测量水位（精选八篇）
测量水位 篇1
锅炉汽包水位的控制是安全生产和提供优质蒸汽的保证,水位过低,由于锅炉的蒸发量大,汽包容积相对较小,水的汽化速度很快,如果控制不及时,不能给汽包即时补水,汽包内的水很快就会蒸发光而导致干锅,有引起锅炉爆炸的危险。对于大型锅炉,这种危险尤为突出。水位过高,会影响汽包内汽水分离的效果,使蒸汽带液,这会使过热器结垢而导致损坏,同时也会使过热蒸汽温度急剧下降,如该蒸汽是作为汽轮机的动力,就会损坏汽轮机的叶片,影响汽轮机的安全运行。因此,汽包的水位必须严格的加以控制,而准确测量汽包水位是保证锅炉正常运行的先决条件。
1 汽包的“虚假水位”现象
影响汽包水位的主要因素有供水量的变化、蒸汽负荷量的变化以及炉膛热负荷的变化。在供热量和供水量不变的条件下,当蒸汽用户的用汽量突然增加时,水位的阶跃响应曲线如图1所示。
当蒸汽用量D突然增加时,单从物料平衡关系考虑,汽包中蒸发量大于给水量,汽包水位应按H1所示,液位应直线下降。但是实际液位不是按H1直线变化而是按曲线H变化,即在扰动初始阶段水位不但没有下降而且还会上升。这是锅炉汽包蒸发面以下和水管系统中汽泡容积随负荷的变化而改变的结果。当蒸汽负荷突然增大时,汽包中压力减小,汽水循环管路中的汽化强度增加,蒸发面以下汽泡容积将增大。汽泡体积膨胀所引起的液位变化如曲线H2所示。而实际汽包中水位变化H,应是不考虑水面下汽泡容积变化时的水位变化H1,与只考虑水面下汽泡容积变化所引起的水位变化H2叠加的结果。
当蒸汽量增大时,虽然蒸发量大于给水量,但是水位不仅不下降,反而会迅速上升。这种现象称之为“虚假水位”。
“虚假水位”的变化幅度与锅炉汽包压力、蒸发量有关。对于100~230t/h的中高压锅炉,在负荷作10%的阶跃变化时,“虚假水位”可使水位变化达30~40mm,而汽包水位正常波动范围为正常水位-50~50mm。
选择合适的仪表测量并对汽包水位进行补偿,是控制汽包水位的前提。
2 汽包水位测量仪表
2.1 单室平衡容器
2.1.1 测量原理
单室平衡容器测量系统主要包含以下部分:单室平衡容器、正压侧取样管、负压侧取样管、差压变送器等。
测量原理(如图2所示):变送器测得正、负压侧的差压信号,并将差压信号远传到DCS进行补偿计算,实现汽包水位的测量。
2.1.2 补偿公式推导
根据图2,可推出:
ΔP=P+-P-=ρ凝g L-ρsg(L-(h0+h))-ρwg(h0+h)
即:
h=(ΔP-(ρ凝-ρs)g L)/(ρs-ρw)g
简化为:
h=(ΔP-P1)/P2
P1=(ρ凝-ρs)g L
P2=(ρs-ρw)g
式中,h为水位,m;h0为汽包零水位,m;ΔP为差压,Pa;ρw为饱和水密度,kg/m3;ρs为饱和蒸汽密度,kg/m3;ρ凝为汽包外水柱密度(取50℃),kg/m3;g为重力加速度。
单室平衡容器汽包水位补偿公式SAMA图如图3所示。ρw、ρs、ρ凝与汽包压力是一一对应的函数关系,查焓熵表即可查出不同汽包压力(绝对压力)下ρw、ρs、ρ凝的值。
假设汽包的额定压力为10.8MPa,零水位h0=0.38m,平衡容器差压ΔP=6100Pa,根据单室平衡容器汽包水位补偿公式,计算结果如表1所示。
2.1.3 特点
(1)优点:测量偏差小;信号稳定,跟随及时,能及时的反馈汽包内的真实水位;寿命长。
(2)缺点:采用单室平衡容器构成校正回路时,通常按50℃确定ρ凝,没有考虑温度变化带来的影响,在平衡容器水柱温度变化较大时,将产生较大的误差。因此,采用这种方式时,要注意避免平衡容器水柱温度的过大变化,可采用一定的防护或保温措施。
2.2 双室平衡容器
2.2.1 测量原理
为了克服单室平衡容器温度变化对ρ凝的影响,目前锅炉一般采用双室平衡容器测量汽包水位,测量原理如图4所示,采用饱和蒸汽加热正压侧水柱,使之处于饱和水状态。
