摘要：田灣核電3#、4#機(jī)組蒸汽管道的部分防爆磁翻板液位計(jì)穿越樓板安裝，如果要維護(hù)該液位計(jì)，需要在下層廠房搭建很高的腳手架到房頂，不僅維護(hù)困難且工作風(fēng)險(xiǎn)較高。為解決上述問(wèn)題，改變了測(cè)量桿安裝方式，同時(shí)更改了液位計(jì)內(nèi)部接線，使液位計(jì)維護(hù)問(wèn)題得到解決，提高了液位計(jì)維護(hù)便利性，降低了工業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。
在核電廠的蒸汽管路中，為去除凝結(jié)水，要設(shè)置一些疏水罐，使凝結(jié)水由于重力下降并存儲(chǔ)在疏水罐中，進(jìn)而保證蒸汽質(zhì)量。然而疏水罐容量有限，當(dāng)液位達(dá)到一定高度時(shí)，需要對(duì)其排水。那么怎么知道疏水罐的水位呢？這就需要通過(guò)液位計(jì)時(shí)刻監(jiān)視水位，通過(guò)DCS系統(tǒng)判斷水位是否超過(guò)限值。當(dāng)水位達(dá)到定義的高液位時(shí)，發(fā)出信號(hào)，打開(kāi)疏水閥；當(dāng)水位低于定義的低液位時(shí)，關(guān)閉疏水閥。田灣核電3#、4#機(jī)組采用了柯普樂(lè)公司BNA-S型的遠(yuǎn)傳磁浮子液位計(jì)進(jìn)行疏水罐液位的測(cè)量。該液位計(jì)安裝時(shí)，變送器和接線盒位于下部。由于設(shè)計(jì)原因，部分疏水罐穿越樓板布置，進(jìn)而液位計(jì)也要穿越樓板安裝，這就使安裝后的變送器和接線盒位于下層廠房的房頂部位，給日常維護(hù)、調(diào)試帶來(lái)了*大的不便，在進(jìn)行維護(hù)、調(diào)試工作時(shí)也會(huì)存在較高的工業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)比田灣核電1#、2#機(jī)組和其他核電、火電機(jī)組，目前不存在穿越樓板安裝的防爆磁翻板液位計(jì)，因此需要采取某種新措施來(lái)改變液位計(jì)維護(hù)的便利性，同時(shí)降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。
1 核電廠液位測(cè)量原理
在核電廠液位測(cè)量采用的液位計(jì)主要有磁翻板液位計(jì)、遠(yuǎn)傳磁浮子液位計(jì)、差壓液位計(jì)、靜壓式液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)。下面分別簡(jiǎn)要介紹各種液位計(jì)的測(cè)量原理。
1.1 磁翻板液位計(jì)
磁翻板液位計(jì)主要用于就地顯示，是根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，液位計(jì)本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動(dòng)紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°，當(dāng)液位上升時(shí)翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位下降時(shí)翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實(shí)際高度，從而實(shí)現(xiàn)液位清晰的指示。
1.2 遠(yuǎn)傳磁浮子液位計(jì)
該液位計(jì)的測(cè)量原理與磁翻板液位計(jì)類似，增加了檢測(cè)磁浮子位置的傳感器和變送器，進(jìn)而把液位轉(zhuǎn)化成4~20mA電流輸出。
1.3 差壓液位計(jì)
差壓液位計(jì)是測(cè)量實(shí)際液位與參考液位的壓力差值，進(jìn)而換算出液位差值。由于參考液位高度恒定不變，通過(guò)參考液位減去液位差值即可得到實(shí)際液位值，實(shí)際液位值*終通過(guò)儀表就地顯示或轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)輸出。
1.4 靜壓式液位計(jì)
靜壓式液位計(jì)是基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理進(jìn)行液位測(cè)量，依據(jù)的計(jì)算公式為P=ρgH。
1.5 超聲波液位計(jì)
超聲波物位計(jì)工作原理是由超聲波探頭發(fā)出高頻脈沖聲波，聲波遇到被測(cè)物位（物料）表面被反射，回波再被探頭接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。聲波的傳播時(shí)間與聲波的發(fā)出到物體表面的距離成正比。測(cè)量聲波發(fā)出與接收到回波的時(shí)間，即可得到液位值。
