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[摘 要] 针对中国实验快堆三回路除氧器三种水位计测量值相差较大的缺陷异常处理过程，通过对三种水位计的结构和测量原理分析，
得出造成各水位计测量值相差较大的原因，并提出提高水位测量精度的办法。
[关键词]中国实验快堆;除氧器;水位计
[中图分类号]TM62 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–0–02
[Abstract]In this paper， aiming at the abnormal treatment process of the big difference in the measured values of three kinds of water level gauges in the three loop deaerator of China experimental fast reactor， through the analysis of the structure and measurement principle of the three kinds of water level gauges， the reasons for the big difference in the measured values of each water level gauge are obtained， and the methods to improve the accuracy of water level measurement are put forward.
[Keywords]China experimental fast reactor; deaerator; water level gauge
中国实验快堆三回路除氧器在反应堆启动前对三回路给水进行加热、除氧，并在反应堆运行期间储存并提供足够量的合格除盐水，反应堆启动、运行和停堆冷却期间，除氧器水温依靠启动锅炉蒸汽或核蒸汽维持在190 ℃的饱和温度。
1 除氧器参数监测仪表
除氧器设有温度监测、压力监测、水位监测仪表，出于反应堆安全可靠性排热要求，水位监测仪表既参与反应堆保护，也参与除氧器水位调节，水位监测设有就地仪表1台，水位调节仪表
1台，反应堆保护仪表6台。就地仪表为磁翻转水位计，引入三回路计算机监控系统的水位计为压差变送器，引入保护系统的6台水位仪表为压差变送器，6台压差变送器分为两组，每组3台压差变送器共用一套引压管。因此除氧器的8台水位计与除氧器水箱共有四套接管。保护系统的6台压差变送器两套接管位于除氧器南罐体两侧，另外两台水位计两套引压接点位于除氧器北罐体量侧，各接点位置如图1所示。
2 除氧器水位仪表的测量原理
除氧器的三种水位计，分别是就地磁翻转水位计、可调量程差压变送器和不可调量程差压变送器。
2.1 就地磁翻转水位计
该水位计采用连通器原理，磁翻转水位计上下端接管分别与除氧器上的两个水位测量接口连接，下部接口位于除氧器除氧水箱底部，上部接口位于除氧器除氧水箱上部汽腔室的较高位置，水侧接管、汽侧接管和水位计圆柱筒（浮筒）形成一个连通器，浮筒内有一磁性浮子，浮子漂浮在水面上。根据连通器原理，若除氧水箱和水位计浮筒内水密度相同，浮筒内的水面与除氧水箱水面处于同一高度，在浮筒外有用于指示水面位置的红/绿双色磁铁（旗板），旗板随着位于水面的浮子的上下移动而翻转，红绿交界位置即水面位置。
2.2 可调量程差压变送器
差压变送器的两个引压管分别与除氧器上的水侧和汽侧接口连接，水侧接口（下部）位于除氧器除氧水箱底部，汽侧接口（上部）位于除氧器除氧水箱上部汽腔室的较高位置。因汽侧水蒸气为可凝气体，因此汽侧的引压管内测量时需充满水，作为差压变送器的高压侧，该侧引压管水柱高度不变，作为压力比较端;水侧引压管作为低压侧接入差压变送器。该差压变送器标称测量压差为0～30 kPa，对应输出电流4～20 mA，因該除氧器水位测量要求为0～2 400 mm，因此，仪表调整为0～24 kPa，对应输出电流4～20 mA。