2.2.2 补偿公式推导
根据图4,可推出:
ΔP=P+-P-=ρwg L-ρsg(L-(h0+h))-ρwg(h+h0)
即:
h=(L-h0)-ΔP/((ρw-ρs)g)
简化为:
h=C+ΔP/P1
C=L-h0
P1=(ρs-ρw)g
双室平衡容器汽包水位补偿公式SAMA图如图5所示。汽包压力按表压折算成绝对压力进行计算;汽包水位按差压值计算;f1(x)=(ρs-ρw)g,为汽包压力的函数;f(x)=C+ΔP/f1(x);常数C=L-h0。
(ρs-ρw)是汽包压力P的函数,可通过查焓熵表经运算得出。某锅炉汽包水位双室平衡容器补偿(ρw-ρs)的折线函数如表2所示。
2.3 无补偿测量
对石化装置中的低压锅炉,由于汽包压力较低,汽包内压力变化对汽包内饱和水以及饱和汽的密度影响很小,甚至可以忽略。
3 结语
必须采用正确的汽包水位补偿方式,才能获得准确的汽包水位。DCS的应用能够使汽包水位补偿方便地实现,更能反映实际状况。
摘要：介绍用于测量锅炉汽包水位的液位计的测量原理,以及补偿的实现,针对存在的问题提出解决办法。
关键词：水位测量,平衡容器,虚假水位,补偿
参考文献
测量水位 篇2
2.1 锅炉汽包水位测量系统的配置必须采用两种或以上工作原理共存的配置方式。锅炉汽包至少应配置1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和2套电极式水位测量装置。
新建锅炉汽包应配置1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和3套电极式水位测量装置或1套就地水位计、1套电极式水位测量装置和6套差压式水位测量装置。2.2 锅炉汽包水位控制和保护应分别设置独立的控制器。在控制室，除借助DCS监视汽包水位外，至少还应设置一个独立于DCS及其电源的汽包水位后备显示仪表(或装置)。2.3 锅炉汽包水位控制应分别取自3个独立的差压变送器进行逻辑判断后的信号。3个独立的差压变送器信号应分别通过3个独立的输入/输出(I/O)模件或3条独立的现场总线，引入分散控制系统(DCS)的冗余控制器。
2.4 锅炉汽包水位保护应分别取自3个独立的电极式测量装置或差压式水位测量装置(当采用6套配置时)进行逻辑判断后的信号。当锅炉只配置2个电极式测量装置时，汽包水位保护应取自2个独立的电极式测量装置以及差压式水位测量装置进行逻辑判断后的信号。3个独立的测量装置输出的信号应分别通过3个独立的I/O模件引入DCS的冗余控制器。2.5 每个汽包水位信号补偿用的汽包压力变送器应分别独立配置。
2.6水位测量的差压变送器信号间、电极式测量装置信号间，以及差压变送器和电极式测量装置的信号间应在DCS中设置偏差报警。
2.7 对于进入DCS的汽包水位测量信号应设置包括量程范围、变化速率等坏信号检查手段。2.8 本标准要求配置的电极式水位测量装置应是经实践证明安全可靠，能消除汽包压力影响，全程测量水位精确度高，能确保从锅炉点火起就能投入保护的产品，不允许将达不到上述要求或没有成功应用业绩的不成熟产品在锅炉上应用。
汽包水位测量系统的其它产品和技术也应是先进的、且有成功应用业绩和成熟的。3 汽包水位测量信号的补偿.1 差压式水位测量系统中应设计汽包压力对水位—差压转换关系影响的补偿。应精心配置补偿函数以确保在尽可能大的范围内均能保证补偿精度。
3.2 差压式水位表应充分考虑平衡容器下取样管参比水柱温度对水位测量的影响。应采用参比水柱温度稳定、接近设定温度的平衡容器，或采用经实践证明有成功应用经验的参比水柱温度接近饱和温度的平衡容器。
