導波雷達液位計在福清核電的應用及改進

一、應用背景與核心場景

導波雷達液位計在福清核電主要應用于汽水分離再熱系統(tǒng)（GSS）的二級疏水箱液位測量。該系統(tǒng)是核電廠汽輪機的重要輔助系統(tǒng)，通過控制蒸汽量實現(xiàn)高壓缸排氣的除濕和再熱，確保進入低壓缸的蒸汽具備足夠過熱度，從而提升汽輪機效率并減少濕蒸汽對部件的腐蝕。導波雷達液位計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)變化等復雜工況下的液位測量難題。

二、應用中暴露的關鍵問題

支撐件破碎風險

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

影響：導致導波桿觸碰測量筒，引發(fā)液位測量跳變，甚至觸發(fā)汽水分離再熱系統(tǒng)二級隔離風險。

密封失效與泄漏

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

影響：密封失效后無法在線更換，需停機處理，影響機組運行連續(xù)性。

蒸汽補償漂移與測量偏差

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)校準后，熱態(tài)工況下3支液位計偏差可達100mm，且隨運行時間延長偏差逐漸擴大。

影響：導致液位測量失真，需頻繁人工修正，增加運維成本。

測量穩(wěn)定性與抗干擾能力不足

問題描述：導波桿振動、沖擊或安裝位置不當（如靠近進料口）導致信號波動，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、針對性改進措施與技術升級

材料革新：耐高溫與抗腐蝕設計

支撐件升級：采用99.7%純度氧化鋁陶瓷（Al?O?）替代PEEK。陶瓷熔點超過2000℃，硬度高、耐磨性好，且介電常數(shù)穩(wěn)定（約9.0），適應高溫蒸汽環(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℃，物理性能遠優(yōu)于PEEK和鋁礬土，可杜絕蒸汽泄漏。

探桿內部結構：改進導波桿內部結構，確保蒸汽環(huán)境下元件穩(wěn)定，防止?jié)B漏。

密封結構：采用整體密封設計，結合加工工藝，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：蒸汽補償與動態(tài)校準

自動補償功能：開發(fā)蒸汽補償算法，實時修正介電常數(shù)變化對電磁波速度的影響，減少測量漂移。

動態(tài)校準：引入自診斷與儀表設置自尋優(yōu)功能，根據(jù)工況自動調整測量參數(shù)，適應冷熱態(tài)切換。

系統(tǒng)集成與驗證：高溫高壓試驗

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

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

維護策略優(yōu)化：智能化與預防性維護

定期巡檢：結合熱態(tài)校準，減少偏差積累。

故障預警：通過自診斷功能提前識別潛在問題，如密封失效、支撐件裂紋等。

遠程監(jiān)控：集成HART協(xié)議，實現(xiàn)液位信號4-20mA輸出與云端數(shù)據(jù)管理，提升運維效率。

四、改進效果與行業(yè)影響

可靠性顯著提升

改進后液位計在福清核電1-4號機組中故障率降低80%以上，測量偏差控制在±20mm以內，滿足核電高精度測量需求。

安全保障強化

避免支撐件破碎引發(fā)的異物風險，消除汽水分離再熱系統(tǒng)二級隔離風險，保障汽輪機運行安全。

技術推廣價值

研究成果為導波雷達液位計在核電高溫蒸汽系統(tǒng)的應用提供了實踐案例，推動行業(yè)技術升級。相關改進方案已應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)濟效益與社會效益

減少非計劃停機次數(shù)，降低運維成本。

提升核電運行安全性，符合智慧核電與工業(yè)4.0的發(fā)展趨勢。

五、未來展望

隨著材料科學、算法優(yōu)化和物聯(lián)網(wǎng)技術的進步，導波雷達液位計在核電領域的應用將進一步拓展。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驅動的智能預測：利用機器學習算法預測設備壽命與故障趨勢。

無線化與遠程運維：通過5G/NB-IoT技術實現(xiàn)液位計的無線組網(wǎng)與遠程監(jiān)控。

通過持續(xù)技術創(chuàng)新，導波雷達液位計將為核電安全運行提供更可靠的保障。