2.3 固定量程差压变送器
该差压变送器接入和测量原理与可调量程差压变送器一致。该差压变送器标称测量压差为0～30 kPa，对应输出电流4～20 mA。其汽侧和水侧引压管高度差为水位量程2 400 mm，因其量程不可调节，所以在该系统中差压变送器最高压差为高压侧（压力比较端）充满水，低压侧（水侧）为空时，此时差压为2 400 mm水柱的压力，即24 kPa，对应输出电流16.8 mA。因此，该测量信号的二次转换与3.2节差压变送器对应关系不同。
3 水位测量仪表测量偏差产生原因
在实际测量中发现，上述三种水位计测量液位值偏差较大，就地液位显示最高，固定量程差压变送器液位最低，相差100 mm以上。引起测量偏差较大的原因有以下几点。
3.1 除氧器安装水平度影响
除氧器水箱在长度方向上安装水平度偏差的影响，因水箱右侧安装位置偏低，导致除氧器右侧实际液柱高度比左侧液柱高度大，因此这也导致除氧器左右两侧的水位计测量值产生相应的偏差，安装水平度偏差1°将导致左右两侧水位高度差17.45 mm/除氧器长度每米。除氧器水箱圆周方向安装水平度偏差也会产生相同影响。
3.2 水位计及连接/引压管安装误差影响
磁翻转水位计显示水位为实际液面位置，因此，水位计如果安装位置偏高，将导致测量水位值变小，安装位置偏低将导致测量水位值变大。该安装偏差可以通过上下移动磁翻转水位计的刻度尺实现水位修正。
差压变送器引压管安装误差的影响。若高压侧引压管相对高度（低压侧引压管除氧水箱的接口）大于2 400 mm，对于不可调量程的差压变送器（压差量程0～30 kPa，对应4～20 mA），在实际水位为0时，差压变送器输出电流变大，即二次转换的水位显示值偏低，反之水位显示值偏高。 3.3 水温度变化影响
（1）对于磁翻转水位计，水位计圆柱筒（浮筒）处于除氧器房间环境中，该浮筒上下两端与除氧器水侧和汽侧相通，水位稳定时浮筒内水柱温度只受自然对流传热影响和环境温度影响;水位波动时，除氧器水箱与浮筒内水频繁交换，此时二者温差变小。无论上述哪种情况，浮筒内水温均低于除氧器水箱水温，根据连通器原理，浮筒内水面低于除氧器水箱水面，因此，磁翻转水位计在除氧器正常运行工况下其测量值偏低，水位越稳定，二者温差越大、测量水位偏差越大。
（2）对于差压变送器，测量压差可由下式表示：
式（1）中：P3为高压侧引压管水面上的气压，P2为除氧器汽空间与高压侧引压管水面同一高度上的气压，二者相等。因此，可简化为公式（2）：
除氧器水位二次仪表转换程序中，差压值与水位是一一对应的，转换中没有考虑除氧器温度和高压侧引压管温度变化，转换时认为ρ1和ρ3相等，均为除氧器正常稳定运行工况饱和温度对应的水的密度。
除氧器冷态时除氧器内为过冷水，ρ2很小，ρ1和ρ3相等，因此测量水位偏差较小。
除氧器正常稳定运行期间，除氧器内为饱和状态，气压和水温变化较小，因此ρ1和ρ2变化较小;高压侧引压管内水温受环境影响较大，环境温度与除氧器房间设备运行工况及房间通风情况有关，ρ3接近环境温度，ρ1和ρ3相差較大，水位测量偏差也变大。
以本文引入保护系统的差压变送器为例，高压侧、低压侧引压管高度差2 400 mm，量程0～30 kPa，输出4～20 mA，经查计算机监控程序，仪表二次转换关系为：4～20 mA对应3 059～0 mm水位。该转换关系是基于除氧器和仪表引压管水密度均为1 g/cm3计算得出的。因除氧器正常运行时水温190 ℃，而仪表引压管处于房间环境中，水不循环，因此引压管水温更接近环境温度，变送器测量误差因此产生。
以高压侧引压管温度30 ℃、50 ℃，除氧器水温190 ℃稳定运行时为例，计算实际水位与仪表显示水位。