必要时也可装设能反映参比水柱温度的温度计，监视与设计修正温度的偏差，及由此产生的水位测量的附加误差。汽包水位测量装置的安装
4.1 每个水位测量装置都应具有独立的取样孔。不得在同一取样孔上并联多个水位测量装置，以避免相互影响，降低水位测量的可靠性。
当汽包上水位测量取样孔不够时，可采用在汽包上已提供的大口径取样管中插入1～2个取样管的技术增多取样点。当采用此方法时，应采取适当措施防止各个取样系统互相干扰。
不宜采用加连通管的方法增加取样点。
4.2 水位测量装置安装时，均应以汽包同一端的几何中心线为基准线，采用水准仪精确确定各水位测量装置的安装位置，不应以锅炉平台等物作为参比标准。4.3 安装水位测量装置取样阀门时，应使阀门阀杆处于水平位置。
4.4 水位测量装置在汽包上的开孔位置应根据锅炉汽包内部结构、布置和锅炉运行方式，由锅炉制造厂负责确定和提供。取样孔应尽量避开汽包内水汽工况不稳定区(如安全阀排气口、汽包进水口、下降管口、汽水分离器水槽处等)，若不能避开时，应在汽包内取样管口加装稳流装置。应优先选用汽、水流稳定的汽包端头的测孔或将取样口从汽包内部引至汽包端头。电极式水位测量装置的取样孔应避开炉内加药影响较大的区域。作为锅炉运行中监视、控制和保护的水位测量装置的汽侧取样点不应在汽包蒸汽导管上设置。
4.5 汽包水位计的取样管孔位置,汽侧应高于锅炉汽包水位停炉保护动作值，水侧应低于锅炉汽包水位停炉保护动作值，并有足够的裕量。
4.6 三取二或三取中的三个汽包水位测量装置的取样孔不应设置在汽包的同一端头，同一端头的两个取样口应保持400mm以上距离。三个变送器安装时应保持适当距离。4.7 差压式水位测量装置的单室平衡容器应采用容积为300～800ml的直径为约100mm 的球体或球头圆柱体。
4.8 差压式水位表安装汽水侧取样管时，应保证管道的倾斜度不小于1：100，对于汽侧取样管应使取样孔侧低，对于水侧取样管应使取样孔侧高。
4.9 汽水侧取样管和取样阀门均应良好保温。平衡容器及容器下部形成参比水柱的管道不得保温。引到差压变送器的两根管道应平行敷设共同保温，并根据需要采取防冻措施，但任何情况下，拌热措施不应引起正负压侧取样管介质产生温差。三取二或三取中的三个汽包水位测量装置的取样管间应保持一定距离，且不应将它们保温在一起。电极式汽包水位测量装置的排水管不应与取样管紧挨并排布置。4.10 就地水位计的安装。
4.10.1 就地水位计的零水位线应比汽包内的零水位线低，降低的值取决于汽包工作压力。若现役锅炉就地水位计的零水位线与锅炉汽包内的零水位线相一致，应根据锅炉汽包内工作压力重新标定就地水位表的零水位线，具体降低值应由锅炉制造厂负责提供。
当采用的就地水位计内部水柱温度能始终保持饱和水温时，表计的零水位线应与汽包内的零水位一致。
4.10.2 安装汽水侧取样管时，应保证管道的倾斜度不小于1：100，对于汽侧取样管应使取样孔侧高，对于水侧取样管应使取样孔侧低。4.10.3 汽水侧取样管和取样阀门应良好保温。《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》 编 制 说 明
国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》(简称《要求》)和《国家电力公司电站锅炉汽包水位测量系统配置、安装和使用若干规定(试行)》(简称《规定(试行)》)颁发以来，对提高锅炉运行安全性，防止锅炉汽包满缺水事故发挥了重要作用。但是，根据近年来实践，《要求》和《规定(试行)》中的某些条款在实施过程中较难操作。此外，随着汽包水位测量技术的发展，也需要对《规定(试行)》进行重新修订，以形成正式规定。由于国家电力公司已经解散，经与华能国际电力公司、大唐国际电力公司、中国电力投资集团公司、中国华电集团公司、国电电力集团公司和北京国华电力公司协商，决定由电力行业热工自动化标准化技术委员会负责编制《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》（简称《技术规定》）。
