第八章 水位測量

1、第八章第八章 液位檢測及儀表液位檢測及儀表 本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容: 液位測量概述液位測量概述 汽包水位測量概述汽包水位測量概述 云母水位計及雙色水位計云母水位計及雙色水位計 差壓水位計差壓水位計 電接點水位計電接點水位計 鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)誤差的評定鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)誤差的評定 本章小結本章小結 第一節(jié)第一節(jié) 液位測量概述液位測量概述 一、液位測量的重要性一、液位測量的重要性 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，液位往往是很重要的控制參在工業(yè)生產(chǎn)過程中，液位往往是很重要的控制參 數(shù)。對于一般儲液裝置內(nèi)所儲存液體的多少對生產(chǎn)過數(shù)。對于一般儲液裝置內(nèi)所儲存液體的多少對生產(chǎn)過 程的影響是不可忽視的。比如火

2、電生產(chǎn)過程中的鍋爐程的影響是不可忽視的。比如火電生產(chǎn)過程中的鍋爐 汽包內(nèi)的水位就直接影響汽水系統(tǒng)循環(huán)的效果以及送汽包內(nèi)的水位就直接影響汽水系統(tǒng)循環(huán)的效果以及送 出蒸汽的質(zhì)量。出蒸汽的質(zhì)量。 二、液位測量的特點二、液位測量的特點 （l l）穩(wěn)定的液面是一個規(guī)則的表面，但是當物料有流進）穩(wěn)定的液面是一個規(guī)則的表面，但是當物料有流進 流出時，會有波浪使液面波動。在生產(chǎn)過程中還可能流出時，會有波浪使液面波動。在生產(chǎn)過程中還可能 出現(xiàn)沸騰或起泡沫的現(xiàn)象，使液面變得模糊。出現(xiàn)沸騰或起泡沫的現(xiàn)象，使液面變得模糊。 （2 2）大型容器中常會有各處液體的溫度、密度和粘度）大型容器中常會有各處液體的溫度、密度和粘

3、度 等物理量分布不均勻的現(xiàn)象。等物理量分布不均勻的現(xiàn)象。 （3 3）容器中的液體呈高溫、高壓、高粘度或含有大量）容器中的液體呈高溫、高壓、高粘度或含有大量 雜質(zhì)、懸浮物等。雜質(zhì)、懸浮物等。 以汽包水位為例，汽包水位具有以下特點：以汽包水位為例，汽包水位具有以下特點： 汽包內(nèi)水汽無明顯分界面。實際水位，重量水位。汽包內(nèi)水汽無明顯分界面。實際水位，重量水位。 汽包內(nèi)水位忽上忽下劇烈周期波動。汽包內(nèi)水位忽上忽下劇烈周期波動。 爐水中含有鹽堿，受汽水沖擊形成泡沫，如水質(zhì)嚴爐水中含有鹽堿，受汽水沖擊形成泡沫，如水質(zhì)嚴 重惡化，會形成大量泡沫。重惡化，會形成大量泡沫。 汽包水位橫切面特點是中間凸起，水位在

4、汽包壁成汽包水位橫切面特點是中間凸起，水位在汽包壁成 帶狀升高，并超過中間部位。帶狀升高，并超過中間部位。 虛假水位的存在虛假水位的存在 。 三、測量液位的方法三、測量液位的方法 1.1.浮力式浮力式 2.2.靜壓式靜壓式 液位液位壓力轉換的方式主要有壓力式和差壓式。壓力轉換的方式主要有壓力式和差壓式。 3.3.電氣式電氣式 電氣式液位測量是直接將液位轉換為電阻、電容、電氣式液位測量是直接將液位轉換為電阻、電容、 電感等量值的變化電感等量值的變化 。 4.4.聲波式聲波式 第二節(jié)第二節(jié) 汽包水位測量概述汽包水位測量概述 一、鍋爐汽包水位測量的重要性一、鍋爐汽包水位測量的重要性 由于負荷、燃燒工

5、況及給水流量的變化，汽包水位會經(jīng)由于負荷、燃燒工況及給水流量的變化，汽包水位會經(jīng) 常變化。常變化。 水位過高或急劇波動會引起蒸汽品質(zhì)惡化，造成受熱水位過高或急劇波動會引起蒸汽品質(zhì)惡化，造成受熱 面結鹽，嚴重時會導致汽輪機水沖擊振動、葉片損壞；水面結鹽，嚴重時會導致汽輪機水沖擊振動、葉片損壞；水 位過低會引起排污失效，爐內(nèi)加藥進入蒸汽，甚至引起下位過低會引起排污失效，爐內(nèi)加藥進入蒸汽，甚至引起下 降管帶汽，影響爐水循環(huán)工況，造成爐管大面積爆破。降管帶汽，影響爐水循環(huán)工況，造成爐管大面積爆破。 鍋爐運行中，通過水位測量系統(tǒng)來監(jiān)視和控制汽包水鍋爐運行中，通過水位測量系統(tǒng)來監(jiān)視和控制汽包水 位。當汽包

6、水位超出正常運行范圍時，報警系統(tǒng)將發(fā)出報位。當汽包水位超出正常運行范圍時，報警系統(tǒng)將發(fā)出報 警信號，保護系統(tǒng)將立即采取必要的保護措施，以確保鍋警信號，保護系統(tǒng)將立即采取必要的保護措施，以確保鍋 爐和汽輪機的安全。爐和汽輪機的安全。 鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)是機組安全運行的極端重要的系鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)是機組安全運行的極端重要的系 統(tǒng)。統(tǒng)。 二、鍋爐汽包水位測量的基本要求二、鍋爐汽包水位測量的基本要求 根據(jù)鍋爐汽包水位測量的重要性和測量技術的特點，根據(jù)鍋爐汽包水位測量的重要性和測量技術的特點， 鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)至少應滿足下列基本要求：鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)至少應滿足下列基本要求： (1) (1)