在实际水位为0 mm时，因仪表高压侧引压管水密度小于1 g/cm3，导致仪表显示水位均大于0 mm;而实际水位达到2 400 mm时，因除氧器水密度低于高压侧引压管水密度，导致其测量水位低于2 400 mm。因二次仪表转换关系未考虑水温变化影响，导致仪表显示水位与实际水位偏差较大。
磁翻转水位计因其浮筒上下两端与除氧器水侧和汽侧相通，浮筒内水与除氧水箱的水会有一定热量交换，该温差小于差压变送器两侧温差，因此，高温时磁翻转水位计显示值比差压变送器显示值更接近实际水位。
3.4 减小测量误差措施
针对上述测量误差产生原因，在无法改变除氧器和仪表引压管状态下，可以通过二次表进行调整。在测量好安装误差后，将磁翻转水位计的水位标尺向上或向下移动安装偏差，对于差压变送器可以通过二次转换关系直接进行计算补偿。但此时会导致水位高点或低点产生一定范围的测量盲区。
对于因仪表引压管或浮筒内水温与除氧器水温偏差导致测量误差，可以改变仪表引压管或浮筒结构形式来尽量消除水温偏差。对于差压变送器，可以将引压管温度、除氧器温度等引入二次仪表，水位转换时应考虑相关温度变化导致的密度变化。
4 结束语
综上所述，除氧器水位仪表测量结果的准确性非常重要，在上文中对三种水位计的结构和测量原理进行了分析，以此为基础分析了造成各水位计测量值相差较大的原因，并提出提高水位测量精度的办法，可以为改善水位仪表测量结果的准确性提供支持。
参考文献
[1] 靳晓乐.核电厂连通管式水位计测量值偏大的影响因素分析[J].分析仪器，2019（4）：69-73.
[2] 郭东东. 135 MW机组高加水位测量偏差与分析[J].当代化工研究，2018（12）：118-119.
[3] 晁彬.关于锅炉水位测量偏差的原因及处理方法的探讨[J].化工管理，2017（16）：55.
[4] 张金升，徐卓.采用变频调节技术的全程除氧器水位三冲量控制逻辑设计及应用[J].内蒙古电力技术，2009（3）：28-30.
[5] 崔富君.用变比例带和三冲量调节的方法实现的除氧器水位控制系统分析[J].内蒙古电力技术，2004（2）：28-29.
得出造成各水位计测量值相差较大的原因，并提出提高水位测量精度的办法。
[关键词]中国实验快堆;除氧器;水位计
[中图分类号]TM62 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–0–02
[Abstract]In this paper， aiming at the abnormal treatment process of the big difference in the measured values of three kinds of water level gauges in the three loop deaerator of China experimental fast reactor， through the analysis of the structure and measurement principle of the three kinds of water level gauges， the reasons for the big difference in the measured values of each water level gauge are obtained， and the methods to improve the accuracy of water level measurement are put forward.
[Keywords]China experimental fast reactor; deaerator; water level gauge
中国实验快堆三回路除氧器在反应堆启动前对三回路给水进行加热、除氧，并在反应堆运行期间储存并提供足够量的合格除盐水，反应堆启动、运行和停堆冷却期间，除氧器水温依靠启动锅炉蒸汽或核蒸汽维持在190 ℃的饱和温度。
