高壓容器雙參考管水位測(cè)量原理

王盟

【摘 要】本文基于對(duì)核電站現(xiàn)有高壓容器水位測(cè)量系統(tǒng)的分析，分析了雙參考管水位計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及水位測(cè)量原理，并對(duì)實(shí)際工程中雙參考管的布置提出了應(yīng)用建議。

【關(guān)鍵詞】高壓容器;水位測(cè)量;雙參量管;壓差

中圖分類號(hào)： TQ051.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）36-0320-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.36.153

1 雙參考管水位計(jì)結(jié)構(gòu)介紹

對(duì)于高溫高壓容器，例如核電站的穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器等，其液位測(cè)量是極為重要的。因此，不僅要求其測(cè)量?jī)x表工作可靠，而且要求有足夠的測(cè)量精度?，F(xiàn)有高溫高壓容器中液位的連續(xù)測(cè)量通常是采用把液位轉(zhuǎn)換成壓差的方法來實(shí)現(xiàn)的[1]，如圖1所示，文獻(xiàn)[2]對(duì)核電蒸汽發(fā)生器水位測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)化進(jìn)行了分析?，F(xiàn)有工程中廣泛使用的水位測(cè)量方法，但是液體密度隨其所處的溫度而變化，因此在傳統(tǒng)的水位測(cè)量系統(tǒng)中，安裝了置于環(huán)境的水位測(cè)量參考管，以響應(yīng)環(huán)境溫度變化來實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量中的密度補(bǔ)償。

圖1 傳統(tǒng)水位測(cè)量系統(tǒng)

雙參考管水位計(jì)則另辟蹊徑，采用內(nèi)補(bǔ)償?shù)姆绞?，使得水位測(cè)量不再考慮測(cè)量系統(tǒng)外部所處的環(huán)境條件變化而進(jìn)行密度補(bǔ)償，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，A管為水位測(cè)量管、B管為高液位參考管、C管為低液位參考管，同時(shí)B管和C管頂部設(shè)置補(bǔ)水和溢流，時(shí)刻保持B管和C管處于滿水狀態(tài)，與壓力容器內(nèi)部的熱工環(huán)境保持動(dòng)態(tài)平衡。A管B管、A管C管、B管C管均設(shè)置壓差傳感器，提供水位的測(cè)量輸入信號(hào)。

圖2 雙參考管水位測(cè)量系統(tǒng)

2 雙參考管水位計(jì)測(cè)量原理

對(duì)于A管C管之間的壓差，可以用式（1）進(jìn)行表達(dá)，其中ΔH1為C管頂部高于容器液面的高度，ρc1為C管內(nèi)液體密度，ρs為容器上部蒸汽密度。

ΔP1=ΔH1（ρc1-ρs）g（1）

對(duì)于A管B管之間的壓差，可以用式（2）進(jìn)行表達(dá)，其中ΔH2為B管頂部高于容器液面的高度，ρB1為B管內(nèi)液體密度，ρs為容器上部蒸汽密度。

ΔP2=ΔH2（ρB1-ρs）g（2）

對(duì)于B管C管之間的壓差，由于B管C管規(guī)格相同，都處于相同的容器內(nèi)部環(huán)境，因此可以用式（3）進(jìn)行表達(dá)，其中ΔHBC為B管和C管頂部高度差。

ΔP=ΔH■（ρB1-ρs）gΔH■（ρc1-ρs）g（3）

如果容器內(nèi)的水位低于C管，則有：

■=■=■→H=■（4）

■=■=■→H=■（5）

■=■=■→H=■（6）

如果容器內(nèi)的水位高于C管但低于B管，則ΔP■=0，（4）式將不再成立，采用（5）式進(jìn)行水位的計(jì)算;如果容器內(nèi)的水位高于B管，則ΔP■、ΔP2、ΔP均為0，則式（4）～（6）均失效。

3 雙參考管水位計(jì)測(cè)量應(yīng)用分析

通過合理布置B管和C管的位置，尤其是B管的布置，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的水位測(cè)量，通過式（4）～（6）的進(jìn)一步分析可以看出，水位測(cè)量的輸出結(jié)果僅表征為壓差傳感器的測(cè)量結(jié)果以及B管和C管的高度參數(shù)，與被測(cè)壓力容器內(nèi)的熱工參數(shù)無關(guān)。該水位測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法可應(yīng)用于核電站穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器以及其它包含汽水介質(zhì)的高壓容器的水位測(cè)量中應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]壓水堆核電站堆芯水位測(cè)量原理[J].科技視界，2013（34）：373.

[2]CPR1000核電機(jī)組蒸汽發(fā)生器水位測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)化[J].儀器儀表用戶，2016（23）：95-97.