7、準確性好。準確性好。 鍋爐汽包水位相對主蒸汽壓力、溫度這類參數(shù)而言，鍋爐汽包水位相對主蒸汽壓力、溫度這類參數(shù)而言， 并不是需要精確控制的參數(shù)，一般情況下，兩個汽包水位并不是需要精確控制的參數(shù)，一般情況下，兩個汽包水位 計的測量示值偏差在計的測量示值偏差在30mm30mm以內(nèi)是可以接受的。而在正常條以內(nèi)是可以接受的。而在正常條 件下保持這樣的精確度不是十分困難的。但是，由于汽包件下保持這樣的精確度不是十分困難的。但是，由于汽包 水位測量對象十分復雜，而汽包水位測量采用聯(lián)通管式或水位測量對象十分復雜，而汽包水位測量采用聯(lián)通管式或 差壓式測量原理，使得汽包壓力和測量參比的條件在變化差壓式測量原理，使

8、得汽包壓力和測量參比的條件在變化 時會造成非常大的誤差。時會造成非常大的誤差。 (2)(2)可靠性高可靠性高 汽包水位測量系統(tǒng)從取樣開始，到信號轉換、控制汽包水位測量系統(tǒng)從取樣開始，到信號轉換、控制 和保護回路以及供電回路，均應十分可靠。此外，除了提和保護回路以及供電回路，均應十分可靠。此外，除了提 高裝置本身的可靠性外，還應提高系統(tǒng)的可靠性，包括對高裝置本身的可靠性外，還應提高系統(tǒng)的可靠性，包括對 汽包水位測量、控制和保護系統(tǒng)的配置應采取嚴格的冗余汽包水位測量、控制和保護系統(tǒng)的配置應采取嚴格的冗余 要求，應采用兩種或以上工作原理共存的配置原則；鍋爐要求，應采用兩種或以上工作原理共存的配置原則

9、；鍋爐 汽包水位控制和保護用的水位測量信號應采取三重冗余等。汽包水位控制和保護用的水位測量信號應采取三重冗余等。 (3)(3)維護性好維護性好 鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)的維護應簡單，維護工作量應鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)的維護應簡單，維護工作量應 盡可能少，而且應便于進行在線實際水位信號的保護聯(lián)動盡可能少，而且應便于進行在線實際水位信號的保護聯(lián)動 試驗等。試驗等。 第三節(jié)第三節(jié) 云母水位計及雙色水位計云母水位計及雙色水位計 一、云母水位計一、云母水位計 云母水位計是鍋爐汽包一般都裝設的就地顯示水位表。云母水位計是鍋爐汽包一般都裝設的就地顯示水位表。 它是一連通器，結構簡單，顯示直觀。它是一連通器，結構簡

10、單，顯示直觀。 由于云母水位計溫度低于汽包內(nèi)溫度，因此云母水位由于云母水位計溫度低于汽包內(nèi)溫度，因此云母水位 計的示值水柱高度低于汽包重量水位高度。計的示值水柱高度低于汽包重量水位高度。 式中式中 汽包內(nèi)飽和蒸汽密度；汽包內(nèi)飽和蒸汽密度； 汽包內(nèi)飽和水密度；汽包內(nèi)飽和水密度； 云母水位計測量管內(nèi)水柱的平均密度；云母水位計測量管內(nèi)水柱的平均密度； 汽包內(nèi)重量水位汽包內(nèi)重量水位; ; 顯示值。顯示值。 HH sw sa s w a H H 二、二、 雙色水位計雙色水位計 雙色水位計是基于聯(lián)通管式原理的水位計，雙色水位計是基于聯(lián)通管式原理的水位計， 它是由云母水位計發(fā)展而來的。云母水位計只它是由云母

11、水位計發(fā)展而來的。云母水位計只 能就地監(jiān)視，且汽水界面不清晰，而雙色水位能就地監(jiān)視，且汽水界面不清晰，而雙色水位 計改進了云母水位計結構，輔以光學系統(tǒng)，利計改進了云母水位計結構，輔以光學系統(tǒng)，利 用光從空氣進人蒸汽或水產(chǎn)生不同的折射，使用光從空氣進人蒸汽或水產(chǎn)生不同的折射，使 汽水界面顯示成紅、綠兩色的分界面，顯示清汽水界面顯示成紅、綠兩色的分界面，顯示清 晰，并可利用工業(yè)攝像系統(tǒng)等方式遠傳顯示。晰，并可利用工業(yè)攝像系統(tǒng)等方式遠傳顯示。 用于超高壓及以上鍋爐的雙色水位計，考慮其用于超高壓及以上鍋爐的雙色水位計，考慮其 強度，窗口玻璃不做成長條形，而是沿水位計強度，窗口玻璃不做成長條形，而是沿水

12、位計 高度上開若干個圓形窗口，稱為多窗式雙色水高度上開若干個圓形窗口，稱為多窗式雙色水 位計，其缺點是小窗之間的一段是水位顯示的位計，其缺點是小窗之間的一段是水位顯示的 盲區(qū)。盲區(qū)。 雙色水位計采用把普通光經(jīng)濾光玻璃雙色水位計采用把普通光經(jīng)濾光玻璃( (紅、綠兩種紅、綠兩種) )使紅光、使紅光、 綠光透過，再經(jīng)被測液體或氣體折射，在光路上設置窗口予綠光透過，再經(jīng)被測液體或氣體折射，在光路上設置窗口予 以顯現(xiàn)，可測知光路上是液體或氣體。以顯現(xiàn)，可測知光路上是液體或氣體。 測量技術的進展測量技術的進展無盲區(qū)低偏差雙色水無盲區(qū)低偏差雙色水 位計位計 傳統(tǒng)的雙色水位計測量誤差大、云母片易傳統(tǒng)的雙色水位

