上海安科瑞电气有限公司

                              

    作者简介：

    徐守万（1982-），男，江苏宿豫人，学士，高级工程师，现任科瑞公司任产品经理，主要研究方向为各类传感器、PLC、变频器、伺服系统等应用和解决方案及自动化系统工程解决方案。

    摘要：在核电工业中 ，应用专用传感器对一回路系统和二次测回路水位进行实时监控和限位监控的成功解决方案。

    关键词：核电 ；传感器；液位计；抗核辐射

    1 引言

    随着国内经济的快速发展，新能源的强烈需求，低碳生活的强烈愿望，孕育出了核电工业快速发展的步伐。“ 据中新社报道，中国核电事业已进入快速发展的新阶段，“在役核电站继续保持安全稳定运行，性能指标不断改善”、“自主设计建造的二代改进型核电新项目开始批量建设”、“引进技术的三代核电项目进入实施阶段”…… 国家发改委副主任、国家能源局局长张国宝表示，发展核电在国际上是大势所趋，中国各地发展核电积极性也很高。中国确定到2020年建成四千万千瓦核电目标在他看来比较保守，应该予以适当增加。”可见未来核电工业的发展有很大的技术挑战性。

    2 科瑞液位测量系统

    随着高技术的发展和自动化控制要求不断提高，在核电工业，专用传感器的应用也随之高速发展，科瑞传感器研发的液位测量系统应运而生。科瑞液位测量系统分为实时液位测量系统和限位测量系统，这个测量系统已经成功应用于法国核电站项目中。

    2.1 现场应用剖析

    2.1 .1 在辐射环境中对水位的监测

    在核电站建造中，反应堆是核电站的关键设计，链式裂变反应就在其中进行。反应堆种类很多，核电站中使用最多的是压水堆。

    压水堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料组件，吸收了核裂变产生的热能以后流出反应堆，进入蒸汽发生器，把热量传给二次侧的水，使它们变成蒸汽送去发电。

    核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应，从而实现核能-热能转换的装置。 核电厂用的压水反应堆有一个厚厚的钢质贺筒形外壳，腰部有几个进水口和出水口，称为压力容器，900兆瓦的压水堆， 其压力容器高12米，直径3.9米，壁厚约0.2米。 压力容器内是堆芯，堆芯由燃料组件和控制棒组件等组成。 水在它们的间隙中流过。水在此起两个作用，一是降低中子的速度使之易于被铀－235核吸收，二是带出热量。900兆瓦的压水堆 一般装有157个燃料组件，约含80吨二氧化铀。

    从上述中可以看出 一回路的水中，含有辐射物质，因此传感器应具有防止辐射的干扰功能。

    按照客户的要求，科瑞专门定制了应用于含辐射环境中的液位传感器。这个传感器采用不锈钢和PEEK 外壳材质，这两种材质都能满足抗各类辐射的要求。传感器的探棒具有很强的抗压功能和很高的测量精度，对于模拟量液位传感器来讲可达2％的测量精度，对于开关量传感器来讲，限位在某一点，就在某一点，测量点只有5mm 范围，测量精度很高。液位传感器的探棒长度可以按照用户的需求来量身定做。

    在这个核电站中，对于液位的测量，供用到科瑞两大类液位传感器。他们的应用有两个方面，其一是对液位的实时监控——科瑞模拟量液位传感器。其二是对液位的限位控制，包含高位、最高位、低位和最低位的4个开关点－－科瑞开关量液位传感器。

    2.2科瑞液位传感器测量原理

    2.2.1 采用科瑞专利测量原理－－3电极测量原理

    科瑞液位测量系统是采用3电极测量原理。3个电极分别为1 = Sending electrode、2 = Screening electrode 和3 = Measuring electrode。如图1、图2所示。

                 

                                                            图1 3个电极原理 图 2 

    这个原理几乎可以彻底消除不良的寄生能力和他们的影响，这是不可避免地会出现在实际工作中，（例如由连接到放大器上的探棒电缆线产生的影响）。如图2 所示，物质挂壁也不影响测量结果，测试物质为热溶胶。

    在具有专利性质的电路原理基础上，显著的参数完全可以实现和解决特殊应用，例如：多重的测量法和DC-补偿模拟量测量法（DC=dielectric constant)。

    2.3 液位传感器的系统组成

    2.3.1基本系统

    探棒＋连接电缆线＋电子处理单元（放大器）＝基本系统

    2.3.2 探棒

    探棒的外壳采用具有绝缘性质的材料。
    标准外壳： PEEK(polyetheretherketone) (FDA 21 CFR 177.2415) ,用于核电工业、食品工业、制药工业、化工工业等其它工业中，也同样可以应用在非常粘性流体环境中。
    可选外壳：可提供其他材质的塑料外壳，如GFK、PE、PVDF、PTFE等等。

                                 

                             图3 液位计

    2.3.3 电子处理单元（放大器）

    可用选项
    限值处理单元－－带有1、2、4+n•4 测量位置
    －带有固定限值开关点。
    －带有可变限值开关点（可选）。
    模拟量处理单元－－带有自动DC-补偿功能。

                              

                               图4 放大器

    2.4 科瑞液位传感器优势介绍

    2.4.1 系列模拟量测量系统

    优势：

    （1）采用填充物限位测量法容器和管子的直径可达约5 M。
    （2）对于液体和散装材料的介电系数εr > 1,2 都可以检测。
    （3）由于采用巨大的测量容值，因此它也适和测量非同质性的物质。
    （4）带有适配安装方式，不受进料口的影响。
    （5）探棒适用周围环境温度范围宽：–70 °C ... +250 °C。
    （6）防静电。
    （7）由于采用介电常数自动补偿功能，因此在同一个存储罐中检测不同材料物质不需要重新调整。
    （8）在存储罐为空的条件下完成调整功能，带有易调整的调节电位计。

    2.4.2 系列开关量测量系统 

    其他优势：

    （1）适合检测高粘性产品（如胶水或类似产品）。
    （2）适合检测介电系数非常低（εr = 1,1 ）的材料，也适合检测低密度物质（如：聚苯乙烯）。
    （3）不受材料粘附在探棒上的影响。
    （4）适合所有容器尺寸。
    （5）固定限位点式探棒不受介电常数改变的影响。
    （6）多个探棒同时使用彼此之间没有干扰。
    （7）调整简单（“blind”-调整）。

    3 结语

    随着全球对核电工业的大力发展及我国核电工业的成熟的第二代向第三代升级和将来向第四代的迈进。核电工业使用的一次仪表越来越普及，尤其是在具有危险性一回路中使用的一次传感器。科瑞传感器始终冲在传感器行业的前端，为各个行业提供最优解决方案。在核电工业中科瑞传感器液位传感器KFX 系列已经成功应用于法国核电站工业，并通过了用户的长时间的性能测试。