雙室平衡容器汽包水位測量及其補償系統(tǒng)的應(yīng)用

雙室平衡容器汽包水位測量及其補償系統(tǒng)的應(yīng)用摘要：本文以實踐為基礎(chǔ)，剖析了雙室平衡容器的工作原理與特性。重點論述了補償系統(tǒng)的建立方法與步驟，同時指出了應(yīng)用中的常見錯誤并提出了解決方案。關(guān)鍵詞：水位測量

汽包水位

雙室平衡容器

補償

１.摘要本文以實踐為基礎(chǔ)，剖析了雙室平衡容器的工作原理與特性。重點論述了補償系統(tǒng)的建立方法與步驟，同時指出了應(yīng)用中的常見錯誤并提出了解決方案。2.前言汽包水位是鍋爐及其控制系統(tǒng)中最重要的參數(shù)之一，雙室平衡容器在其中充當(dāng)著不可或缺的重要角色。但是由于一些用戶對于雙室平衡容器及其測量補等方面缺少全面的必要的了解或者疏漏，致使應(yīng)用中時有錯誤發(fā)生，甚至形成安全隱患。例如勝利油田勝利發(fā)電廠一期工程，該工程投入運行早期其汽包水位測量系統(tǒng)的誤差竟達70～90mm，特殊情況下誤差將會更大（曾因此造成汽包滿水停機事故）。迄今為止，據(jù)不完全了解，目前仍有個別用戶存在一些類似的問題或者其它問題。汽包水位是涉及機組安全與和運行的重要參數(shù)和指標，因此不允許任何人為的誤差。為使用戶能夠更好地掌握雙室平衡容器在汽包水位測量中的應(yīng)用，謹撰此文。不足之處，請不吝指正。3.雙室平衡容器的工作原理3.1.簡介雙室平衡容器是一種結(jié)構(gòu)巧妙，具有一定自我補償能力的汽包水位測量裝置。它的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。在基準杯的上方有一個圓環(huán)形漏斗結(jié)構(gòu)將整個雙室平衡容器分隔成上下兩個部分，為了區(qū)別于單室平衡容器，故稱為雙室平衡容器。為便于介紹，這里結(jié)合各主要部分的功能特點，將它們分別命名為凝汽室、基準杯、溢流室和連通器，另外文中把雙室平衡容器汽包水位測量裝置簡稱為容器。3.2.凝汽室

理想狀態(tài)下，來自汽包的飽和水蒸汽經(jīng)過這里時釋放掉汽化潛熱，形成飽和的凝結(jié)水供給基準杯及后續(xù)環(huán)節(jié)使用。3.3.基準杯

它的作用是收集來自凝汽室的凝結(jié)水，并將凝結(jié)水產(chǎn)生的壓力導(dǎo)出容器，傳向差壓測量儀表——差壓變送器（后文簡稱變送器）的正壓側(cè)?；鶞时娜莘e是有限的，當(dāng)凝結(jié)水充滿后則溢出流向溢流室。由于基準杯的杯口高度是固定的，故而稱為基準杯。3.4.溢流室

溢流室占據(jù)了容器的大部分空間，它的主要功能是收集基準杯溢出的凝結(jié)水，并將凝結(jié)水排入鍋爐下降管，在流動過程中為整個容器進行加熱和蓄熱，確保與汽包中的溫度達到一致。正常情況下，由于鍋爐下降管中流體的動力作用，溢流室中基本上沒有積水或少量的積水。3.5.連通器