13、計測量誤差大、云母片易 結垢而使顯示模糊、頻繁排污易造成表計熱變結垢而使顯示模糊、頻繁排污易造成表計熱變 形而泄漏以及存在顯示盲區(qū)等缺點。形而泄漏以及存在顯示盲區(qū)等缺點。 現(xiàn)推出了無盲區(qū)低偏差雙色水位計?，F(xiàn)推出了無盲區(qū)低偏差雙色水位計。 水位計組成：水位計組成： 由光源箱由光源箱3 3、水位計表體、水位計表體4 4、平衡管、排、平衡管、排 污管、雙色水位計、汽側取樣管污管、雙色水位計、汽側取樣管2 2、水側、水側 取樣閥門取樣閥門1010、飽和汽伴熱管、飽和汽伴熱管1111、排水管、排水管1212、冷、冷 凝罐凝罐1414等組成。等組成。 原理：原理： 利用汽包內(nèi)的飽和蒸汽經(jīng)汽側取樣管利用汽包

14、內(nèi)的飽和蒸汽經(jīng)汽側取樣管2 2和汽側取樣閥門和汽側取樣閥門 1 1進入伴熱管，給水位計表體進入伴熱管，給水位計表體4 4加熱，阻止雙色水位計加熱，阻止雙色水位計 8 8內(nèi)的飽和水向外傳熱；內(nèi)的飽和水向外傳熱； 再利用冷凝器再利用冷凝器1414內(nèi)冷凝后的飽和水給雙色水位計內(nèi)冷凝后的飽和水給雙色水位計8 8內(nèi)內(nèi) 的水置換，加速雙色水位計的水置換，加速雙色水位計8 8內(nèi)的水循環(huán)，使雙色水位計內(nèi)的水循環(huán)，使雙色水位計8 8 內(nèi)的水接近飽和水溫度；內(nèi)的水接近飽和水溫度； 從而消除水位計測量管內(nèi)水柱密度對水位測量造成的從而消除水位計測量管內(nèi)水柱密度對水位測量造成的 偏差，使得雙色水位計偏差，使得雙色水位計

15、8 8內(nèi)的水位在任何時候，任何工況內(nèi)的水位在任何時候，任何工況 下接近汽包內(nèi)的真實水位，達到準確監(jiān)視汽包水位的目的。下接近汽包內(nèi)的真實水位，達到準確監(jiān)視汽包水位的目的。 飽和汽伴熱管飽和汽伴熱管1111在安裝時將排水管在安裝時將排水管1212接至低于汽包中接至低于汽包中 心下心下15m15m的汽包下降管處。的汽包下降管處。 進入飽和汽伴熱管進入飽和汽伴熱管1111的飽和蒸汽在其中冷凝后流到下的飽和蒸汽在其中冷凝后流到下 降管中，由于排水管與汽包下降管的連接處處于汽包下大降管中，由于排水管與汽包下降管的連接處處于汽包下大 于于15m15m的地方，排水管中的水位不會上升到水位計表體內(nèi)的地方，排水管

16、中的水位不會上升到水位計表體內(nèi) 部，使得飽和汽伴熱管中始終充滿飽和蒸汽，起到對表體部，使得飽和汽伴熱管中始終充滿飽和蒸汽，起到對表體 和水位計管中的水進行加熱的目的。和水位計管中的水進行加熱的目的。 利用冷凝器內(nèi)冷凝后的飽和水置換表計內(nèi)的水，加速利用冷凝器內(nèi)冷凝后的飽和水置換表計內(nèi)的水，加速 了表計內(nèi)的水循環(huán)，由于置換的新水為飽和蒸汽冷凝后的了表計內(nèi)的水循環(huán)，由于置換的新水為飽和蒸汽冷凝后的 飽和水，含鹽低，這樣減少了云母片結垢，延長了表計的飽和水，含鹽低，這樣減少了云母片結垢，延長了表計的 排污周期，從而減少了表計的熱變形，也就減少了表體的排污周期，從而減少了表計的熱變形，也就減少了表體的

17、泄漏，延長了表體的檢修周期，降低了維護費用。泄漏，延長了表體的檢修周期，降低了維護費用。 它的顯示部分是由兩側水位管的五窗云母組成，相鄰它的顯示部分是由兩側水位管的五窗云母組成，相鄰 云母窗口有一定重疊度，因而消除了顯示盲區(qū)。云母窗口有一定重疊度，因而消除了顯示盲區(qū)。 第四節(jié)第四節(jié) 電接點水位計電接點水位計 電接點水位測量裝置是一種基于聯(lián)通器式電接點水位測量裝置是一種基于聯(lián)通器式 原理的測量裝置，與普通就地云母水位計原理的測量裝置，與普通就地云母水位計( (或或 雙色水位計雙色水位計) )不同之處在于測量筒內(nèi)有一系列不同之處在于測量筒內(nèi)有一系列 組成測量標尺的電極，由于汽、水電導率的很組成測量

18、標尺的電極，由于汽、水電導率的很 大差別，造成處于汽和水中的電極電阻值有很大差別，造成處于汽和水中的電極電阻值有很 大差別，以此來判斷電極是處于水空間，還是大差別，以此來判斷電極是處于水空間，還是 處于汽空間。利用多個電極即可判斷當前的水處于汽空間。利用多個電極即可判斷當前的水 面位置。面位置。 優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單，電接點信號可以遠傳，結構簡單，電接點信號可以遠傳， 時延很小，不存在儀表的機械變差及分時延很小，不存在儀表的機械變差及分 度誤差，顯示直觀，可靠性高。度誤差，顯示直觀，可靠性高。 應用：應用：火電廠鍋爐汽包、高壓加熱器、火電廠鍋爐汽包、高壓加熱器、 除氧器水位測量中普遍應用。除氧

19、器水位測量中普遍應用。 組成：組成：由水位傳感器和顯示儀表組成。由水位傳感器和顯示儀表組成。 一、水位轉換原理一、水位轉換原理 水位測量筒通過連通方式形成相應水柱高度，水位測量筒通過連通方式形成相應水柱高度， 該水柱的壓力平衡壓力容器內(nèi)的被測量水位的壓力。該水柱的壓力平衡壓力容器內(nèi)的被測量水位的壓力。 在水位測量筒的筒壁上安裝了數(shù)個電極。在水位測量筒的筒壁上安裝了數(shù)個電極。 轉換原理：轉換原理：鍋爐爐水的電阻率一般在鍋爐爐水的電阻率一般在10103 3cmcm 以下，蒸汽的電阻率一般在以下，蒸汽的電阻率一般在10106 6cmcm以上，筒內(nèi)以上，筒內(nèi) 的水浸沒的電接點處于低阻狀態(tài)，未被浸沒而處

