CN112254787A - 一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电厂液位测量技术领域，具体公开了一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，包括密封泄漏监测装置，在所述密封泄漏监测装置的下部外壳底端焊接测量套筒，在下部外壳的外侧壁上焊接法兰，测量导杆设于测量套筒的内部，两者同轴。本发明液位探测器适用于核电厂二回路的液位测量，且能够在回路各个工况下以及工况变化时为机组提供准确的液位测量数据。

Description

一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器

技术领域

本发明属于核电厂液位测量技术领域，具体涉及一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器。

背景技术

核电厂二回路液位测量需要经历下述几种工况：负压工况、高温、高压饱和蒸汽额定功率工况及功率变化工况。常规液位仪表，例如差压液位变送器、浮筒液位计等，因自身测量原理限制不能实现全工况自动准确测量。

导波雷达液位计是一种新兴的液位仪表，采用时域反射原理，在温度、压力不高的工况中应用非常成熟。但在高温、高压、工况多变的核电厂二回路液位测量上，现有的蒸汽补偿型导波雷达液位仪表在实际应用中出现了严重失真。经验证，主要原因是仪表探测器存在防冷凝不足和抗干扰功能不足的缺陷导致蒸汽补偿失效，仪表测量值失真。防冷凝功能不足是指高温、高压液位工作环境中的饱和蒸汽容易因探测器内部结构设计不合理遇冷凝结成水，凝结水在蒸汽补偿段聚集-掉落的周期性过程影响到仪表高温、蒸汽环境中介电常数的周期性变化，从而直接影响到仪表周期性测量漂移。抗干扰工作不足是由于现有仪表的蒸汽补偿段过短，且蒸汽补偿段设置在液位连通口附近，该设计意味着容易能成倍放大蒸汽补偿偏差，造成仪表测量值严重失真。

此外，现有高温蒸汽型导波雷达液位计在实际应用中还存在探测器无泄漏预警装置，不能提前预警探测器故障状态等问题，有些安装形式需要隔离核电厂二回路加热器进行更换，影响到核电厂的经济性和安全性，严重阻碍了高温蒸汽型导波雷达液位计在核电厂二回路的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，具有较强的防冷凝水、抗干扰能力。

本发明的技术方案如下：

一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，包括密封泄漏监测装置、法兰、测量套筒、测量导杆；

所述的密封泄漏监测装置包括上部金属材料密封环、上部耐高温低介电材料密封环、上部外壳、下部外壳、耐高温低介电材料填充A、耐高温低介电材料填充B、下部金属材料密封环、下部耐高温低介电材料密封环；

在所述上部金属材料密封环的内侧设有上部耐高温低介电材料密封环；

所述的上部金属材料密封环设于上部外壳的上方，两者通过螺纹连接；

在所述的上部外壳内侧上部设有耐高温低介电材料填充A；

所述的下部外壳设于上部外壳的下方；

在所述下部外壳的内侧上部设有下部金属材料密封环，下部金属材料密封环的顶端与上部外壳的底端接触；

在所述下部金属材料密封环的内侧设有下部耐高温低介电材料密封环；

在所述下部外壳的内侧下部设有耐高温低介电材料填充A；

在由所述上部外壳的内侧下部和下部金属材料密封环的内侧上部围成的空腔侧壁上，敷设有耐高温低介电材料填充B，耐高温低介电材料填充B的内部腔室作为泄漏探测空腔；

在所述密封泄漏监测装置的下部外壳底端焊接测量套筒，在下部外壳的外侧壁上焊接法兰；

所述的测量导杆设于测量套筒的内部，两者同轴。

在所述测量套筒的中部加工有蒸汽补偿段，蒸汽补偿段的外径与测量套筒的外径相同，内径大于测量套筒的内径。

所述蒸汽补偿段的长度为400～900mm，可减少误差放大扰动。

所述蒸汽补偿段的位置高于正常最高液位500～520mm。

所述的上部金属材料密封环与上部耐高温低介电材料密封环之间无缝包裹，所述的下部外壳、下部金属材料密封环与下部耐高温低介电材料密封环之间无缝包裹，起到密封、隔热作用。

在所述的测量套筒上沿轴向等间隔布置有联通孔，用于平衡测量套筒内侧和外侧的液位。

所述的下部外壳和上部外壳通过螺纹连接。

所述下部外壳和上部外壳外部通过环形点焊固定。

在进行液位探测时，高频电磁波信号自仪表处理器沿着测量导杆传播。

在所述的上部金属材料密封环和上部耐高温低介电材料密封环处，由于阻抗变大，反馈正向基准波形；

当无泄漏时，在泄漏探测空腔的上、下端面由于阻抗的变化，会依次形成负、正两个标准反馈波形信号；当泄漏探测空腔中的泄漏液体达到一定量时，阻抗继续变小，负反馈波形超过泄漏报警阈值，仪表会自动触发泄漏报警；

