內(nèi)置式平衡容器在測量汽包水位實(shí)際中應(yīng)用

1、內(nèi)置式平衡容器在測量汽包水位實(shí)際中應(yīng)用孫靈革（國電雙鴨山發(fā)電有限公司熱工工區(qū) 155136）摘 要：本文闡述了內(nèi)置式平衡容器主要優(yōu)點(diǎn)，解決了汽包水位測量外置式雙室平衡容器和單室平平衡容器外界環(huán)境溫度補(bǔ)償問題，提高了高溫高壓汽包爐汽包水位測量準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：內(nèi)置式平衡容器 汽包水位 應(yīng)用1 壓式測量水位的原理差壓式水位計(jì)的工作原理是把液位高度變化轉(zhuǎn)換成差壓變化，因此其測量儀表就是差壓計(jì)。差壓式水位計(jì)準(zhǔn)確測量汽包水位的關(guān)鍵是水位與差壓之間的準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換是通過平衡容器實(shí)現(xiàn)的，常用的雙室平衡容器結(jié)構(gòu)示意如圖1-1所示。正壓頭是從寬容器中引出，負(fù)壓頭是從置于寬容器中的汽包水側(cè)連通管中取得。寬容器

2、中水面高度是一定的，當(dāng)水面要增高時(shí)，水便通過汽側(cè)通過汽側(cè)連通管溢流入汽鼓；要降低時(shí)，由蒸汽冷凝來補(bǔ)充。因此當(dāng)寬容器中水的重度一定時(shí)，正壓頭為定值。負(fù)壓管與汽鼓是連通的，因此，負(fù)壓管中輸出壓頭的變化反映了汽包水位變化。圖1-1按照流體靜力學(xué)原理，當(dāng)汽包水位在正常水位H0(即零水位)時(shí)，平衡容器的差壓輸出P0P0=Lr-H0r2-（L-H0）rs （1-1）式中 rs飽和蒸汽重度,其它符號(hào)的意義如圖1-1所示。當(dāng)汽包水位偏離正常水位變化H時(shí)，平衡容器的差壓輸出為P P=P0-（ r2- rs）H （1-2） L、H0為確定值，若r1、r2和rS為已知的確定值時(shí)，正常水位時(shí)的差壓輸出P0就是常數(shù)，也

3、就是說差壓式水位計(jì)的零水位差壓是穩(wěn)定的。平衡容器的輸出差壓P0則是汽包水位變化 H的單值函數(shù)。水位增高，輸出差壓減小。應(yīng)當(dāng)指出，上述平衡容器在實(shí)際應(yīng)用中，由于存在下列問題，造成差壓式水位計(jì)指示不準(zhǔn)。（1）由于平衡容器向外散熱，正、負(fù)壓容器中的水溫由上至下逐步降低，且溫度分布不易確定。因此用式（1-1）、（1-2）分度差壓計(jì)時(shí)，因重度r1和r2的數(shù)值很難準(zhǔn)確確定 ，使得分度好的差壓式水位計(jì)裝到現(xiàn)場后與云母水位計(jì)的指示對(duì)不起來。即使在現(xiàn)場對(duì)照云母水位計(jì)的指示調(diào)整好刻度值，隨著使用情況的變化，還會(huì)由于r1和r2數(shù)值改變而使差壓式水位計(jì)指示不準(zhǔn)。為解決這個(gè)問題，可通過改進(jìn)平衡容器結(jié)構(gòu)，設(shè)法使r1 和r

4、2為已知確定值。例如，用蒸汽套保溫，可使r1和r2都等于汽包壓力下飽和水的重度rw，這時(shí)，差壓P和水位H有以下關(guān)系式：P=L（rw- rS）-H（rw- rS） (1-3)其中 H=H0±H。（2）一般，差壓式水位計(jì)是在汽包額定工作壓力下分度的，因此差壓式水位計(jì)只有在汽包額定工作壓力下運(yùn)行時(shí)其指示才正確。當(dāng)汽包壓力變化時(shí)，飽和水重度和飽和蒸汽重度隨之變化，使差壓式水位計(jì)的指示發(fā)生很大誤差。（rw- rS）隨壓力變化的關(guān)系在不同的壓力范圍內(nèi)是不同的，如圖1-2所示，從圖中可見，在30-130Kg/cm2壓力范圍內(nèi)，壓力和重度差（rw- rS）的關(guān)系非常接近線性，隨著壓力的降低，重度差（