20、于的水浸沒的電接點處于低阻狀態(tài)，未被浸沒而處于 汽汽( (氣氣) )中的電接點處于高阻狀態(tài)。中的電接點處于高阻狀態(tài)。 二、水位傳感器的結構二、水位傳感器的結構 1515點：點：0 0，1515，3030，5050，100100，150150，200200，250(250(單位：單位： mm)mm) 17 17點：點：0 0，1515，3030，5050，100100，150150，200200，250250， 300(300(單位：單位：mm)mm) 19 19點：點：0 0，1515，3030，5050，7575，100100，150150，200200，250250， 300(300(單位

21、：單位：mm)mm) 對于火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位的測量一般采用對于火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位的測量一般采用1919 點的水位傳感器。在使用時，電接點的極芯與筒壁之點的水位傳感器。在使用時，電接點的極芯與筒壁之 間的高阻或低阻狀態(tài)反映了該電接點是否被水浸沒。間的高阻或低阻狀態(tài)反映了該電接點是否被水浸沒。 電源的一端接電極芯，另一端接測量簡體的公共電源的一端接電極芯，另一端接測量簡體的公共 電極。為了防止電極的極化作用，電極需采用交流電電極。為了防止電極的極化作用，電極需采用交流電 源。爐水水質(zhì)較好時，一般采用源。爐水水質(zhì)較好時，一般采用18V18V，爐水水質(zhì)較差時，爐水水質(zhì)較差時， 為了與二次儀表配

22、合，可采用較低電壓，例如為了與二次儀表配合，可采用較低電壓，例如9V9V。 三三、顯示儀表、顯示儀表 水位顯示采用燈光電路顯示較為方便。每個電接點水位顯示采用燈光電路顯示較為方便。每個電接點 對應一套燈光顯示電路。對應一套燈光顯示電路。 氖燈顯示儀表氖燈顯示儀表 紅綠燈顯示儀表紅綠燈顯示儀表 發(fā)光二極管顯示儀表發(fā)光二極管顯示儀表 數(shù)字顯示數(shù)字顯示 3. 3.發(fā)光二極管顯示儀表發(fā)光二極管顯示儀表 UDZUDZ電接點水位表與電接點水位表與1919點水位測量筒配套使用實現(xiàn)點水位測量筒配套使用實現(xiàn) 水位顯示。水位顯示。 實現(xiàn)的功能：實現(xiàn)的功能： 水位顯示；水位顯示； 水位低于水位低于50mm50mm時

23、，或達到及高于十時，或達到及高于十50mm50mm時，儀時，儀 表面板發(fā)光二極管給出報警顯示，同時有報警繼電器表面板發(fā)光二極管給出報警顯示，同時有報警繼電器 接點信號輸出；接點信號輸出； 實現(xiàn)土實現(xiàn)土200mm200mm水位保護顯示，當水位低于水位保護顯示，當水位低于200mm200mm 時，或達到及高于十時，或達到及高于十200mm200mm時，儀表面板發(fā)光二極管給時，儀表面板發(fā)光二極管給 出保護顯示，同時有保護繼電器接點信號輸出。出保護顯示，同時有保護繼電器接點信號輸出。 UDZUDZ電接點水位表中共有電接點水位表中共有1919套電路。套電路。 （1 1）不帶報警、保護的電接點顯示電路）不

24、帶報警、保護的電接點顯示電路 （共（共 有有1515套）套） (2)(2)高水位顯示報警電路高水位顯示報警電路 該電路對應的電接點為該電路對應的電接點為 DJl3DJl3( (十十50mm)50mm)，只有一套。，只有一套。 （3 3）高水位顯示保護電路）高水位顯示保護電路 該電路對應的電接該電路對應的電接 點為點為DJ17DJ17(+200mm)(+200mm)，只有一套，只有一套 。 （4 4）低水位顯示報警電路）低水位顯示報警電路 該電路對應的電接點為該電路對應的電接點為 DJ7DJ7( (一一50mm)50mm)，只有一套。，只有一套。 （5 5）低水位顯示保護電路）低水位顯示保護電路

25、 該電路對應的電接該電路對應的電接 點為點為DJ3DJ3( (一一200mm)200mm)，只有一套。，只有一套。 4. 4.數(shù)字電接點顯示儀表數(shù)字電接點顯示儀表 與電接點水位測量筒配套的數(shù)字顯示儀與電接點水位測量筒配套的數(shù)字顯示儀 表不同于一般的工業(yè)數(shù)字顯示儀表。表不同于一般的工業(yè)數(shù)字顯示儀表。 水位測量筒輸出的是數(shù)字信號水位測量筒輸出的是數(shù)字信號( (電接點狀電接點狀 態(tài)態(tài)) )，顯示儀表中沒有，顯示儀表中沒有A AD D轉換部件。轉換部件。 水位測量筒只有水位測量筒只有1919個電接點，因此顯示儀個電接點，因此顯示儀 表只顯示表只顯示1919個水位數(shù)字量。個水位數(shù)字量。 DYS19DYS

26、19適用于鍋爐汽包水位測量，配套使用適用于鍋爐汽包水位測量，配套使用1919個電接個電接 點的水位測量筒。其功能為：點的水位測量筒。其功能為： （1)1)顯示顯示 三位數(shù)字和十、號三位數(shù)字和十、號( (顯示器件為輝光數(shù)字顯示器件為輝光數(shù)字 管管) )； （2)2)報警報警 50mm50mm水位報警顯示并有接點信號輸出；水位報警顯示并有接點信號輸出； （3)3)保護保護 200mm200mm水位保護接點信號輸出；水位保護接點信號輸出； （4)4)輸出模擬信號輸出模擬信號0 010mA(10mA(對應一對應一300300十十300mm)300mm)。 思考：電接點水位計測量水位時有哪些誤差來源？思