在蒸汽补偿段的上、下端面由于阻抗的变化，会依次形成正、负两个标准反馈波形信号；通过计算两个信号时间差，结合固定的蒸汽补偿段长度，从而计算出测量环境的介电常数，进而自动补偿高温蒸汽环境下的液位测量值；

当测量液位时，在测量液位面处由于阻抗减少较大，会形成一个大的负反馈液位波形信号。

本发明的显著效果在于：

(1)本发明液位探测器具有防止蒸汽冷凝功能，提高了高温蒸汽环境仪表测量的准确性，能自动准确补偿测量环境介电常数变化带来的测量误差。

(2)本发明液位探测器将蒸汽补偿段设置在稳定的蒸汽流场里，并且延长了蒸汽补偿段，提高了抗干扰性，同时增加了泄漏监测装置，具有泄漏报警功能。

(3)本发明液位探测器适用于核电厂二回路的高压加热器、低压加热器、凝汽器、汽水分离再热器疏水的液位测量，且能够在回路各个工况下，例如负压、常压、高压下的高低温环境，以及工况变化时为机组提供准确的液位测量数据。

附图说明

图1为本发明液位探测器示意图；

图2为密封泄漏监测装置示意图；

图3为液位探测典型波形图。

图中：1.密封泄漏监测密封装置；2.密封法兰；3.蒸汽补偿段；4.测量套筒；5.测量导杆；1-1.上部金属材料密封环；1-2.上部耐高温低介电材料密封环；1-3.上部外壳；1-4.下部外壳；1-5.耐高温低介电材料填充A；1-6.耐高温低介电材料填充B；1-7.下部金属材料密封环；1-8.下部耐高温低介电材料密封环；1-9.泄漏探测空腔。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示的一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，包括密封泄漏监测装置1、法兰2、蒸汽补偿段3、测量套筒4、测量导杆5。

如图2所示，所述的密封泄漏监测装置1包括上部金属材料密封环1-1、上部耐高温低介电材料密封环1-2、上部外壳1-3、下部外壳1-4、耐高温低介电材料填充A1-5、耐高温低介电材料填充B1-6、下部金属材料密封环1-7、下部耐高温低介电材料密封环1-8。

所述的耐高温低介电材料具有耐高温、热导性差、低介电常数的特性，例如PEEK材料。

所述的金属材料具有耐高温、耐腐蚀的特性，例如316L不锈钢材料。

在所述上部金属材料密封环1-1的内侧无缝包裹有上部耐高温低介电材料密封环1-2，两者起到密封、隔热作用。

所述的上部金属材料密封环1-1设于上部外壳1-3的上方，两者通过螺纹连接。

在所述的上部外壳1-3内侧上部设有耐高温低介电材料填充A1-5，具有隔热、密封作用。

所述的下部外壳1-4设于上部外壳1-3的下方，两者通过螺纹连接，并在外部通过环形点焊固定。所述的上部外壳1-3和下部外壳1-4为不锈钢材质。

在所述下部外壳1-4的内侧上部设有下部金属材料密封环1-7，下部金属材料密封环1-7的顶端与上部外壳1-3的底端接触。在所述下部金属材料密封环1-7的内侧设有下部耐高温低介电材料密封环1-8。

所述的下部外壳1-4、下部金属材料密封环1-7与下部耐高温低介电材料密封环1-8之间无缝包裹，起到密封、隔热作用。

在所述下部外壳1-4的内侧下部设有耐高温低介电材料填充A1-5，具有隔热、密封作用。

在由所述上部外壳1-3的内侧下部和下部金属材料密封环1-7的内侧上部围成的空腔侧壁上，敷设有耐高温低介电材料填充B1-6，耐高温低介电材料填充B1-6的内部腔室作为泄漏探测空腔1-9。

所述的密封泄漏监测装置1能够长期在核电厂二回路280～300℃、7MPa的环境下工作，并具有高温绝热、高压密封、蒸汽泄漏监测等功能。

在所述密封泄漏监测装置1的下部外壳1-4底端焊接测量套筒4，在下部外壳1-4的外侧壁上焊接法兰2。

所述的测量导杆5设于测量套筒4的内部，两者同轴。

在所述的测量套筒4上沿轴向等间隔布置有联通孔，用于平衡测量套筒4内侧和外侧的液位，以便在工况变化时使测量套筒4的内外液位快速一致。

所述测量套筒4的外径为40mm，内径为35mm，壁厚为2.5mm。在所述测量套筒4的中部加工有蒸汽补偿段3，蒸汽补偿段3的外径为40mm，内径为38mm，壁厚减少到1mm，内径变大，这种设计可以避免蒸汽冷凝水对测量的干扰。

所述蒸汽补偿段3的长度为400～900mm，可减少误差放大扰动。所述的蒸汽补偿段3位于比较稳定区域，高于正常最高液位500～520mm。

在进行液位探测时，高频电磁波信号自仪表处理器沿着测量导杆5传播。

如图3所示，在上部金属材料密封环1-1和上部耐高温低介电材料密封环1-2处，由于阻抗变大，反馈正向基准波形。

当无泄漏时，在泄漏探测空腔1-9的上、下端面由于阻抗的变化，会依次形成负、正两个标准反馈波形信号；当泄漏探测空腔1-9中的泄漏液体达到一定量时，阻抗继续变小，负反馈波形超过泄漏报警阈值，仪表会自动触发泄漏报警。