《技术规定》（送审稿）于2004年9月11日完成，随后，电力行业热工自动化标准化技术委员会于2004年9月15日在京主持召开了《技术规定》（送审稿）审查会，参加会议的有华能国际电力公司、中国电力投资集团公司、中国华电集团公司、北京国华电力公司、北京联合电力投资公司、河北省和河南省电力公司、东北电科院、华北电科院和河南电力试验研究所、华北电力设计院以及九个发电厂和二个汽包水位测量装置的制造厂，共计23个单位的23名专家，会议经认真审议，原则同意送审稿，也提出了一些修改意见，根据会议意见，对送审稿进行修改后，完成了报批稿。本标准与《规定（试行）》主要差异如下：
1．本标准适用于新建火力发电厂的汽包锅炉，也适用于已投运锅炉，对于某些要求仅适用于新建汽包锅炉时，将在条文中特别明确说明。
《规定（试行）》仅适用于超高压和亚临界汽包锅炉，本标准扩大到高压汽包锅炉，主要考虑高压锅炉满缺水事故造成的危害也是十分严重的缘故。
2．《规定（试行）》提出5套配置方案。本标准配置数量有所增加，主要考虑有四方面： 1）国内外许多规程，特别是安全准则均要求重要保护和控制功能分开； 2)电极式水位测量装置技术有较大突破，有些产品已经历较长时间和较多应用证明安全可靠，能消除汽包压力影响，全程测量水位精确度高，能确保从锅炉点火起就可以投入水位保护；
3）平衡容器技术也有较大突破，有些产品也能保证差压式水位测量装置的测量精确性、稳定性，并确保启动时投入水位保护；
4）多测孔接管技术取得经验，当锅炉汽包上水位测孔不够时，可用多测孔接管技术解决。3．本标准强调“汽包水位控制和保护应分别设置独立的控制器”，以符合重要保护和控制功能独立性原则。
根据三冗余信号独立性原则，为确保冗余功能真正发挥作用，标准强调三冗余测量系统应从测孔、取样管、水位测量表计（或变送器）、补偿用汽包压力变送器、输入/输出通道均应满足独立性原则。
4．为确保DCS及其供电UPS故障时确保值班人员在控制室仍能监视水位，本标准增加了“在控制室，除借助DCS监视汽包水位外，至少还应设置一个独立于DCS及其电源的汽包水位后备显示仪表（或装置）”。
5．明确要求所有电极式测量装置、差压式变送器的信号间应设置水位偏差报警，当任意二个水位信号偏差超过30mm时应立即判别发生故障的测量装置，或者确定是否是运行不当造成的，以便尽快消除。
6．为了及时排除不正确测量信号导致控制和保护误动，DCS设计时应精心配置量程范围、变化速率等坏信号检查手段。
7．关于差压水位表的平衡容器，“应充分考虑平衡容器下取样管参比水柱温度对水位测量的影响”。
标准提出了两个方案：
①“采用参比水柱温度稳定、接近设定温度的平衡容器”，例如，将单室平衡容器正压侧取样管水平延长一段后再向下，以消除参比水柱出现不可控的温度梯度。②“采用经实践证明有成功应用经验的参比水柱温度接近饱和温度的平衡容器”。8．本标准中除坚持《规定（试行）》中要求“每个水位测量装置应具有独立的取样孔”外，根据最新技术发展，明确提出“当汽包上水位测量取样孔不够时可采用在汽包上已提供的大口径取样管中插入1～2个取样管的方法增多取样点”，但“不宜采用联通管的方法增多取样点”，因为，后者违反了取样孔独立性原则，而且对取样测量准确性有影响。9．《规定（试行）》中规定“就地水位计的零水位线应比汽包内的零水位线低，降低值取决于汽包压力”，本标准根据就地水位计技术发展，补充“当采用的就地水位计内部水柱温度能始终保持饱和水温时，表计的零水位线应与汽包内的零水位线一致”。