27、考：電接點水位計測量水位時有哪些誤差來源？ 電接點電接點( (電極式電極式) )汽包水位測量裝置技術的發(fā)汽包水位測量裝置技術的發(fā) 展經(jīng)歷三個時期：展經(jīng)歷三個時期： (1)(1)普通測量筒普通測量筒電接點電接點汽包水位測量裝置階段。汽包水位測量裝置階段。 2020世紀世紀7070年代初，普通測量筒年代初，普通測量筒( (單層測量筒單層測量筒) )電極式電極式 汽包水位測量裝置出現(xiàn)，并立即引起人們關注和得到廣泛汽包水位測量裝置出現(xiàn)，并立即引起人們關注和得到廣泛 應用。測量筒內(nèi)水柱平均溫度受諸多因素影響而變化，致應用。測量筒內(nèi)水柱平均溫度受諸多因素影響而變化，致 使水位測量存在較大的、且變化十分復雜

28、的偏差；同時受使水位測量存在較大的、且變化十分復雜的偏差；同時受 當時技術限制，電極存在著易污染、掛水、漏電以及電極當時技術限制，電極存在著易污染、掛水、漏電以及電極 組件易泄漏等問題，可靠性不高，維護量大。組件易泄漏等問題，可靠性不高，維護量大。 (2)(2)熱套式測量筒熱套式測量筒電接點電接點汽包水位測量裝置的出現(xiàn)。汽包水位測量裝置的出現(xiàn)。 采用了熱套式測量筒，使測量筒內(nèi)水柱溫度采用了熱套式測量筒，使測量筒內(nèi)水柱溫度 接近飽和溫度，以解決測量偏差大的問題。但是，接近飽和溫度，以解決測量偏差大的問題。但是， 電極易污染、掛水、漏電等缺陷更為嚴重，這類電極易污染、掛水、漏電等缺陷更為嚴重，這類

29、 儀表在我國某些機組上應用后逐漸被淘汰，最后儀表在我國某些機組上應用后逐漸被淘汰，最后 又被迫將測量筒更換為普通的單層測量筒。又被迫將測量筒更換為普通的單層測量筒。 水位測量裝置仍然處于只能作為汽包監(jiān)視的水位測量裝置仍然處于只能作為汽包監(jiān)視的 輔助儀表，更不能用于保護。輔助儀表，更不能用于保護。 (3)(3)電接點電接點汽包水位測量裝置技術的新進展。汽包水位測量裝置技術的新進展。 20 20世紀世紀9090年代末期，推出了年代末期，推出了C C20002000型型 高精度、高可靠性的電極式汽包水位測量裝置。高精度、高可靠性的電極式汽包水位測量裝置。 從此，這類電極式汽包水位測量裝置被廣泛認為從

30、此，這類電極式汽包水位測量裝置被廣泛認為 是鍋爐不可缺少的儀表，并開始逐步用于鍋爐汽是鍋爐不可缺少的儀表，并開始逐步用于鍋爐汽 包水位保護。包水位保護。 2000電極傳感器測量筒的原理： . .測量筒水柱溫度接近飽和水溫，水位測量精度高測量筒水柱溫度接近飽和水溫，水位測量精度高 在測量筒內(nèi)部設置籠式內(nèi)加熱器，利用飽和汽加熱水在測量筒內(nèi)部設置籠式內(nèi)加熱器，利用飽和汽加熱水 樣。加熱器由不同傳熱元件構成。加熱方式有內(nèi)熱和外熱。樣。加熱器由不同傳熱元件構成。加熱方式有內(nèi)熱和外熱。 內(nèi)熱既有水柱徑向傳熱元件，又有軸向分層傳熱元件。加內(nèi)熱既有水柱徑向傳熱元件，又有軸向分層傳熱元件。加 熱器上口敞開，來自

31、汽側取樣管的飽和蒸汽進入加熱器，熱器上口敞開，來自汽側取樣管的飽和蒸汽進入加熱器， 像汽籠一樣加熱水柱。傳熱方式與結構設計既有利于增加像汽籠一樣加熱水柱。傳熱方式與結構設計既有利于增加 加熱面積加熱面積( (加熱面積是筒體散熱面積的加熱面積是筒體散熱面積的1 14 4倍倍) )，又有利于，又有利于 熱交換。熱交換。 飽和蒸汽在加熱器中放出汽化潛熱，其凝結水由排水飽和蒸汽在加熱器中放出汽化潛熱，其凝結水由排水 管引至下降管。管引至下降管。 此外，還設置冷凝器使新型測量筒比普通測量筒高出此外，還設置冷凝器使新型測量筒比普通測量筒高出 許多，這是專利產(chǎn)品最重要的外形特征。許多，這是專利產(chǎn)品最重要的外

32、形特征。 . .采用柔性自密封電極組件和水質(zhì)自優(yōu)化措施提高采用柔性自密封電極組件和水質(zhì)自優(yōu)化措施提高 電極的可靠性電極的可靠性 電極利用筒內(nèi)本身壓力增加密封緊力，自緊力與壓力電極利用筒內(nèi)本身壓力增加密封緊力，自緊力與壓力 成正比，壓力愈高，自緊力愈大。加上安裝預緊力，有足成正比，壓力愈高，自緊力愈大。加上安裝預緊力，有足 夠緊力保證密封不泄漏。電極冷態(tài)可靠密封試驗壓力可達夠緊力保證密封不泄漏。電極冷態(tài)可靠密封試驗壓力可達 40M40Ma a。柔性密封材料可耐。柔性密封材料可耐1000 1000 高溫，承壓強度高，高溫，承壓強度高， 回彈性能與熱緊性能好。電極帶有拆卸螺紋，拆卸方便?；貜椥阅芘c熱

