高壓容器雙參考管水位測量原理

王盟

【摘 要】本文基于對核電站現有高壓容器水位測量系統的分析，分析了雙參考管水位計的結構特點以及水位測量原理，并對實際工程中雙參考管的布置提出了應用建議。

【關鍵詞】高壓容器;水位測量;雙參量管;壓差

中圖分類號： TQ051.3文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）36-0320-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.36.153

1 雙參考管水位計結構介紹

對于高溫高壓容器，例如核電站的穩壓器、蒸汽發生器等，其液位測量是極為重要的。因此，不僅要求其測量儀表工作可靠，而且要求有足夠的測量精度。現有高溫高壓容器中液位的連續測量通常是采用把液位轉換成壓差的方法來實現的[1]，如圖1所示，文獻[2]對核電蒸汽發生器水位測量系統的優化進行了分析。現有工程中廣泛使用的水位測量方法，但是液體密度隨其所處的溫度而變化，因此在傳統的水位測量系統中，安裝了置于環境的水位測量參考管，以響應環境溫度變化來實現水位測量中的密度補償。

圖1 傳統水位測量系統

雙參考管水位計則另辟蹊徑，采用內補償的方式，使得水位測量不再考慮測量系統外部所處的環境條件變化而進行密度補償，其結構如圖2所示。其中，A管為水位測量管、B管為高液位參考管、C管為低液位參考管，同時B管和C管頂部設置補水和溢流，時刻保持B管和C管處于滿水狀態，與壓力容器內部的熱工環境保持動態平衡。A管B管、A管C管、B管C管均設置壓差傳感器，提供水位的測量輸入信號。

圖2 雙參考管水位測量系統

2 雙參考管水位計測量原理

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

ΔP1=ΔH1（ρc1-ρs）g（1）

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

ΔP2=ΔH2（ρB1-ρs）g（2）

對于B管C管之間的壓差，由于B管C管規格相同，都處于相同的容器內部環境，因此可以用式（3）進行表達，其中ΔHBC為B管和C管頂部高度差。

ΔP=ΔH■（ρB1-ρs）gΔH■（ρc1-ρs）g（3）

如果容器內的水位低于C管，則有：

■=■=■→H=■（4）

■=■=■→H=■（5）

■=■=■→H=■（6）

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

3 雙參考管水位計測量應用分析

通過合理布置B管和C管的位置，尤其是B管的布置，可以實現大范圍內的水位測量，通過式（4）～（6）的進一步分析可以看出，水位測量的輸出結果僅表征為壓差傳感器的測量結果以及B管和C管的高度參數，與被測壓力容器內的熱工參數無關。該水位測量系統及測量方法可應用于核電站穩壓器、蒸汽發生器以及其它包含汽水介質的高壓容器的水位測量中應用。

【參考文獻】

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

[2]CPR1000核電機組蒸汽發生器水位測量系統優化[J].儀器儀表用戶，2016（23）：95-97.