倒T字形連通器，其水平部分一端接入汽包，另一端接入變送器的負壓側(cè)。毋庸置疑，它的主要作用是將汽包中動態(tài)的水位產(chǎn)生的壓力傳遞給變送器的負壓側(cè)，與正壓側(cè)的（基準）壓力比較以得知汽包中的水位。它之所以被做成倒T字形，是因為可以保證連通器中的介質(zhì)具有一定的流動性，防止其延伸到汽包之間的差壓變送器的量程是由汽包水位的測量范圍、容器的0水位位置以及補償系統(tǒng)的補償起始點等三方面因素決定的。一些用戶一般只考慮了前兩方面因素，而忽略了補償起始點因素，甚至極個別的用戶只簡單地根據(jù)汽包水位的測量范圍確定變送器的量程，造成很大的測量誤差。一般情況下，忽略容器的0水位位置所造成的誤差在70~90mm之間，忽略補償起始點所產(chǎn)生的誤差在30mm以下，特別情況下誤差都將會更大。此外，這里特別提醒用戶，在進行汽包水位測量工作時，關(guān)于變送器的量程，在沒有得到確認的情況下，切不可單純依賴設(shè)計部門的圖紙。事實上，多數(shù)情況下，設(shè)計部門在進行此類設(shè)計，對變送器選型時，只確定基本量程，而不給出應(yīng)用量程。下面來確定變送器的量程。本文的例子中容器的0水位位置位于連通器水平管軸線以上365mm處。由于該容器的量程為±300mm，因此（1）式中的hw的最大值和最小值分別為665mm和65mm。如果采用壓力補償，從《飽和水與飽和水蒸汽密度表》中查出100℃時的飽和水與飽和水蒸汽的密度代入（1）式，再分別將665mm和65mmΔPmin=－70.5mm水柱和最大差壓ΔPmax=504mm水柱這兩個差壓值就是變送器的量程范圍（見表1中0MPa對應(yīng)的下行），即－70.5～504mm水柱。如果采用溫度補償，且從0℃開始補償，則由于水的密度極其接近1mg/mm3，誤差可以忽略，令蒸汽的密度為0。用同樣方法即可得到變送器的量程為－85～515mm水柱（見表1中0MPa對應(yīng)的上行）。實際上，從0第三步確定數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是補償系統(tǒng)中的最重要環(huán)節(jié)。由（1）式得

（2）由于相對于規(guī)定的0水位的汽包水位h=hw－365mm，所以

（3）式中h——相對于規(guī)定的0水位的汽包水位γw——飽和水的密度γ

s——飽和水蒸氣的密度γ

c——環(huán)境溫度下水的密度ΔP——差壓（3）式即為補償系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。式中γ

c為常數(shù)，令環(huán)境溫度為30℃，則γc=0.9956mg/mm3

（4）（4）式為最終的數(shù)學(xué)模型。顯然，它與（3）式的作用完全一樣。在補償系統(tǒng)中可以任選其一。第四步確定函數(shù)、完成系統(tǒng)在（3）式和（4）式中含都有“320γw－580γ

s”和“γw－γ

s”關(guān)于飽和水與飽和水蒸汽密度的兩個子式。查《飽和水與飽和水蒸汽密度表》，可以獲得這兩個子式關(guān)于壓力或溫度的函數(shù)曲線。將所得到的曲線以及（3）式或者（4）式輸入用以執(zhí)行運算任務(wù)硬件設(shè)備，補償系統(tǒng)即告完成。從補償系統(tǒng)的建立過程可以發(fā)現(xiàn)，補償系統(tǒng)是根據(jù)某一特定構(gòu)造的容器而建立的。因此，建立補償系統(tǒng)時應(yīng)根據(jù)不同的容器，建立不同的補償系統(tǒng)。建立補償系統(tǒng)時，當(dāng)確定差壓的計算公式以后，只需重復(fù)這里的步驟即可得到新的汽包水位測量補償系統(tǒng)。6.關(guān)于容器保溫問題的釋疑眾所周知，為了使容器達到理想工作狀態(tài)，容器的外部必須作以適當(dāng)?shù)谋?。然而，關(guān)于容器的凝汽室及頂部的保溫問題目前有些爭議，部分用戶認為這里的保溫可有可無。筆者在這里闡述一下個人的觀點。筆者通過多年觀察發(fā)現(xiàn),在這里沒有保溫的情況下，冬季由儀表顯示的汽包水位會比夏季低將近10mm。分析原因，是因為一般情況下凝汽室的溫度都要比環(huán)境高300℃左右，甚至更高，因此它的熱輻射能力很強。當(dāng)凝汽室外部沒有保溫或者保溫條件比較差時，盡管凝結(jié)水的速度會加快并導(dǎo)致更多的飽和水蒸汽流到這里補充這里的熱量，但是由于這里的介質(zhì)處于自然對流狀態(tài)且受到管路等的阻力的制約，使補充的熱量難以維持這