1 除氧器参数监测仪表
除氧器设有温度监测、压力监测、水位监测仪表，出于反应堆安全可靠性排热要求，水位监测仪表既参与反应堆保护，也参与除氧器水位调节，水位监测设有就地仪表1台，水位调节仪表
1台，反应堆保护仪表6台。就地仪表为磁翻转水位计，引入三回路计算机监控系统的水位计为压差变送器，引入保护系统的6台水位仪表为压差变送器，6台压差变送器分为两组，每组3台压差变送器共用一套引压管。因此除氧器的8台水位计与除氧器水箱共有四套接管。保护系统的6台压差变送器两套接管位于除氧器南罐体两侧，另外两台水位计两套引压接点位于除氧器北罐体量侧，各接点位置如图1所示。
2 除氧器水位仪表的测量原理
除氧器的三种水位计，分别是就地磁翻转水位计、可调量程差压变送器和不可调量程差压变送器。
2.1 就地磁翻转水位计
该水位计采用连通器原理，磁翻转水位计上下端接管分别与除氧器上的两个水位测量接口连接，下部接口位于除氧器除氧水箱底部，上部接口位于除氧器除氧水箱上部汽腔室的较高位置，水侧接管、汽侧接管和水位计圆柱筒（浮筒）形成一个连通器，浮筒内有一磁性浮子，浮子漂浮在水面上。根据连通器原理，若除氧水箱和水位计浮筒内水密度相同，浮筒内的水面与除氧水箱水面处于同一高度，在浮筒外有用于指示水面位置的红/绿双色磁铁（旗板），旗板随着位于水面的浮子的上下移动而翻转，红绿交界位置即水面位置。
2.2 可调量程差压变送器
差压变送器的两个引压管分别与除氧器上的水侧和汽侧接口连接，水侧接口（下部）位于除氧器除氧水箱底部，汽侧接口（上部）位于除氧器除氧水箱上部汽腔室的较高位置。因汽侧水蒸气为可凝气体，因此汽侧的引压管内测量时需充满水，作为差压变送器的高压侧，该侧引压管水柱高度不变，作为压力比较端;水侧引压管作为低压侧接入差压变送器。该差压变送器标称测量压差为0～30 kPa，对应输出电流4～20 mA，因該除氧器水位测量要求为0～2 400 mm，因此，仪表调整为0～24 kPa，对应输出电流4～20 mA。
2.3 固定量程差压变送器
该差压变送器接入和测量原理与可调量程差压变送器一致。该差压变送器标称测量压差为0～30 kPa，对应输出电流4～20 mA。其汽侧和水侧引压管高度差为水位量程2 400 mm，因其量程不可调节，所以在该系统中差压变送器最高压差为高压侧（压力比较端）充满水，低压侧（水侧）为空时，此时差压为2 400 mm水柱的压力，即24 kPa，对应输出电流16.8 mA。因此，该测量信号的二次转换与3.2节差压变送器对应关系不同。
3 水位测量仪表测量偏差产生原因
在实际测量中发现，上述三种水位计测量液位值偏差较大，就地液位显示最高，固定量程差压变送器液位最低，相差100 mm以上。引起测量偏差较大的原因有以下几点。
3.1 除氧器安装水平度影响
除氧器水箱在长度方向上安装水平度偏差的影响，因水箱右侧安装位置偏低，导致除氧器右侧实际液柱高度比左侧液柱高度大，因此这也导致除氧器左右两侧的水位计测量值产生相应的偏差，安装水平度偏差1°将导致左右两侧水位高度差17.45 mm/除氧器长度每米。除氧器水箱圆周方向安装水平度偏差也会产生相同影响。
3.2 水位计及连接/引压管安装误差影响
磁翻转水位计显示水位为实际液面位置，因此，水位计如果安装位置偏高，将导致测量水位值变小，安装位置偏低将导致测量水位值变大。该安装偏差可以通过上下移动磁翻转水位计的刻度尺实现水位修正。
差压变送器引压管安装误差的影响。若高压侧引压管相对高度（低压侧引压管除氧水箱的接口）大于2 400 mm，对于不可调量程的差压变送器（压差量程0～30 kPa，对应4～20 mA），在实际水位为0时，差压变送器输出电流变大，即二次转换的水位显示值偏低，反之水位显示值偏高。 3.3 水温度变化影响