33、緊性能好。電極帶有拆卸螺紋，拆卸方便。 傳統(tǒng)電極組件的密封緊力隨壓力增加而減小，需要預緊力傳統(tǒng)電極組件的密封緊力隨壓力增加而減小，需要預緊力 很大，加之采用硬靠機械密封，密封可靠性低，熱緊性能很大，加之采用硬靠機械密封，密封可靠性低，熱緊性能 差。電極安裝有差。電極安裝有2 2-3-3仰角，可有效仰角，可有效 防止電極掛水與水漬。防止電極掛水與水漬。 設置冷凝器除提高水樣溫度外，更重要的作設置冷凝器除提高水樣溫度外，更重要的作 用是實現(xiàn)取樣水質(zhì)自優(yōu)化。用是實現(xiàn)取樣水質(zhì)自優(yōu)化。大量純凈的蒸餾水進大量純凈的蒸餾水進 入水室，將水質(zhì)較差的舊水樣壓回汽包，形成自入水室，將水質(zhì)較差的舊水樣壓回汽包，形成

34、自 動凈化置換回路，水樣為動凈化置換回路，水樣為“活水活水”。設計置換倍。設計置換倍 率達率達2020次次h h，故水質(zhì)自優(yōu)化功能強。其好處是：，故水質(zhì)自優(yōu)化功能強。其好處是： (1)(1)免排污。水質(zhì)好，減輕了對電極的污染。初裝免排污。水質(zhì)好，減輕了對電極的污染。初裝 徹底沖洗后，在徹底沖洗后，在3-4a3-4a大修周期內(nèi)免排污，既減少大修周期內(nèi)免排污，既減少 了維護量，又可避免熱態(tài)排污損壞電極。了維護量，又可避免熱態(tài)排污損壞電極。 (2) (2)可可 增大水樣電阻率，利于減小工作電流，減緩電極增大水樣電阻率，利于減小工作電流，減緩電極 的電腐蝕而延長壽命。的電腐蝕而延長壽命。 (3) (3

35、)水質(zhì)穩(wěn)定，水樣上下水質(zhì)穩(wěn)定，水樣上下 水阻率分布較均勻，利于提高二次儀表測量的穩(wěn)水阻率分布較均勻，利于提高二次儀表測量的穩(wěn) 定性，不必經(jīng)常調(diào)整儀表臨界水阻。定性，不必經(jīng)常調(diào)整儀表臨界水阻。 (4) (4)水側取水側取 樣管中有連續(xù)流向汽包的高溫水流，當汽包水位樣管中有連續(xù)流向汽包的高溫水流，當汽包水位 大幅度升降時的熱沖擊較小。大幅度升降時的熱沖擊較小。 3. 3.安全方便地進行汽包水位保護實際聯(lián)動試驗安全方便地進行汽包水位保護實際聯(lián)動試驗 鍋爐運行中，不需升降汽包水位即可進行測量筒鍋爐運行中，不需升降汽包水位即可進行測量筒“滿滿 水和缺水實際聯(lián)動校驗水和缺水實際聯(lián)動校驗”。關閉水側取樣截門

36、后，測量筒。關閉水側取樣截門后，測量筒 內(nèi)水位逐漸上升，幾分鐘內(nèi)水位逐漸上升，幾分鐘( (額定工況下額定工況下) )后可達到后可達到“滿水滿水” 值。關閉排水門，緩慢開啟排污門，水位逐漸下降至值。關閉排水門，緩慢開啟排污門，水位逐漸下降至“缺缺 水水”值。其間儀表應發(fā)出高低值。其間儀表應發(fā)出高低1 1、2 2、3 3值報警信號。因此，值報警信號。因此， 水位保護實際聯(lián)動校驗快、準、易行，并可在鍋爐運行中水位保護實際聯(lián)動校驗快、準、易行，并可在鍋爐運行中 定期校驗。定期校驗。 第五節(jié)第五節(jié) 差壓水位計差壓水位計 它是靜壓式液位測量儀表，在汽包水位、它是靜壓式液位測量儀表，在汽包水位、 高加水位、

37、除氧器水位測量中都能得到應用。高加水位、除氧器水位測量中都能得到應用。 差壓水位系統(tǒng)的組成差壓水位系統(tǒng)的組成在火力發(fā)電廠，差壓水位系統(tǒng)在火力發(fā)電廠，差壓水位系統(tǒng) 一般有三種組成形式：就地顯示、信號遠傳顯示記錄、一般有三種組成形式：就地顯示、信號遠傳顯示記錄、 信號遠傳輸出。差壓水位測量系統(tǒng)如圖所示。信號遠傳輸出。差壓水位測量系統(tǒng)如圖所示。 一、工作原理一、工作原理 利用平衡容器將水位轉換成差壓信號，通利用平衡容器將水位轉換成差壓信號，通 過測量差壓來得到水位。過測量差壓來得到水位。 水位水位差壓轉換裝置稱為平衡容器，其結構差壓轉換裝置稱為平衡容器，其結構 形式如圖所示，形式如圖所示，(a)(a

38、)為簡單平衡容器，為簡單平衡容器，(b)(b)為雙為雙 室平衡容器，室平衡容器，(c)(c)為結構補償式雙室平衡容器。為結構補償式雙室平衡容器。 1.1.簡單平衡容器簡單平衡容器 對 圖對 圖 ( a )( a ) 中 所 示 簡 單 平 衡 容 器 ， 輸 出 的 差 壓中 所 示 簡 單 平 衡 容 器 ， 輸 出 的 差 壓 為為 ，按照流體靜力學原理，有，按照流體靜力學原理，有 ppp 這種差壓式水位計在測這種差壓式水位計在測 量水位時有哪些因素使測量結量水位時有哪些因素使測量結 果產(chǎn)生誤差？果產(chǎn)生誤差？ 00 0 0 ()() ()()() ()() () aws asws asws

39、 ws P P PL gHHgL HHg LgHHg Lg HgP H g HggHgL swswsap )()()( 0 以以L=600mmL=600mm為例，計算表明：為例，計算表明： (1)(1)壓力愈低，差壓信號的相對誤差愈大。壓力愈低，差壓信號的相對誤差愈大。 以工作壓力以工作壓力P=17MPaP=17MPa為基準，并假定為基準，并假定a a為為40 40 時的時的 密度值，汽包水位在密度值，汽包水位在H=300mmH=300mm處，則當工作壓力處，則當工作壓力P=11MPaP=11MPa時，時， 誤差為誤差為-4.1-4.1；當；當P=5MPaP=5MPa時，誤差為時，誤差為-9.