5、rw- rS）增大。由于雙室平衡容器的結(jié)構(gòu)尺寸L總是大于H，所以從式1-3可知，當(dāng)汽包壓力低于額定值時(shí)，（rw- rS）增大，使輸出P增大，因而使差壓式水位計(jì)指示偏低。由此產(chǎn)生的水位指示誤差還與水位H、平衡容器結(jié)構(gòu)尺寸L有關(guān)。（L-H）愈大，指示誤差也愈大，也就是說，低水位比高水位誤差大。X102Kg/m31/rw-rsrw-rsra-rsB(Kg/Cm2 圖1-2這種誤差在中壓鍋爐可達(dá)40-50mm，在高壓鍋爐可達(dá)100mm以上，使差壓式水位計(jì)在機(jī)組啟、或滑壓運(yùn)行時(shí)不能使用。要消除或減小因汽包壓力變動(dòng)而造成的誤差，可進(jìn)一步改進(jìn)平衡容器的結(jié)構(gòu)，或者采用汽包壓力補(bǔ)償措施，可以減小差壓式水位測量誤

6、差內(nèi)置式平衡容器根據(jù)差壓計(jì)原理而設(shè)計(jì)的，克服了平衡容器內(nèi)正壓側(cè)水柱高度的重度r1和負(fù)壓側(cè)水柱高度的重度r2受環(huán)境溫度的影響?？梢圆捎檬剑?-3）對(duì)平衡容器差壓值進(jìn)行壓力補(bǔ)償，因?yàn)椴顗篜是rw- rS的單值函數(shù)，rw- rS是汽包壓力的單值函數(shù)。2 汽包內(nèi)置水位平衡容器工作原理DNZ系列汽包內(nèi)置水位平衡容器是根據(jù)多年來的工程實(shí)踐而開發(fā)的，它克服了環(huán)境溫度對(duì)單室平衡容器及參比水柱內(nèi)水密度的影響，使信號(hào)更穩(wěn)定，測量的附加誤差更小，補(bǔ)償公式更簡單，結(jié)果更準(zhǔn)確。眾所周知，單室平衡容器及參比水柱內(nèi)水的溫度受環(huán)境溫度和風(fēng)向以及容器的結(jié)構(gòu)、表管的走向布置影響較大，而水的密度與水的溫度關(guān)系較大，一個(gè)較小的差壓誤

7、差，經(jīng)補(bǔ)償計(jì)算后會(huì)增加近2倍的誤差，給水位測量帶來較大的一個(gè)隨機(jī)誤差。汽包內(nèi)置水位平衡容器，將單室容器置于汽包內(nèi)部，使其水容器和參比水柱永遠(yuǎn)處于飽和環(huán)境下，克服了參比水柱水溫難以測量的不足，從而使信號(hào)更加穩(wěn)定。DNZ系列汽包內(nèi)置水位平衡容器提供了一個(gè)更加穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確的差壓信號(hào)，從而使您的汽包水位測量、調(diào)節(jié)和保護(hù)更加真實(shí)可信。汽包內(nèi)置水位平衡容器的原理如圖1-3所示： 圖1-3汽包內(nèi)置水位平衡容器的原理簡述：汽包內(nèi)置水位平衡容器主要由1冷凝罐、3正壓取樣管、5 DCS、6差壓變送器、8平衡罐等組成。汽包運(yùn)行過程中飽和蒸汽進(jìn)入到冷凝罐中冷凝成飽和水回流到平衡罐中，參比水柱所形成的靜壓通過正壓取

8、樣管引到差壓變送器的正端，汽包內(nèi)的水通過水側(cè)取樣管引到差壓變送器的負(fù)端，這樣差壓變送器輸出差壓信號(hào)給DCS，在DCS中通過壓力補(bǔ)償計(jì)算得出汽包內(nèi)的水位。這樣做沒有了環(huán)境溫度對(duì)參比水柱密度的影響，計(jì)算出來的結(jié)果就更接近于汽包中的實(shí)際水位，能夠真正反映汽包真實(shí)水位。原理圖中：L為平衡罐上邊沿到水側(cè)取樣管中心線的距離，H0為汽包設(shè)計(jì)0水位線到水側(cè)取樣管中心線的距離，H為現(xiàn)在水位線相對(duì)于0水位線的差值，1為飽和水的密度， 2為飽和汽的密度。由此我們可以列出下列公式：H=L- H0-P/（1-2）。從公式中我們可以看出，水位只與飽和水和飽和汽的密度有關(guān)，而密度與壓力有關(guān)，我們只要測出汽包壓力就可以從密度

9、表中查出密度，代入公式即可計(jì)算出水位。汽包內(nèi)置水位平衡容器的優(yōu)點(diǎn)： 由于將平衡罐安裝在汽包內(nèi)，使平衡罐及引出管中的水的溫度為汽包內(nèi)飽和水的溫度，其密度為飽和水的密度，這樣在進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算時(shí)就有相對(duì)穩(wěn)定的參數(shù)，可以準(zhǔn)確計(jì)算出汽包水位。 由于在汽包的汽側(cè)取樣管上焊接有冷凝罐，可以及時(shí)向平衡罐中補(bǔ)充冷凝后的飽和水，可以保證在起爐不久就投入汽包水位。 備用正壓取樣管，防止內(nèi)置式平衡罐出現(xiàn)意外后可將正壓表管與之相連。這樣就與現(xiàn)行的外置式單室容器一樣，以防萬一。3 內(nèi)置式平衡容器在汽包水位測量中實(shí)際應(yīng)用DNZ型內(nèi)置式平衡容器在國電雙鴨山發(fā)電有限公司#3機(jī)組中修時(shí)安裝#3爐汽包內(nèi)，經(jīng)過一年實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)，效果良