余热锅炉汽包水位测量改进 篇3
4台S109FA型燃气-蒸汽联合循环发电机组, 采用GE-哈汽公司生产的MS9001FA型燃气轮机, 配置D10型汽轮机和390H型发电机, 单轴室内布置。余热锅炉选用三压、再热、卧式、无补燃、自然循环型余热锅炉。从进口烟道法兰面至尾部出口烟囱平台外侧总长37.6 m, 宽度20.2 m, 高压汽包中心标高30m, 中压汽包中心标高为29.6 m, 低压汽包中心标高为30.2 m, 烟囱顶部标高60.264 m。高、中、低压汽包容积分别为41m3, 15.1 m3, 60.2 m3。与常规电厂锅炉相比, 余热锅炉没有除氧器, 依靠凝汽器除氧。
燃气轮机因调峰特性经常启停, 机组停用后余热锅炉通常采取保温保压方式, 此时烟道中还有大量的热烟气及锅炉本身的蓄热, 汽包中的水仍在变成饱和蒸汽。该机组在生产运营期间曾因汽包水位波动大而跳闸。
1 汽包水位控制系统
1.1 结构组成
余热锅炉汽水系统如图1所示, 高压汽包内径1900 mm, 直段长13.106 m。中压汽包内径1250 mm, 直段长11.887 m。低压汽包内径2400 mm, 直段长12.497 m。高压汽包两端配半球形封头, 中压和低压汽包两端配半椭圆形封头, 封头均设有人孔装置。汽包内部设置给水分配管、紧急放水管和排污管。低压汽包上设有高、中压给水泵。汽包还设有水位计、平衡容器、电接点液位计、压力表和安全阀等附件和仪表, 用于锅炉运行时的监督、控制。锅炉最大连续出力下, 汽包水位从正常水位到低低水位所能维持的时间分别是:高压2.12 min, 中压5.21 min, 低压5.21 min。
1.2 水位控制
余热锅炉汽包水位控制通常采用3冲量控制系统, 给水流量、蒸汽流量和汽包水位综合成1个水位设定信号, 用来控制给水调节阀的开度。与常规锅炉不同的是, 为适应燃气轮机机组的快速启动, 在蒸发量小的部分负荷运行时, 采用单冲量控制汽包水位。启动时, 将水位控制的设定值切换为低的设定值, 达到某蒸汽流量以上时, 再切换到正常设定值。启动水位不是常数, 而是汽包压力的函数。在达到特高水位时, 通过排污调节阀调整水位, 作为水位控制的辅助手段。
机组运行时, 汽包水位的异常将影响设备的安全和蒸汽的品质, 为在运行中控制好汽包水位, 每个汽包有7套水位计, 其中4套差压变送器水位计用于水位控制和保护, 1套磁翻板水位计、1套双色水位计和电接点水位计用于监测。
2 水位测量波动偏差分析
2.1 中压汽包水位测量偏差
(1) 监测数据。4#机组运行DCS历史趋势如图2所示, 测点A, B, C在机组停机时偏差<15 mm, 机组运行时>50 mm。原因分析:观察测点变化情况可见, 在炉水循环开始后出现偏差, 循环加剧时进一步突变, 直至机组稳定带负荷时处于最大偏差状态, 据此判定是测点工况原因造成的偏差。
(2) 原因分析。如图3所示, 中压汽包水位测量1、3取样口位于汽包两侧半椭圆形封头处, 相对其他取样口, 此处汽水工况更不平稳, 导致差压变送器测出的差压变化大。如果一段时期内观察到的情况接近, 且汽包内部取压口暂时无法改进, 可在3种处理方案中选择: (1) 检查水位测量取样口至变送器的取样管的整体坡度, 避免由于取样管坡度相反导致取样管内积存空气; (2) 以运行中稳态工况值为基准, 在机组停机时, 适当下移C点测量值, 使之接近A, B点; (3) 考虑适当优化更改控制逻辑、定值, 使控制系统适应设备系统的固有偏差。
2.2 高压汽包水位测量偏差
4#机组运行DCS历史趋势如图4所示, 测点C无论在机组停运或运行时的监测值均比其他两点低200 mm左右, 这表明水位测量存在稳态偏差, 处理方法是在机组停机时校准、以迁移偏差, 使之与另两点一致。同理, 如果是测点B, C偏差, 则迁B, C点 (需要进一步分析比较) 。
