導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在福清核電的應(yīng)用及改進(jìn)

一、應(yīng)用背景與核心場景

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在福清核電主要應(yīng)用于汽水分離再熱系統(tǒng)（GSS）的二級(jí)疏水箱液位測量。該系統(tǒng)是核電廠汽輪機(jī)的重要輔助系統(tǒng)，通過控制蒸汽量實(shí)現(xiàn)高壓缸排氣的除濕和再熱，確保進(jìn)入低壓缸的蒸汽具備足夠過熱度，從而提升汽輪機(jī)效率并減少濕蒸汽對(duì)部件的腐蝕。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在此場景中替代了傳統(tǒng)儀表，旨在解決高溫、高壓、蒸汽介電常數(shù)變化等復(fù)雜工況下的液位測量難題。

二、應(yīng)用中暴露的關(guān)鍵問題

支撐件破碎風(fēng)險(xiǎn)

問題描述：原導(dǎo)波桿支撐件采用聚醚醚酮（PEEK）材料，但在280℃高溫下長期運(yùn)行會(huì)逐漸脆化，在系統(tǒng)沖擊工況下易破裂。碎片可能進(jìn)入二回路系統(tǒng)，形成異物，危及機(jī)組安全。

影響：導(dǎo)致導(dǎo)波桿觸碰測量筒，引發(fā)液位測量跳變，甚至觸發(fā)汽水分離再熱系統(tǒng)二級(jí)隔離風(fēng)險(xiǎn)。

密封失效與泄漏

問題描述：探桿內(nèi)部密封件采用PEEK材料隔熱，靠近連接部位使用2個(gè)O型圈密封。但O型圈耐溫僅150℃，在280℃高溫下失效，導(dǎo)致蒸汽泄漏，測量數(shù)據(jù)閃發(fā)質(zhì)量位異常。

影響：密封失效后無法在線更換，需停機(jī)處理，影響機(jī)組運(yùn)行連續(xù)性。

蒸汽補(bǔ)償漂移與測量偏差

問題描述：蒸汽介電常數(shù)隨溫度、壓力變化，影響電磁波傳播速度。冷態(tài)校準(zhǔn)后，熱態(tài)工況下3支液位計(jì)偏差可達(dá)100mm，且隨運(yùn)行時(shí)間延長偏差逐漸擴(kuò)大。

影響：導(dǎo)致液位測量失真，需頻繁人工修正，增加運(yùn)維成本。

測量穩(wěn)定性與抗干擾能力不足

問題描述：導(dǎo)波桿振動(dòng)、沖擊或安裝位置不當(dāng)（如靠近進(jìn)料口）導(dǎo)致信號(hào)波動(dòng)，測量值不穩(wěn)定。

影響：在湍流或泡沫工況下，測量數(shù)據(jù)可靠性下降。

三、針對(duì)性改進(jìn)措施與技術(shù)升級(jí)

材料革新：耐高溫與抗腐蝕設(shè)計(jì)

支撐件升級(jí)：采用99.7%純度氧化鋁陶瓷（Al?O?）替代PEEK。陶瓷熔點(diǎn)超過2000℃，硬度高、耐磨性好，且介電常數(shù)穩(wěn)定（約9.0），適應(yīng)高溫蒸汽環(huán)境。

密封件優(yōu)化：使用耐高溫石墨密封（Graphite），替代傳統(tǒng)O型圈。石墨密封耐溫≥350℃，物理性能遠(yuǎn)優(yōu)于PEEK和鋁礬土，可杜絕蒸汽泄漏。

探桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)：改進(jìn)導(dǎo)波桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保蒸汽環(huán)境下元件穩(wěn)定，防止?jié)B漏。

密封結(jié)構(gòu)：采用整體密封設(shè)計(jì)，結(jié)合加工工藝，確保測量組件在9MPa、350℃條件下不泄漏，頂部溫度控制在50℃以下。

算法改進(jìn)：蒸汽補(bǔ)償與動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)

自動(dòng)補(bǔ)償功能：開發(fā)蒸汽補(bǔ)償算法，實(shí)時(shí)修正介電常數(shù)變化對(duì)電磁波速度的影響，減少測量漂移。

動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)：引入自診斷與儀表設(shè)置自尋優(yōu)功能，根據(jù)工況自動(dòng)調(diào)整測量參數(shù)，適應(yīng)冷熱態(tài)切換。

系統(tǒng)集成與驗(yàn)證：高溫高壓試驗(yàn)

樣機(jī)研制：生產(chǎn)2套蒸汽型導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)樣機(jī)（量程分別為2.5m和1.6m），覆蓋200℃/4MPa環(huán)境下的蒸汽/水介質(zhì)測量需求。

試驗(yàn)驗(yàn)證：通過高溫高壓試驗(yàn)裝置驗(yàn)證樣機(jī)性能，確保在230℃/4MPa挑戰(zhàn)參數(shù)下穩(wěn)定工作。

維護(hù)策略優(yōu)化：智能化與預(yù)防性維護(hù)

定期巡檢：結(jié)合熱態(tài)校準(zhǔn)，減少偏差積累。

故障預(yù)警：通過自診斷功能提前識(shí)別潛在問題，如密封失效、支撐件裂紋等。

遠(yuǎn)程監(jiān)控：集成HART協(xié)議，實(shí)現(xiàn)液位信號(hào)4-20mA輸出與云端數(shù)據(jù)管理，提升運(yùn)維效率。

四、改進(jìn)效果與行業(yè)影響

可靠性顯著提升

改進(jìn)后液位計(jì)在福清核電1-4號(hào)機(jī)組中故障率降低80%以上，測量偏差控制在±20mm以內(nèi)，滿足核電高精度測量需求。

安全保障強(qiáng)化

避免支撐件破碎引發(fā)的異物風(fēng)險(xiǎn)，消除汽水分離再熱系統(tǒng)二級(jí)隔離風(fēng)險(xiǎn)，保障汽輪機(jī)運(yùn)行安全。

技術(shù)推廣價(jià)值

研究成果為導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在核電高溫蒸汽系統(tǒng)的應(yīng)用提供了實(shí)踐案例，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)升級(jí)。相關(guān)改進(jìn)方案已應(yīng)用于其他核電站類似系統(tǒng)，如低壓加熱器、除氧器液位測量等。

經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益

減少非計(jì)劃停機(jī)次數(shù)，降低運(yùn)維成本。

提升核電運(yùn)行安全性，符合智慧核電與工業(yè)4.0的發(fā)展趨勢(shì)。

五、未來展望

隨著材料科學(xué)、算法優(yōu)化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在核電領(lǐng)域的應(yīng)用將進(jìn)一步拓展。未來，福清核電可探索以下方向：

多參數(shù)融合測量：集成溫度、壓力傳感器，提供綜合環(huán)境數(shù)據(jù)。

AI驅(qū)動(dòng)的智能預(yù)測：利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測設(shè)備壽命與故障趨勢(shì)。

無線化與遠(yuǎn)程運(yùn)維：通過5G/NB-IoT技術(shù)實(shí)現(xiàn)液位計(jì)的無線組網(wǎng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

通過持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)將為核電安全運(yùn)行提供更可靠的保障。