內置式平衡容器在測量汽包水位實際中應用

1、內置式平衡容器在測量汽包水位實際中應用孫靈革（國電雙鴨山發(fā)電有限公司熱工工區(qū)  155136）摘  要：本文闡述了內置式平衡容器主要優(yōu)點，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)境溫度補償問題，提高了高溫高壓汽包爐汽包水位測量準確性。關鍵詞：內置式平衡容器  汽包水位  應用 1 壓式測量水位的原理1差壓式水位計的工作原理是把液位高度變化轉換成差壓變化，因此其測量儀表就是差壓計。差壓式水位計準確測量汽包水位的關鍵是水位與差壓之間的準確的轉換，這種轉換是通過平衡容器實現(xiàn)的，常用的雙室平衡容器結構示意

2、如圖1-1所示。正壓頭是從寬容器中引出，負壓頭是從置于寬容器中的汽包水側連通管中取得。寬容器中水面高度是一定的，當水面要增高時，水便通過汽側通過汽側連通管溢流入汽鼓；要降低時，由蒸汽冷凝來補充。因此當寬容器中水的重度一定時，正壓頭為定值。負壓管與汽鼓是連通的，因此，負壓管中輸出壓頭的變化反映了汽包水位變化。圖1-1按照流體靜力學原理，當汽包水位在正常水位H0(即零水位)時，平衡容器的差壓輸出P0   P0=Lr-H0r2-（L-H0）rs               

3、0;        （1-1）式中  rs飽和蒸汽重度,其它符號的意義如圖1-1所示。當汽包水位偏離正常水位變化H時，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，正常水位時的

4、差壓輸出P0就是常數(shù)，也就是說差壓式水位計的零水位差壓是穩(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。應當指出，上述平衡容器在實際應用中，由于存在下列問題，造成差壓式水位計指示不準。（1）由于平衡容器向外散熱，正、負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）分度差壓計時，因重度r1和r2的數(shù)值很難準確確定 ，使得分度好的差壓式水位計裝到現(xiàn)場后與云母水位計的指示對不起來。即使在現(xiàn)場對照云母水位計的指示調整好刻度值，隨著使用情況的變化，還會由于r1和r2數(shù)值改變而使差壓式水位計指示不準。為解決這個問題，可通過改進平衡容

5、器結構，設法使r1 和r2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，差壓P和水位H有以下關系式：            P=L（rw- rS）-H（rw- rS）                     (1-3)其中 H=H0±H。（2）一般，差壓式水位計是在汽包額定工作壓力下分度的，因此差壓式水位計只有在汽包額定工作壓

6、力下運行時其指示才正確。當汽包壓力變化時，飽和水重度和飽和蒸汽重度隨之變化，使差壓式水位計的指示發(fā)生很大誤差。（rw- rS）隨壓力變化的關系在不同的壓力范圍內是不同的，如圖1-2所示，從圖中可見，在30-130Kg/cm2壓力范圍內，壓力和重度差（rw- rS）的關系非常接近線性，隨著壓力的降低，重度差（rw- rS）增大。由于雙室平衡容器的結構尺寸L總是大于H，所以從式1-3可知，當汽包壓力低于額定值時，（rw- rS）增大，使輸出P增大，因而使差壓式水位計指示偏低。由此產(chǎn)生的水位指示誤差還與水位H、平衡容器結構尺寸L有關。（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。&

7、#160;        圖1-2這種誤差在中壓鍋爐可達40-50mm，在高壓鍋爐可達100mm以上，使差壓式水位計在機組啟、或滑壓運行時不能使用。要消除或減小因汽包壓力變動而造成的誤差，可進一步改進平衡容器的結構，或者采用汽包壓力補償措施，可以減小差壓式水位測量誤差內置式平衡容器根據(jù)差壓計原理而設計的，克服了平衡容器內正壓側水柱高度的重度r1和負壓側水柱高度的重度r2受環(huán)境溫度的影響。可以采用式（1-3）對平衡容器差壓值進行壓力補償，因為差壓P是rw- rS的單值函數(shù)，rw- rS是汽包壓力的單值函數(shù)。2 汽包內置水位平衡容器工作原理DNZ系

8、列汽包內置水位平衡容器是根據(jù)多年來的工程實踐而開發(fā)的，它克服了環(huán)境溫度對單室平衡容器及參比水柱內水密度的影響，使信號更穩(wěn)定，測量的附加誤差更小，補償公式更簡單，結果更準確。眾所周知，單室平衡容器及參比水柱內水的溫度受環(huán)境溫度和風向以及容器的結構、表管的走向布置影響較大，而水的密度與水的溫度關系較大，一個較小的差壓誤差，經(jīng)補償計算后會增加近2倍的誤差，給水位測量帶來較大的一個隨機誤差。汽包內置水位平衡容器，將單室容器置于汽包內部，使其水容器和參比水柱永遠處于飽和環(huán)境下，克服了參比水柱水溫難以測量的不足，從而使信號更加穩(wěn)定。DNZ系列汽包內置水位平衡容器提供了一個更加穩(wěn)定、可靠、準確的差壓信號，從

