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（GSS）的二級疏水箱液位測量。該系統是核電廠汽輪機的重要輔助系統，通過控制蒸汽量實現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儀表，旨在解決高溫、高壓、蒸汽介電常數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，在系統沖擊工況下易破裂。碎片可能進入二回路系統，形成異物，危及機組安全。

影響：導致導波桿觸碰測量筒，引發液位測量跳變，甚至觸發汽水分離再熱系統二級隔離風險。

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，測量數據閃發質量位異常。

影響：密封失效后無法在線更換，需停機處理，影響機組運行連續性。

蒸汽補償漂移與測量偏差

問題描述：蒸汽介電常數隨溫度、壓力變化，影響電磁波傳播速度。冷態校準后，熱態工況下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，測量值不穩定。

影響：在湍流或泡沫工況下，測量數據可靠性下降。

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，且介電常數穩定（約9.0），適應高溫蒸汽環境。

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

結構優化：防泄漏設計

探桿內部結構：改進導波桿內部結構，確保蒸汽環境下元件穩定，防止滲漏。

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：蒸汽補償與動態校準

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

動態校準：引入自診斷與儀表設置自尋優功能，根據工況自動調整測量參數，適應冷熱態切換。

系統集成與驗證：高溫高壓試驗

樣機研制：生產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挑戰參數下穩定工作。

維護策略優化：智能化與預防性維護

定期巡檢：結合熱態校準，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。

遠程監控：集成HART協議，實現液位信號4-20mA輸出與云端數據管理，提升運維效率。

四、改進效果與行業影響

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的異物風險，消除汽水分離再熱系統二級隔離風險，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的應用提供了實踐案例，推動行業技術升級。相關改進方案已應用于其他核電站類似系統，如低壓加熱器、除氧器液位測量等。

經濟效益與社會效益

減少非計劃停機次數，降低運維成本。

提升核電運行安全性，符合智慧核電與工業4.0的發展趨勢。