在蒸汽补偿段3的上、下端面由于阻抗的变化，会依次形成正、负两个标准反馈波形信号；通过计算两个信号时间差，结合固定的蒸汽补偿段3长度，从而计算出测量环境的介电常数，进而自动补偿高温蒸汽环境下的液位测量值。

当测量液位时，在测量液位面处由于阻抗减少较大，会形成一个大的负反馈液位波形信号。

Claims (10)

1.一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，其特征在于：包括密封泄漏监测装置(1)、法兰(2)、测量套筒(4)、测量导杆(5)；

所述的密封泄漏监测装置(1)包括上部金属材料密封环(1-1)、上部耐高温低介电材料密封环(1-2)、上部外壳(1-3)、下部外壳(1-4)、耐高温低介电材料填充A(1-5)、耐高温低介电材料填充B(1-6)、下部金属材料密封环(1-7)、下部耐高温低介电材料密封环(1-8)；

在所述上部金属材料密封环(1-1)的内侧设有上部耐高温低介电材料密封环(1-2)；

所述的上部金属材料密封环(1-1)设于上部外壳(1-3)的上方，两者通过螺纹连接；

在所述的上部外壳(1-3)内侧上部设有耐高温低介电材料填充A(1-5)；

所述的下部外壳(1-4)设于上部外壳(1-3)的下方；

在所述下部外壳(1-4)的内侧上部设有下部金属材料密封环(1-7)，下部金属材料密封环(1-7)的顶端与上部外壳(1-3)的底端接触；

在所述下部金属材料密封环(1-7)的内侧设有下部耐高温低介电材料密封环(1-8)；

在所述下部外壳(1-4)的内侧下部设有耐高温低介电材料填充A(1-5)；

在由所述上部外壳(1-3)的内侧下部和下部金属材料密封环(1-7)的内侧上部围成的空腔侧壁上，敷设有耐高温低介电材料填充B(1-6)，耐高温低介电材料填充B(1-6)的内部腔室作为泄漏探测空腔(1-9)；

在所述密封泄漏监测装置(1)的下部外壳(1-4)底端焊接测量套筒(4)，在下部外壳(1-4)的外侧壁上焊接法兰(2)；

所述的测量导杆(5)设于测量套筒(4)的内部，两者同轴。

2.如权利要求1所述的一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，其特征在于：在所述测量套筒(4)的中部加工有蒸汽补偿段(3)，蒸汽补偿段(3)的外径与测量套筒(4)的外径相同，内径大于测量套筒(4)的内径。

3.如权利要求2所述的一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，其特征在于：所述蒸汽补偿段(3)的长度为400～900mm，可减少误差放大扰动。

4.如权利要求3所述的一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，其特征在于：所述蒸汽补偿段(3)的位置高于正常最高液位500～520mm。

5.如权利要求4所述的一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，其特征在于：所述的上部金属材料密封环(1-1)与上部耐高温低介电材料密封环(1-2)之间无缝包裹，所述的下部外壳(1-4)、下部金属材料密封环(1-7)与下部耐高温低介电材料密封环(1-8)之间无缝包裹，起到密封、隔热作用。

6.如权利要求5所述的一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，其特征在于：在所述的测量套筒(4)上沿轴向等间隔布置有联通孔，用于平衡测量套筒(4)内侧和外侧的液位。

7.如权利要求6所述的一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，其特征在于：所述的下部外壳(1-4)和上部外壳(1-3)通过螺纹连接。

8.如权利要求7所述的一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，其特征在于：所述下部外壳(1-4)和上部外壳(1-3)外部通过环形点焊固定。

9.如权利要求1～8任一项所述的一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，其特征在于：在进行液位探测时，高频电磁波信号自仪表处理器沿着测量导杆(5)传播。

10.如权利要求9所述的一种核电厂蒸汽补偿型导波雷达液位探测器，其特征在于：在所述的上部金属材料密封环(1-1)和上部耐高温低介电材料密封环(1-2)处，由于阻抗变大，反馈正向基准波形；

当无泄漏时，在泄漏探测空腔(1-9)的上、下端面由于阻抗的变化，会依次形成负、正两个标准反馈波形信号；当泄漏探测空腔(1-9)中的泄漏液体达到一定量时，阻抗继续变小，负反馈波形超过泄漏报警阈值，仪表会自动触发泄漏报警；

在蒸汽补偿段(3)的上、下端面由于阻抗的变化，会依次形成正、负两个标准反馈波形信号；通过计算两个信号时间差，结合固定的蒸汽补偿段(3)长度，从而计算出测量环境的介电常数，进而自动补偿高温蒸汽环境下的液位测量值；

当测量液位时，在测量液位面处由于阻抗减少较大，会形成一个大的负反馈液位波形信号。

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