40、17-9.17；當；當P=3MPaP=3MPa 時，誤差達到時，誤差達到-12.4-12.4。 (2)(2)根據(jù)某電廠具體情況下的計算，參比水柱平均根據(jù)某電廠具體情況下的計算，參比水柱平均 溫度對水位測量的影響如下表所示溫度對水位測量的影響如下表所示 從上表可知，如果參比水柱的設定溫度值為從上表可知，如果參比水柱的設定溫度值為40 40 ，當其，當其 達到達到80 80 時，其水位測量附加正誤差時，其水位測量附加正誤差33.2mm33.2mm；當參比水；當參比水 柱溫度達到柱溫度達到130 130 時，其水位測量附加正誤差高達時，其水位測量附加正誤差高達108mm108mm。 2.2.雙室平衡

41、容器雙室平衡容器 在圖在圖(b)(b)所示的雙室平衡容器中，給固定水柱增裝所示的雙室平衡容器中，給固定水柱增裝 了蒸汽保溫室，使得固定水柱的溫度達到了汽包內(nèi)的了蒸汽保溫室，使得固定水柱的溫度達到了汽包內(nèi)的 汽水溫度，因而消除了固定水柱非飽和狀態(tài)時溫度的汽水溫度，因而消除了固定水柱非飽和狀態(tài)時溫度的 影響。其輸出差壓為影響。其輸出差壓為 = = p gHHLgHHgLpp sww )()( 00 gHHL sw )( 0 由上式看出：由上式看出： l輸出的信號差壓與成負線性關系輸出的信號差壓與成負線性關系( (壓力不變時壓力不變時) )。 l汽包壓力變化時，輸出仍受壓力的影響汽包壓力變化時，輸出

42、仍受壓力的影響( (水位不變時水位不變時) ) l不同水位時壓力影響所產(chǎn)生的誤差是不同的，在水位不同水位時壓力影響所產(chǎn)生的誤差是不同的，在水位 不變的情況下，汽包壓力的變化所產(chǎn)生的輸出誤差為不變的情況下，汽包壓力的變化所產(chǎn)生的輸出誤差為 gHHL swp )( 0 例二例二: : 設設L=600mm, HL=600mm, H0 0=300mm, =300mm, 求求P P1 1=10MPa=10MPa和和 H=0H=0時的輸出差壓時的輸出差壓P P10 10= =？ 若壓力降為若壓力降為P P2 2=5MPa,=5MPa,再求再求H=0H=0時的輸出差時的輸出差 壓壓P P5 5=？ 已知已知

43、: P: P1 1=10MPa=10MPa時時, ,w10 w10=688.4kg/m =688.4kg/m3 3, , s10 s10=55.6kg/m =55.6kg/m3 3; ; P P2 2=5MPa=5MPa時時, ,w5 w5=777.7kg/m =777.7kg/m3 3, , s5 s5=25.4kg/m =25.4kg/m3 3; ; pgHHL sw )( 0 Pa221481. 9)4 .257 .777)(30. 060. 0( Pa186281. 9)6 .554 .688)(30. 060. 0( 5 10 p p %9 .15%100 2214 22141862

44、 5 510 p pp ）（ 示 示 mm56.6 81. 9)6 .554 .688()30. 060. 0(2214 H H 思考：如何減小或消除汽包壓力變化的影響？思考：如何減小或消除汽包壓力變化的影響？ 有兩種途徑有兩種途徑（1 1）改進平衡容器的結構；）改進平衡容器的結構； （2 2）對水位信號引入汽包壓力）對水位信號引入汽包壓力 的校正。的校正。 二、減小或消除汽包壓力變化的影響的方法二、減小或消除汽包壓力變化的影響的方法 采用雙差壓平衡容器采用雙差壓平衡容器 可進一步改善結構補償式平衡容器的特性?？蛇M一步改善結構補償式平衡容器的特性。 圖中的平衡容器輸出的差壓圖中的平衡容器輸出的

45、差壓 為信號差壓，為信號差壓， 為為 補償差壓。補償差壓。 兩差壓信號經(jīng)過處理計算后得到的信號兩差壓信號經(jīng)過處理計算后得到的信號Y Y只與平衡容器的結只與平衡容器的結 構尺寸和水位有關，而與汽包工作壓力無關，完全消除了工作壓構尺寸和水位有關，而與汽包工作壓力無關，完全消除了工作壓 力的影響。力的影響。 ppp ppp gHHL sw )( 0 ppp ppp gL sw )( 1 11 0 1 0 L H L HL L HHL p p Y 采用雙差壓平衡容器的差壓式水位測量系統(tǒng)的優(yōu)采用雙差壓平衡容器的差壓式水位測量系統(tǒng)的優(yōu) 點是水位測量不再受汽包壓力及環(huán)境溫度等諸多因素點是水位測量不再受汽包壓

46、力及環(huán)境溫度等諸多因素 影響。影響。 但是它有下列缺點：但是它有下列缺點： (1) (1)平衡容器結構復雜。平衡容器結構復雜。 (2) (2)雖然不需要裝設校正用壓力變送器，但卻要裝雖然不需要裝設校正用壓力變送器，但卻要裝 設校正用差壓變送器。差壓變送器及其管路系統(tǒng)相對設校正用差壓變送器。差壓變送器及其管路系統(tǒng)相對 較復雜，測量可靠性差，容易產(chǎn)生附加誤差。較復雜，測量可靠性差，容易產(chǎn)生附加誤差。 因此，這種系統(tǒng)目前很少采用。因此，這種系統(tǒng)目前很少采用。 gHgHgLp swswsa )()()( 0 0 2 1 0 )( )( )( )( H pf ppfL H g pgL H sw sa 式