1.6 雷達(dá)液位計(jì)
雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理與超聲波物位計(jì)類似。它們的區(qū)別是：雷達(dá)液位計(jì)發(fā)出的是電磁波，超聲波液位計(jì)發(fā)出的是機(jī)械波。
2 田灣核電廠防爆磁翻板液位計(jì)安裝測(cè)量方式及遇到的問(wèn)題
田灣核電3#和4#機(jī)組采用柯普樂(lè)公司BNA-S型的遠(yuǎn)傳磁浮子液位計(jì)進(jìn)行疏水罐液位的測(cè)量，液位計(jì)量程是0~600mm，傳感器檢測(cè)磁浮子位置，通過(guò)變送器轉(zhuǎn)化成4~20mA電流信號(hào)輸出。
2.1 防爆磁翻板液位計(jì)安裝測(cè)量方式
田灣核電3#、4#機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)疏水罐液位測(cè)量*先采用兩個(gè)連通管把液位計(jì)測(cè)量筒與疏水罐連通，測(cè)量筒內(nèi)部含有磁浮子，磁浮子高度隨疏水罐內(nèi)液位變化，測(cè)量筒外部安裝測(cè)量桿，感受磁浮子高度，再通過(guò)下部變送器轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)輸出到DCS系統(tǒng)。一些蒸汽管道安裝布置貼近地面，疏水罐穿越樓板，這樣就使液位計(jì)安裝后變送器位于樓板下部，即下一層廠房的房頂；如圖1所示。

2.2 液位計(jì)維護(hù)遇到的問(wèn)題
采用上述方式安裝的防爆磁翻板液位計(jì)，要進(jìn)行維護(hù)時(shí)，需要在下一層廠房搭建較高的腳手架到房頂，*大地增加了作業(yè)難度和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，工作流程也比較復(fù)雜。所以需要采取某種措施來(lái)簡(jiǎn)化工作流程、降低工作難度、減小作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。
3 防爆磁翻板液位計(jì)安裝和測(cè)量的*一步改進(jìn)方案
由于設(shè)計(jì)缺陷，穿越樓板安裝的防爆磁翻板液位計(jì)維護(hù)難度較大，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高，工作流程相對(duì)復(fù)雜。為解決上述問(wèn)題，擬采取以下兩個(gè)方案。
3.1 反向安裝液位計(jì)測(cè)量桿
液位計(jì)測(cè)量桿反向安裝后，變送器和接線盒位于樓板上部，反裝后示意圖如圖2所示。維護(hù)時(shí)變送器位于接近地面的位置，易于到達(dá)，不存在高處作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，不需要搭建腳手架，工作流程也能得到簡(jiǎn)化。
采取如上措施后，以前的問(wèn)題得到了解決；但是又出現(xiàn)了新的問(wèn)題：原來(lái)的液位測(cè)量關(guān)系是0mm水對(duì)應(yīng)輸出4mA電流，600mm水對(duì)應(yīng)輸出20mA電流。反向安裝測(cè)量桿后，0mm水對(duì)應(yīng)輸出20mA電流，600mm水對(duì)應(yīng)輸出4mA電流，電流輸出也被反向了。為解決這個(gè)問(wèn)題，還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

3.2 對(duì)DCS中軟件量程進(jìn)行反向設(shè)置
由于就地實(shí)際液位和邏輯中識(shí)別的液位是通過(guò)電流信號(hào)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的，原來(lái)安裝方式，實(shí)際液位正比于電流信號(hào)，電流信號(hào)正比于邏輯中識(shí)別的液位值。反向安裝測(cè)量桿后，實(shí)際液位與電流信號(hào)的關(guān)系反向，因此邏輯中識(shí)別的液位值與實(shí)際液位也反向。如果此時(shí)反向設(shè)置邏輯中的軟件量程，將原來(lái)的下限0mm、上限600mm，改成下限是600mm、上限是0mm，那么電流信號(hào)和邏輯中識(shí)別的液位值也會(huì)反向。根據(jù)負(fù)負(fù)得正的原則，此時(shí)就地實(shí)際液位與邏輯中識(shí)別的液位值一致。
4 防爆磁翻板液位計(jì)安裝和測(cè)量的*二步改進(jìn)方案
