ULM-31A1-HF 导波雷达液位计在核电的应用及改进

 导波雷达液位计在福清核电的应用及改进

一、应用背景与核心场景

导波雷达液位计在福清核电主要应用于汽水分离再热系统（GSS）的二级疏水箱液位测量。该系统是核电厂汽轮机的重要辅助系统，通过控制蒸汽量实现高压缸排气的除湿和再热，确保进入低压缸的蒸汽具备足够过热度，从而提升汽轮机效率并减少湿蒸汽对部件的腐蚀。导波雷达液位计在此场景中替代了传统仪表，旨在解决高温、高压、蒸汽介电常数变化等复杂工况下的液位测量难题。

二、应用中暴露的关键问题

支撑件破碎风险

问题描述：原导波杆支撑件采用聚醚醚酮（PEEK）材料，但在280℃高温下长期运行会逐渐脆化，在系统冲击工况下易破裂。碎片可能进入二回路系统，形成异物，危及机组安全。

影响：导致导波杆触碰测量筒，引发液位测量跳变，甚至触发汽水分离再热系统二级隔离风险。

密封失效与泄漏

问题描述：探杆内部密封件采用PEEK材料隔热，靠近连接部位使用2个O型圈密封。但O型圈耐温仅150℃，在280℃高温下失效，导致蒸汽泄漏，测量数据闪发质量位异常。

影响：密封失效后无法在线更换，需停机处理，影响机组运行连续性。

蒸汽补偿漂移与测量偏差

问题描述：蒸汽介电常数随温度、压力变化，影响电磁波传播速度。冷态校准后，热态工况下3支液位计偏差可达100mm，且随运行时间延长偏差逐渐扩大。

影响：导致液位测量失真，需频繁人工修正，增加运维成本。

测量稳定性与抗干扰能力不足

问题描述：导波杆振动、冲击或安装位置不当（如靠近进料口）导致信号波动，测量值不稳定。

影响：在湍流或泡沫工况下，测量数据可靠性下降。

三、针对性改进措施与技术升级

材料革新：耐高温与抗腐蚀设计

支撑件升级：采用99.7%纯度氧化铝陶瓷（Al₂O₃）替代PEEK。陶瓷熔点超过2000℃，硬度高、耐磨性好，且介电常数稳定（约9.0），适应高温蒸汽环境。

密封件优化：使用耐高温石墨密封（Graphite），替代传统O型圈。石墨密封耐温≥350℃，物理性能远优于PEEK和铝矾土，可杜绝蒸汽泄漏。

结构优化：防泄漏设计

探杆内部结构：改进导波杆内部结构，确保蒸汽环境下元件稳定，防止渗漏。

密封结构：采用整体密封设计，结合加工工艺，确保测量组件在9MPa、350℃条件下不泄漏，顶部温度控制在50℃以下。

算法改进：蒸汽补偿与动态校准

自动补偿功能：开发蒸汽补偿算法，实时修正介电常数变化对电磁波速度的影响，减少测量漂移。

动态校准：引入自诊断与仪表设置自寻优功能，根据工况自动调整测量参数，适应冷热态切换。

系统集成与验证：高温高压试验

样机研制：生产2套蒸汽型导波雷达液位计样机（量程分别为2.5m和1.6m），覆盖200℃/4MPa环境下的蒸汽/水介质测量需求。

试验验证：通过高温高压试验装置验证样机性能，确保在230℃/4MPa挑战参数下稳定工作。

维护策略优化：智能化与预防性维护

定期巡检：结合热态校准，减少偏差积累。

故障预警：通过自诊断功能提前识别潜在问题，如密封失效、支撑件裂纹等。

远程监控：集成HART协议，实现液位信号4-20mA输出与云端数据管理，提升运维效率。

四、改进效果与行业影响

可靠性显著提升

改进后液位计在福清核电1-4号机组中故障率降低80%以上，测量偏差控制在±20mm以内，满足核电高精度测量需求。

安全保障强化

避免支撑件破碎引发的异物风险，消除汽水分离再热系统二级隔离风险，保障汽轮机运行安全。

技术推广价值

研究成果为导波雷达液位计在核电高温蒸汽系统的应用提供了实践案例，推动行业技术升级。相关改进方案已应用于其他核电站类似系统，如低压加热器、除氧器液位测量等。

经济效益与社会效益

减少非计划停机次数，降低运维成本。

提升核电运行安全性，符合智慧核电与工业4.0的发展趋势。