件丢失。
 
　　1.2.2 表头问题
在大修期间拆下表头，发现表头与探杆连接处的探针附近存在水渍的情况。在做通道检查时候发现，稍有触碰表头电子板卡，数值有较大变化。以上缺陷问题，势必导致导波雷达液位计功能丧失、测量不准确，特别是壳侧疏水箱液位信号涉及停机保护，长期的重复缺陷问题将带来不可预测的停机风险。
 
　　2 原因分析
在历次大修机组升功率期间，同一疏水箱内的3 支导波雷达液位计间的液位显示值偏差逐渐变大。根据102 大修拆下的导波雷达液位计导波杆的支撑件破碎以及焊缝开裂的情况，可以推断出以下几点：
 
　　1）测量环境恶劣疏水箱内水位持续扰动对导波杆形成冲击，压力高、振动大，导波杆晃动可能造成测量不准。
发生概率级别：I。
 
　　2）变送器表头温度过高
　　现场表头的温度长期处于高温环境（温度*高的二级疏水箱可达到50℃），长期的高温势必会影响电子器件的稳定性。
发生概率级别：II。
 
　　3）导波杆支撑件破碎
　　目前顶装式的安装方式极易导致导波杆支架损坏，导波传导部分与外壁碰撞影响测量。
发生概率级别：I。
 
　　4）汽水环境过于复杂
　　导波杆采用的蒸汽补偿技术，仅以导波杆下6 英寸处电磁波的速率作为参考，若整个罐体内汽水分布不均，将影响液位测量的准确性。
发生概率级别：III。
 
　　5）工况发生变化
　　现场工况发生变化比如甩负荷时，会发生短时间的低温高压环境。探杆螺纹根部由于与罐体接口连接处的紧封情况容易发生散热困难，导致跳变情况。
发生概率级别：III。
 
　　6）设备本身质量问题
　　拆装表头发现插针附近存在水渍情况表明：表头密封填料问题导致高温蒸汽渗透，降低设备性能，影响测量准确性，存在运行期间液位计漂表情况。
发生概率级别：III。
 
　　3 处理措施
结合以上趋势和分析结果可以得出：所有箱体上液位计均有偏差。相比较而言，液位偏差大主要集中在二级疏水箱（所有疏水箱中温度压力*高），其次是一级、*后是壳侧（偏差较小）。由此可见，复杂的工况环境对设备功能影响较大，液位计直插的安装方式势必会带来箱体内复杂环境所造成的设备缺陷问题，加之当前直插式安装方式无法满足功率运行期间日常在线隔离检修的要求。因此，将所有导波雷达液位计移出，以外置浮筒式安装是目前主要的解决方案。此方案可以*大限度地降低容器内高温、高压和复杂工况带来的问题，此外在二级水箱试用分体式导波雷达液位计，降低高温给表头带来的电子板卡老化现象导致的设备性能下降的风险[3]。
 
　　3.1 移位方案的必要性
1）自调试以来，多次发生漂表、表头故障、支撑件破碎等问题；2）无法在运行期间进行在线隔离检修工作；3）壳侧疏水箱有液位高高三取二跳机信号，液位计漂表情况极易导致机组误停机。
 
　　3.2 方案实施过程
　　3.2.1 移位方案
1）在每个疏水箱外部靠近水侧取压口处，安装3 个测量筒用于导波雷达液位计的安置以及液位测量；每个测量筒的汽侧取压口仍然选用原导波雷达液位计接口，而水侧取压口引用原水汽取样口、磁翻板液位计取压口，以左侧一级水箱布置图为例，见图4 左侧一级水箱布置图（侧视图）。
 
2）采用原导波雷达液位计配套用浮筒，浮筒接口管线应避免直角、弯管尽量不产生较大坡度，防止汽侧发生汽封现象。
 
3）由于部分疏水箱安装位置悬于半空，平台有限，需要土建外延支撑平台。
 
　　3.2.2 分体式方案
由于二级疏水箱内温度压力*高，将左、右两侧疏水箱上的6 支液位计全部更换为法兰连接方式的分体式导波雷达液位计，以减少高温给表头电子元器件带来的损害。
 
4 结论及建议
 
　　1）运行期间
目前，机组已按照以上方案进行了改造，改造后的**大修检查中探杆内支撑件大部分完好，并且满功率运行期间基本未发生3 支液位计较大偏差的情况。
 
　　2）升降功率期间
　　但是在机组启、停机阶段，仍然发生3 支液位计间存在偏差较大情况。根据改造后现场情况来看，液位计的移位很大程度上解决了支撑件破碎的情况，并且满足了在线隔离检修的要求，降低了停机、停堆的风险。但是对于启停机阶段存在的偏差问题，由于启停阶段复杂的工况，例如压力温度的剧烈变化、移位后的滞后情况、产品的温度补偿功能是否适应实际工况等诸多因素叠加，都会导致目前的偏差情况。如何解决此类问题，还需要结合液位计产品本身以及现场实际工况等诸多因素进行深度分析。


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