*一步方案實(shí)施后，解決了之前存在的諸多問(wèn)題，邏輯中的液位值也能夠與就地液位一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)正常的液位測(cè)量。但是由于邏輯中反向設(shè)置量程的上下限，導(dǎo)致操縱員畫面中液柱刻度也反向，即600mm在下面、0mm在上面；這不符合人們的日常習(xí)慣，容易形成誤導(dǎo)，造成失誤事件。同時(shí)軟件反向設(shè)置后，系統(tǒng)不允許在對(duì)該測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值仿真，如果現(xiàn)場(chǎng)要進(jìn)行液位計(jì)維修，將會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)維修工作的開(kāi)展，因此還需要進(jìn)一步改進(jìn)液位計(jì)的安裝和測(cè)量方式。
4.1 深入研究防爆磁翻板液位計(jì)測(cè)量原理
為尋求更好的改進(jìn)方案，對(duì)防爆磁翻板液位計(jì)的測(cè)量原理進(jìn)行了深入研究。液位計(jì)測(cè)量桿中是由等間距排布的干簧管和電阻元件組成，當(dāng)磁浮子達(dá)到某一高度時(shí)，對(duì)應(yīng)的干簧管閉合，如果能識(shí)別出哪個(gè)干簧管閉合，即可獲得當(dāng)前液位值。那么變送器又是如何識(shí)別出哪個(gè)干簧管閉合的呢？再次探究測(cè)量桿內(nèi)部電路，繪制液位計(jì)內(nèi)部原理圖，如圖3所示。測(cè)量桿內(nèi)部電阻串聯(lián)連接，每?jī)蓚€(gè)電阻的連接處連接干簧管的一端，干簧管的另一端并聯(lián)連接，*終引出蘭、棕、黑三根信號(hào)線。
根據(jù)原理圖可以清晰的分析出測(cè)量原理：蘭色線和黑色線施加恒定電壓，棕色線作為反饋信號(hào)線。當(dāng)磁浮子處于不同高度時(shí)，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)（干簧管）閉合，輸出一個(gè)電阻分壓信號(hào)。測(cè)量棕色線電壓，即可獲得閉合的干簧管位置，經(jīng)過(guò)變送器模塊即可轉(zhuǎn)化為4~20mA信號(hào)，進(jìn)而得到當(dāng)前液位。

4.2 更改液位計(jì)內(nèi)部傳感器接線
如圖3所示，假定1號(hào)端子（藍(lán)色線）連接測(cè)量桿頂部電阻，3號(hào)端子（黑色線）連接測(cè)量桿底部電阻，按照*一步優(yōu)化中提到的反向安裝測(cè)量桿的措施實(shí)施后，頂部電阻和底部電阻調(diào)換位置，此時(shí)3號(hào)端子連接測(cè)量桿頂部電阻，1號(hào)端子連接測(cè)量桿底部電阻。變送器與液位成正比、輸出4~20mA的條件是1號(hào)端子連接頂部電阻、3號(hào)端子連接底部電阻。反向安裝測(cè)量桿后，此時(shí)調(diào)換藍(lán)色線和黑色線的端接位置，即1號(hào)端子接黑色線、3號(hào)端子接藍(lán)色線，就可以仍然滿足變送器正向輸出的條件，此時(shí)不再需要邏輯中對(duì)軟件進(jìn)行反向設(shè)置。
4.3 恢復(fù)邏輯中軟件量程設(shè)置
由于反向安裝測(cè)量桿并更改液位計(jì)內(nèi)部傳感器接線后，實(shí)際液位與電流輸出成正比關(guān)系，需要把原來(lái)反向設(shè)置的軟件量程恢復(fù)到原來(lái)的正常狀態(tài)，即下限是0mm、上限是600mm。
*二步優(yōu)化后，能夠在液位計(jì)測(cè)量桿反裝情況下獲得正向的信號(hào)輸出，既解決了原來(lái)的維護(hù)便利性問(wèn)題，也消除了后來(lái)產(chǎn)生的操縱員畫面不符合習(xí)慣、邏輯中不能仿真的問(wèn)題。
5 結(jié)束語(yǔ)
核電廠在設(shè)計(jì)、建設(shè)、調(diào)試、檢修過(guò)程中會(huì)遇到很多設(shè)計(jì)不夠完善的地方。本文把筆者親身經(jīng)歷的防爆磁翻板液位計(jì)安裝和測(cè)量方式改進(jìn)過(guò)程與各位讀者分享。對(duì)于如何避免防爆磁翻板液位計(jì)出現(xiàn)類似問(wèn)題，在此提出個(gè)人的一些建議：*先在設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免存在廠房頂部或穿越樓板安裝的儀表。如果不能避免此情況，應(yīng)考慮廠房頂部或穿越樓板安裝的儀表怎樣安裝更方便維護(hù)，或者設(shè)計(jì)專門的檢修平臺(tái)；業(yè)主方審查設(shè)計(jì)文件時(shí)也需要考慮這一點(diǎn)。
筆者通過(guò)深入研究防爆磁翻板液位計(jì)測(cè)量原理后，經(jīng)過(guò)兩步優(yōu)化方案，*終才使得所有問(wèn)題得到有效解決。這說(shuō)明對(duì)于儀表的理解不應(yīng)僅僅停留在應(yīng)用層面，理解儀表的本質(zhì)對(duì)于處理現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題還是大有幫助。