10、好，測量汽包水位準(zhǔn)確，能夠真實(shí)反映實(shí)際汽包水位。雙鴨山發(fā)電有限公司#3機(jī)組為前蘇聯(lián)進(jìn)口機(jī)組，汽機(jī)型號(hào)：K-215-130-1型凝汽式單軸三缸雙排汽，一次中間再熱的沖動(dòng)式機(jī)組。鍋爐為俄制Zn67013.8545KT型，其汽包正常水位在汽包中心線下175mm，最高、最低水位相應(yīng)在正常水位的±50mm，汽包工作壓力15.8MPa，飽和溫度346，“汽包裝有事故放水管，可將多余的水放至零水位”，“若水位繼續(xù)升高到+75mm時(shí)，應(yīng)立即開事故放水門”，“汽包水位達(dá)到高值或低值時(shí)，應(yīng)停爐”。水測取樣孔距汽包機(jī)械中心線510±2，上取樣孔距中心線192，上孔50，下孔95，取樣孔外徑均為6

11、2，壁厚10。3.1 #3爐汽包水位測量及保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)狀#3爐汽包共安裝了兩套云母水位計(jì)，2臺(tái)電接點(diǎn)水位計(jì)，1臺(tái)雙室平衡容器帶一塊機(jī)械水位表，2臺(tái)雙室平衡容器帶兩臺(tái)差壓變送器，一臺(tái)單室平衡容器帶一臺(tái)差壓變送器，其信號(hào)送DCS作為調(diào)節(jié)，顯示和保護(hù)用，總計(jì)8臺(tái)水位計(jì)，目前存在的主要問題是電接點(diǎn)水位計(jì)為連通器原理測量汽包水位，由于測量端的溫度較低，水的密度要大于汽包飽和水的密度，造成測量結(jié)果低于汽包的實(shí)際水位，其誤差受汽包壓力、水位計(jì)的環(huán)境溫度影響較大，這些因素的不確定性較大，因而其誤差的不確定性也較大，通過實(shí)際測量和理論計(jì)算，在額定工況0水位時(shí)，誤差在100mm以上。雙室平衡容器屬淘汰產(chǎn)品，雙室平衡

12、器是部分補(bǔ)償，只有在額定工況附近以及0水位時(shí)，誤差較小，在啟停爐和事故狀態(tài)下，誤差較大，且易造成“虛假水位”，遲延較大，難以滿足國電發(fā)（2001）795文“關(guān)于國家電力公司電站鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)配置、安裝和使用若干規(guī)定的通知”（以下簡稱通知）中第5.1條“鍋爐水位保護(hù)未投入，嚴(yán)禁鍋爐啟動(dòng)”的要求，測點(diǎn)取樣是沿汽包方向分布，且為單管取樣，受汽包內(nèi)汽水分離器和水槽水波動(dòng)影響較大是造成水位測量不穩(wěn)定和偏差較大的重要原因之一。3.2 汽包水位測量改進(jìn)措施在原電接點(diǎn)水位計(jì)測點(diǎn)位置安裝一臺(tái)GJT-2000A-C-19高精度電接點(diǎn)水位測量筒（專利號(hào)ZL00 2 21057.6：ZL95 240748.5）

13、。取消機(jī)械水位計(jì)，以及相配套的雙室平衡容器，在原取樣點(diǎn)安裝一臺(tái)高精度電接點(diǎn)水位計(jì)（型號(hào)為GJT-2000A-C-19）號(hào)ZL00 2 21057.6：ZL95 240748.5）， 取消兩臺(tái)雙室平衡容器和一臺(tái)單室平衡容器，改裝內(nèi)置式平衡容器（型號(hào)為DNZ-16，專利號(hào)03 20127481.X、03 201619.1）。對(duì)3臺(tái)變送器進(jìn)行壓力補(bǔ)償，并將其結(jié)果進(jìn)行選中處理，且將選中的結(jié)果用于調(diào)節(jié)、顯示和保護(hù)。將電接點(diǎn)保護(hù)用信號(hào)引至DCS和變送器水位信號(hào)選中的結(jié)果作保護(hù)邏輯，用于鍋爐聯(lián)鎖控制和停爐保護(hù)。3.3 現(xiàn)場效果機(jī)組從啟動(dòng)到帶額定負(fù)荷運(yùn)行，三臺(tái)差壓式水位計(jì)變送器測量水位準(zhǔn)確，CRT畫面上的汽包水位指示數(shù)據(jù)能真實(shí)的反映汽包水位的情況。汽包水位變送器在正常運(yùn)行情況下三臺(tái)變送器水位指示