2.3 3#机组中压汽包水位高
(1) 数据记录。表1为2012年8月5日, 3#机温态启动后带负荷52 MW, 中压汽包水位、压力及壁温变化等参数记录。
(2) 异常现象。中压汽包温度缓慢升至140~150℃, 汽包压力缓慢升至0.4~0.5 MPa时, 运行人员手动打开中压蒸发器排污电动门, 汽包水位变送器1, 2, 4均下降后, 再上升至跳机保护动作值, 而在排污电动门打开的过程中, 汽包水位变器3和电接点水位计稍有下降。
(3) 原因分析。汽包水位变送器1, 2, 4取样位置在中压汽包下降管侧 (图5) 。机组启动后, 中压汽包温度和压力缓慢上升, 炉水刚形成自然循环, 汽包下降管口水汽工况不稳定, 而此时开启蒸发器排污门, 下降管侧炉水下降速度更快, 差压变送器取样管口水汽工况稳定性更差, 有可能导致紊流的产生, 额外的压力作用在差压变送器的正压侧 (汽包水侧) , 导致差压变送器测量出来的差压变大, 汽包水位测量信号上涨。而汽包水位3和电接点水位计取样口处于汽包的另一侧, 由于汽包容积大的关系, 排污门的开启对这两个测点影响较小。
3 改进措施
3.1 汽包外部取样管坡度改进
利用水平仪等工具对汽包外部取样管坡度进行排查, 发现多处取样管坡度朝取样口方向倾斜, 而不是朝差压变送器方向倾斜, 且部分取样管存在弯曲变形的现象, 这样取样管内部就存在着累积空气的可能。通过校对取样管安装方向以及更换新的取样管, 确保取样管坡度方向的一致性, 消除了取样管内积留空气对测量产生的影响。
3.2 规范启动过程汽包水位控制操作
在机组启动初期, 如需降低中压汽包水位, 可打开启动排污门、连续排污门、紧急疏水门等, 应避免开启中压蒸发器排污电动门。完善启动过程汽包水位设置、操作与监视等标准、规范。
3.3 改进汽包内部取样口
机组大修期间改进汽包内部取样口, 把水位测量1取样口延长至双色水位计取样管处, 并将两管焊接联通;水位测量3取样口延长至电接点水位计测量取样口处。改进前后对比见图6。通过改变取样口位置, 避开了汽水工况不稳定区域, 降低了对水位测量干扰的影响, 提高水位测量的准确性。
3.4 DCS界面增加汽包水位保护投退按钮
由于机组冷态启动时, 各汽包水位测量存在坏点现象、个别机组3个平衡容器之间的测量值存在明显偏差, 因此, 在DCS界面增加汽包水位保护投退按钮进行人为干预 (图7) , 可避免不必要的跳机。
不同于常规煤电, S109FA单轴燃气-蒸汽联合循环机组配套的余热锅炉使用燃机排气进行换热, 采用自然循环, 没有炉膛及水冷壁, 不容易出现过热爆管的现象。对于汽包缺水情况, 3个汽包的蒸发器管材料为SA-210-A-1, 螺旋鳍片材料为碳钢, 工作温度450~650℃。实际运行中, 燃气排烟温度最高为649℃。额定工况下, 高压蒸发器入口处烟气温度约为470℃, 中压蒸发器为260℃, 低压蒸发器为190℃。即使出现干锅等最恶劣情况, 高压蒸发器管束也可承受高温, 而中压及低压蒸发器则相当安全。
通过以下4个措施, 确保水位保护的正常投入以及运行操作的规范性: (1) 水位正常情况下, 负荷达到280 MW后, 应投入水位保护; (2) 根据试剂水位测量偏差≤80 mm时, 应投入汽包水位保护; (3) 在启停操作中, 对汽包水位的保护投入与退出操作进行规范; (4) 紧急情况下由运行人员进行人为干预, 避免不必要的跳机。
3.5 在DCS界面增加汽包水位零水位赋值按钮