（1）对于磁翻转水位计，水位计圆柱筒（浮筒）处于除氧器房间环境中，该浮筒上下两端与除氧器水侧和汽侧相通，水位稳定时浮筒内水柱温度只受自然对流传热影响和环境温度影响;水位波动时，除氧器水箱与浮筒内水频繁交换，此时二者温差变小。无论上述哪种情况，浮筒内水温均低于除氧器水箱水温，根据连通器原理，浮筒内水面低于除氧器水箱水面，因此，磁翻转水位计在除氧器正常运行工况下其测量值偏低，水位越稳定，二者温差越大、测量水位偏差越大。
（2）对于差压变送器，测量压差可由下式表示：
式（1）中：P3为高压侧引压管水面上的气压，P2为除氧器汽空间与高压侧引压管水面同一高度上的气压，二者相等。因此，可简化为公式（2）：
除氧器水位二次仪表转换程序中，差压值与水位是一一对应的，转换中没有考虑除氧器温度和高压侧引压管温度变化，转换时认为ρ1和ρ3相等，均为除氧器正常稳定运行工况饱和温度对应的水的密度。
除氧器冷态时除氧器内为过冷水，ρ2很小，ρ1和ρ3相等，因此测量水位偏差较小。
除氧器正常稳定运行期间，除氧器内为饱和状态，气压和水温变化较小，因此ρ1和ρ2变化较小;高压侧引压管内水温受环境影响较大，环境温度与除氧器房间设备运行工况及房间通风情况有关，ρ3接近环境温度，ρ1和ρ3相差較大，水位测量偏差也变大。
以本文引入保护系统的差压变送器为例，高压侧、低压侧引压管高度差2 400 mm，量程0～30 kPa，输出4～20 mA，经查计算机监控程序，仪表二次转换关系为：4～20 mA对应3 059～0 mm水位。该转换关系是基于除氧器和仪表引压管水密度均为1 g/cm3计算得出的。因除氧器正常运行时水温190 ℃，而仪表引压管处于房间环境中，水不循环，因此引压管水温更接近环境温度，变送器测量误差因此产生。
以高压侧引压管温度30 ℃、50 ℃，除氧器水温190 ℃稳定运行时为例，计算实际水位与仪表显示水位。
在实际水位为0 mm时，因仪表高压侧引压管水密度小于1 g/cm3，导致仪表显示水位均大于0 mm;而实际水位达到2 400 mm时，因除氧器水密度低于高压侧引压管水密度，导致其测量水位低于2 400 mm。因二次仪表转换关系未考虑水温变化影响，导致仪表显示水位与实际水位偏差较大。
磁翻转水位计因其浮筒上下两端与除氧器水侧和汽侧相通，浮筒内水与除氧水箱的水会有一定热量交换，该温差小于差压变送器两侧温差，因此，高温时磁翻转水位计显示值比差压变送器显示值更接近实际水位。
3.4 减小测量误差措施
针对上述测量误差产生原因，在无法改变除氧器和仪表引压管状态下，可以通过二次表进行调整。在测量好安装误差后，将磁翻转水位计的水位标尺向上或向下移动安装偏差，对于差压变送器可以通过二次转换关系直接进行计算补偿。但此时会导致水位高点或低点产生一定范围的测量盲区。
对于因仪表引压管或浮筒内水温与除氧器水温偏差导致测量误差，可以改变仪表引压管或浮筒结构形式来尽量消除水温偏差。对于差压变送器，可以将引压管温度、除氧器温度等引入二次仪表，水位转换时应考虑相关温度变化导致的密度变化。
4 结束语
综上所述，除氧器水位仪表测量结果的准确性非常重要，在上文中对三种水位计的结构和测量原理进行了分析，以此为基础分析了造成各水位计测量值相差较大的原因，并提出提高水位测量精度的办法，可以为改善水位仪表测量结果的准确性提供支持。
参考文献
[1] 靳晓乐.核电厂连通管式水位计测量值偏大的影响因素分析[J].分析仪器，2019（4）：69-73.
[2] 郭东东. 135 MW机组高加水位测量偏差与分析[J].当代化工研究，2018（12）：118-119.
[3] 晁彬.关于锅炉水位测量偏差的原因及处理方法的探讨[J].化工管理，2017（16）：55.
[4] 张金升，徐卓.采用变频调节技术的全程除氧器水位三冲量控制逻辑设计及应用[J].内蒙古电力技术，2009（3）：28-30.
[5] 崔富君.用变比例带和三冲量调节的方法实现的除氧器水位控制系统分析[J].内蒙古电力技术，2004（2）：28-29.