47、中 汽包壓力與密度差的關系，可用幾段直線形成的折線來更好 地逼近，即 gpf sa )()( 1 gpf sw )()( 2 pKKg sa21 )( pKKg sw43 )( 0 43 21 p-)( H pKK pKKL H 為了保證在將汽包壓力與密度差關系近性化時有足夠精確為了保證在將汽包壓力與密度差關系近性化時有足夠精確 度，一般按分段進行線性化逼真，也就是說，汽包壓力在不同度，一般按分段進行線性化逼真，也就是說，汽包壓力在不同 變化內(nèi)時，這些常數(shù)取值也不同。變化內(nèi)時，這些常數(shù)取值也不同。 三、零點遷移三、零點遷移 差壓式水位計檢測水位原理圖差壓式水位計檢測水位原理圖 （a）無遷移；（

48、）無遷移；（b）負遷移；（）負遷移；（c）正遷移）正遷移 對于平衡容器式水位對于平衡容器式水位差壓轉換，其輸出的差壓差壓轉換，其輸出的差壓 與水位呈負線性關系。為使顯示或輸出的電氣信號適與水位呈負線性關系。為使顯示或輸出的電氣信號適 合人們的正常習慣合人們的正常習慣( (水位升高、顯示的數(shù)值增大水位升高、顯示的數(shù)值增大),),則需則需 要進行零點遷移。要進行零點遷移。 目前，鍋爐汽包水位測量主要采用基于聯(lián)通目前，鍋爐汽包水位測量主要采用基于聯(lián)通 器式和差壓式原理的兩種方法。令人遺憾的是至器式和差壓式原理的兩種方法。令人遺憾的是至 今沒有一種可以準確判別汽包發(fā)生今沒有一種可以準確判別汽包發(fā)生“假

49、水位假水位”時時 的真實水位位置的水位計，更沒有一種可以作為的真實水位位置的水位計，更沒有一種可以作為 標準的基準鍋爐汽包水位計，大多只能采用下列標準的基準鍋爐汽包水位計，大多只能采用下列 兩種方法來檢查汽包正常水位附近汽包水位計的兩種方法來檢查汽包正常水位附近汽包水位計的 準確性：準確性： (1)(1)在鍋爐汽包正常水位上下焊接排汽在鍋爐汽包正常水位上下焊接排汽( (水水) )管的方管的方 法。法。 校驗時，運行人員將汽包水位保持在正常水位附近校驗時，運行人員將汽包水位保持在正常水位附近 通過化驗汽包正常水位上下排汽通過化驗汽包正常水位上下排汽( (水水) )的導電度來確認的導電度來確認 ，

50、 此時即可觀察到汽包水位表在汽包正常水位點處的誤差了。此時即可觀察到汽包水位表在汽包正常水位點處的誤差了。 這種方法可以在線核對，但操作特別復雜，也不是所這種方法可以在線核對，但操作特別復雜，也不是所 有鍋爐上都焊接有這種排汽有鍋爐上都焊接有這種排汽( (水水) )管。管。 (2)(2)停爐后進入汽包內(nèi)部觀察長期運行的汽水分界面停爐后進入汽包內(nèi)部觀察長期運行的汽水分界面 水垢線，核對與汽包水位表的正常水位水垢線，核對與汽包水位表的正常水位( (零水位零水位) )是是 否一致。否一致。 這種方法的前提是，正常運行時運行人員總是按照儀這種方法的前提是，正常運行時運行人員總是按照儀 表指示將汽包水位

51、保持在正常水位表指示將汽包水位保持在正常水位( (零水位零水位) )附近的。附近的。 這種方法只有在大修停爐時采用，局限性很大。這種方法只有在大修停爐時采用，局限性很大。 上述兩種方法都是很粗略的方法，也是目前僅可選擇上述兩種方法都是很粗略的方法，也是目前僅可選擇 的兩種方法。的兩種方法。 第七節(jié)第七節(jié) 液位儀表的選用液位儀表的選用 液位儀表應在深入了解工藝條件、被測介質(zhì)的性質(zhì)、液位儀表應在深入了解工藝條件、被測介質(zhì)的性質(zhì)、 測量控制系統(tǒng)要求的前提下，根據(jù)液位儀表自身的測量控制系統(tǒng)要求的前提下，根據(jù)液位儀表自身的 特性進行合理的選配。特性進行合理的選配。 根據(jù)儀表的應用范圍，液面測量應優(yōu)先選擇

52、差壓式儀根據(jù)儀表的應用范圍，液面測量應優(yōu)先選擇差壓式儀 表、浮筒式儀表和浮子式儀表。當不滿足要求時，表、浮筒式儀表和浮子式儀表。當不滿足要求時， 可選用電容式、輻射式等儀表?？蛇x用電容式、輻射式等儀表。 儀表的結構形式和材質(zhì)應根據(jù)被測介質(zhì)的特性來選擇。儀表的結構形式和材質(zhì)應根據(jù)被測介質(zhì)的特性來選擇。 主要考慮的因素為壓力、溫度、腐蝕性、導電性；主要考慮的因素為壓力、溫度、腐蝕性、導電性； 是否存在聚合、粘稠物沉淀、結晶、結膜、氣化、是否存在聚合、粘稠物沉淀、結晶、結膜、氣化、 起泡等現(xiàn)象；密度和粘度的變化情況；液體中含懸起泡等現(xiàn)象；密度和粘度的變化情況；液體中含懸 浮物的多少；液面擾動的程度等。浮物的多少；液面擾動的程度等。 儀表的顯示方式和功能，應根據(jù)工藝操作及系統(tǒng)組儀表的顯示方式和功能，應根據(jù)工藝操作及系統(tǒng)組 成的要求確定。當要求信號傳輸時，可選擇具有成的要求確定。當要求信號傳輸時，可選擇具有 模擬信號輸出功能或數(shù)字信號輸出功能的儀表。模擬信號輸出功能或數(shù)字信號輸出功能的儀表。 儀表量程應根據(jù)工藝對象實際需要顯示的范圍或實儀表量程應根據(jù)工藝對象實際需要顯示的范圍或