9、而使您的汽包水位測量、調節(jié)和保護更加真實可信。汽包內置水位平衡容器的原理如圖1-3所示：     圖1-3汽包內置水位平衡容器的原理簡述：汽包內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。汽包運行過程中飽和蒸汽進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樣管引到差壓變送器的正端，汽包內的水通過水側取樣管引到差壓變送器的負端，這樣差壓變送器輸出差壓信號給DCS，在DCS中通過壓力補償計算得出汽包內的水位。這樣做沒有了環(huán)境溫度對參比水柱密度的影響，計算出來的結果就更接近于汽包中的實際水位，

10、能夠真正反映汽包真實水位。原理圖中：L為平衡罐上邊沿到水側取樣管中心線的距離，H0為汽包設計0水位線到水側取樣管中心線的距離，H為現(xiàn)在水位線相對于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，而密度與壓力有關，我們只要測出汽包壓力就可以從密度表中查出密度，代入公式即可計算出水位。汽包內置水位平衡容器的優(yōu)點：      由于將平衡罐安裝在汽包內，使平衡罐及引出管中的水的溫度為汽包內飽和水的溫度，其密度為飽和水的

11、密度，這樣在進行補償計算時就有相對穩(wěn)定的參數(shù)，可以準確計算出汽包水位。      由于在汽包的汽側取樣管上焊接有冷凝罐，可以及時向平衡罐中補充冷凝后的飽和水，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 內置式平衡容器在汽包水位測量中實際應用DNZ型內置式平衡容器在國電雙鴨山發(fā)電有限公司#3機組中修時安裝#3爐汽包內，經(jīng)過一年實際運行考驗，效果良好，測量汽包水位準確，能夠真實反映實際汽包水位。雙鴨山發(fā)電有

12、限公司#3機組為前蘇聯(lián)進口機組，汽機型號：K-215-130-1型凝汽式單軸三缸雙排汽，一次中間再熱的沖動式機組。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，應立即開事故放水門”，“汽包水位達到高值或低值時，應停爐”。水測取樣孔距汽包機械中心線510±2，上取樣孔距中心線192，上孔50，下孔95，取樣孔外徑均為62，壁厚10。3.1 #3爐汽包水位測量及保護系統(tǒng)現(xiàn)狀#3爐

13、汽包共安裝了兩套云母水位計，2臺電接點水位計，1臺雙室平衡容器帶一塊機械水位表，2臺雙室平衡容器帶兩臺差壓變送器，一臺單室平衡容器帶一臺差壓變送器，其信號送DCS作為調節(jié)，顯示和保護用，總計8臺水位計，目前存在的主要問題是電接點水位計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，造成測量結果低于汽包的實際水位，其誤差受汽包壓力、水位計的環(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，通過實際測量和理論計算，在額定工況0水位時，誤差在100mm以上。雙室平衡容器屬淘汰產(chǎn)品，雙室平衡器是部分補償，只有在額定工況附近以及0水位時，誤差較小，在啟

14、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“鍋爐水位保護未投入，嚴禁鍋爐啟動”的要求，測點取樣是沿汽包方向分布，且為單管取樣，受汽包內汽水分離器和水槽水波動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 汽包水位測量改進措施在原電接點水位計測點位置安裝一臺GJT-2000A-C-19高精度電接點水位測量筒（專利號ZL00 2 21057.6：ZL95 240748.5）。取消機械水位計，以及相配套的雙室平衡容器，在原取樣點安裝一

15、臺高精度電接點水位計（型號為GJT-2000A-C-19）號ZL00 2 21057.6：ZL95 240748.5）， 取消兩臺雙室平衡容器和一臺單室平衡容器，改裝內置式平衡容器（型號為DNZ-16，專利號03 20127481.X、03 201619.1）。對3臺變送器進行壓力補償，并將其結果進行選中處理，且將選中的結果用于調節(jié)、顯示和保護。將電接點保護用信號引至DCS和變送器水位信號選中的結果作保護邏輯，用于鍋爐聯(lián)鎖控制和停爐保護。3.3 現(xiàn)場效果機組從啟動到帶額定負荷運行，三臺差壓式水位計變送器測量水位準確，CRT畫面上的汽包水位指示數(shù)據(jù)能真實的反映汽包水位的情況。汽包水位變送器在正常運行情況下三臺變送器水位指示偏差在10mmH2O以內，在負荷變化的時汽包水位變送器在短時間內偏差在30mmH2O范圍。為汽包水位自動調節(jié)和汽包水位保護投入提供了可靠的信號。4 結論內置水位平衡容器在理論設計和實際應用中都取得了成功，為汽包水位的測量開創(chuàng)了一條新的道路