机组冷态和温态启动时, 余热锅炉汽包出现虚假水位, 汽包排污阀和紧急放水阀保护开导致汽包水位无法维持, 需由热控人员强制汽包水位选择后信号为零水位。在DCS操作界面增加汽包零水位赋值按钮 (图8) , 由运行人员直接操作, 有利于汽包水位稳定运行, 避免因强制不及时影响机组启动。
4 结语
通过对汽包内部取样口、汽包外部取样管改造以及逻辑修改等措施, 解决了余热锅炉汽包水位波动偏差大对水位测量的影响, 提高了水位测量的准确性, 为机组的安全经济稳定运行提供了保障。
参考文献
介绍一种精确水位差测量装置 篇4
水文行业常需要精确测量堰闸堤坝两侧的水位差用于推算堰闸流量,对于堰闸堤坝两侧的上、下游水位差,现有的测量方式是分别读取上、下游两根水尺刻度,水尺零点高程只能精确到厘米级,存在着水准接测误差和四舍五入带来的进位误差,两者累计误差最大可达10～20 mm。此测量方法属室外远距离观测,受水面波动影响,精度只能读至厘米级。由于两项综合影响,因此小水位差(即1～5 mm范围)观测时相对误差较大,用于堰闸小水位差时的流量定线及流量推算相对误差可达到20%～90%,计量精度不高。
精确水位差测量装置是利用虹吸管和联通管将坝上、下游水分别引入一间自记房的两个测井里,再将两测井内的水通过细透明塑料软管(靠近测井一段可以采用钢管),分别引至同一根水尺上进行观测,应用该套装置水位差数值可精确到1 mm。测量装置示意图如图1所示。
1 基本原理
因虹吸管和联通管作用,上、下游水位分别与两测井水位保持一致;从上、下游测井引到水尺上的两根细透明塑料软管中的水位,由于联通管作用,与测井水位始终保持相同。在自记房内一侧安装着标有毫米刻度的水尺,只要读取水尺上两根透明软管中的水位数值,就可以计算出坝上、下游水位差。由于水位观测在室内进行,消除了风浪影响,且可以借助于放大镜进行近距离观测,从而提高了水尺的观测精度。同时在两个测井上分别安装自记水位计,可记录水位变化的全过程。
应用此装置具有以下两个优点:(1)将坝上、下游水位引到同一根水尺上观测,使得由水准接测和四舍五入进位带来的水尺零高误差相互抵消;(2)在室内近距离观测,观测精度大大提高,保证了水位差测量精度达到毫米级,从而提高了以小水位差作为相关因子的流量定线精度和流量推算精度。
2 适用范围
该自记台可适用于利用小水位差作为相关因子进行流量定线和流量推算的堰闸。
3 技术要求
(1)跨越堤坝的虹吸管采用直径为120～150 mm无缝密封不锈钢钢管,气嘴位于管道顶部,由测井引至水尺的虹吸管采用直径为10 mm细透明塑料软管;
(2)设备要求上游取水点到测井距离愈短愈好,最长不应超过150 m,否则水位变化感应就比较慢;
(3)不锈钢管道顶部高程与上游最低水位之差愈小愈好,最大不超过8.0 m(虹吸理论值是10.0 m,考虑到虹吸效果)。
4 日常维护
使用时,首先打开位于堤坝上部的两个不锈钢管道阀门,将位于管道顶部的气嘴接上气泵,用气泵吸去不锈钢管道中的空气,拧上气嘴帽即可使用。
当出现不锈钢管道淤塞不通情况时,先关闭左阀打开右阀,用气泵对气嘴充气,就可以进行管道右半段的疏通;然后再关闭右阀打开左阀,用气泵充气进行管道左半段的疏通。
如果接向上游测井的透明塑料软管中的水面有经常波动现象影响观测精度时,可通过适度调小不锈钢阀门的方法加以解决。
当出现倒虹吸现象时,可将位于管道顶部的气嘴接上气泵,用气泵吸去不锈钢管道中的空气,拧上气嘴帽就可以恢复正常使用。
需要注意的是,虹吸式水位测井有漏气、水位反应滞缓、管内淤积清理等问题,这将影响水位准确度,保持不锈钢管道的密封和疏通等维护工作是关键。
摘要：简单介绍了精确水位差测量装置的设计背景,并对其结构、原理、用途、优点、适用范围、工艺要求和日常维护作了详细的阐述。
关键词：精确,水位差,测量,装置
参考文献
[1]水利电力部水利司.水文测验手册[M].北京:水利电力出版社,1975.
测量水位 篇5
电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种装置[1],电容传感器具有温度稳定性好、结构简单、动态响应好、可实现非接触测量,具有平均效应等优点。电容式传感器除了上述的优点外,还因其带电极板间的静电引力很小,所需输入力和输入能量极小,因而可测极低的压力、力和很小的加速度、位移等,可以做得很灵敏,分辨力高,能敏感0.01µm甚至更小的位移;由于其空气等介质损耗小,采用差动结构并接成电桥式时产生的零残极小,因此允许电路进行高倍率放大,使仪器具有很高的灵敏度。
水位测量用电容式传感器不足之处是其输出的电容信号很小,通常为十几pF至几十pF,所以其后续测量电路的设计相当关键。测量电路结构设计的好坏直接关系到系统性能的优劣,所以它是水位检测技术中最重要的部分。本文提出的基于开关电容技术的水位自动测量系统能有效地克服温漂、零漂、寄生电容、电源电压及各种杂波的干扰。经实验证明该电路具有良好的测量精度和可靠性。
1 传统电容传感器测量电路
电容传感器是将被测的非电量变换为电容量的变化,传统电容传感器测量电路[2]则是将变化的电容量转换成电压、电流或频率等信号。其测量电路主要有以下几种形式:1)变压器电桥电路,2)运算放大电路,3)二极管双T形电路,4)差动脉宽调制电路,5)调频电路等电路形式。
各种传统测量电路在实际应用上普遍存在着受等效电路、边缘效应、静电引力、寄生电容、零漂、温漂、电源电压及各种杂波干扰的影响。通过利用本文所介绍的基于开关电容技术的水位自动测控电路基本上克服了以上各种不利因素的影响,保证了测量结果的可靠性和准确性。
2 开关电容技术
开关电容技术本质上是把模拟量转化成数字量,在测量电路的前向通道中,利用开关电容技术通过电容式传感器将随被测水位H不断变化所形成的电容量C经由555所构成的单稳态触发器转换成相应系列脉冲宽度tW,由555构成的单稳态触发器及工作波形如图1所示[3]:
555定时器的内部结构主要由3个阻值为5KΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器、一个基本RS触发器、一个放电BJT T所组成。
电源接通瞬间,电路有一个稳定的过程,即电源通过电阻R向电容C充电,当VC上升到2/3VCC时,触发器复位,V0为低电平,放电BJT T导通,电容C放电,电路进入稳定状态。若触发输入端施加触发信号(VI<1/3VCC),触发器发生翻转,电路进入暂稳态,V0输出高电平,且BJT T截止。电容又开始继续充电,此后电容C充电至VC=2/3VCC时,电路又发生翻转,V0为低电平,T导通,电容C放电,电路恢复至稳定状态。
如果忽略T的饱和压降,则VC从零电平上升到2/3VCC的时间,即为输出电压V0的脉宽tW。输出脉冲宽度tW,也就是暂稳态的维持时间,可以根据VC的波形进行计算。为了方便起见,对于图1中的VC的波形,将触发脉冲作用的起始时刻t1作为时间起点,于是有:
根据RC电路零状态响应暂态过程的分析,可得电容元件两端的电压为:
当t=tW时,VC(t)=VC(tW)=2/3 VCC,代入上式可求得:VC(tW)=2/3 VCC=VCC(1-e-tW/τ)
由公式(3)可见:脉宽tW随电容量C的变化而发生变化,此时所得到脉冲宽度tW是与适时水位高度变化相对应的。
3 水位测量系统
3.1 工作原理
图2所示为水位自动测量系统电路设计原理框图,设计方法为在与开关电容传感器接口电路中,将水位参量h直接转换成具有与其相应宽度的脉冲系列并通过串码/并码变换电路后进入单片机的前向通道,将水位信息通过单片机的数据采集、数据处理和数字滤波后在LED三位数显中显示出来。
时基电路主要由晶体振荡器、分频器组成。时基信号发生电路由石英晶振电路[4]产生。石英晶振电路由于采用了具有很高Q值的石英晶体元件,所以具有极高的频率稳定度。这里选用频率为32.768MHz的晶振,分频器采用具有14级分频功能的COMS集成电路CD4060。
由时基电路产生的时基和脉宽为tW的脉冲信号分别输入到同一个两输入端与非门,其输出端即得到与水位高度H相对应的串行数字信息,这一数字信息经过由三个74LS393(异步清零二进制计数器)所组成的计数器,通过串码/并码变换电路,将水位串码数据转换为12位并码后直接输入到89C52单片机对应并口线,单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数后,计数值再由单片机读取。此时所传送的这些数据已变成液位高度的实时数据,其电路部分如图3所示。因此对于计算机来讲,这些数据是不断变化的随机数据,为了使计算机能对数据进行采集和处理,我们将tW脉冲信号延时后,利用其下降沿来触发中断。89C52单片机接到中断信号后即可采集到水位数据,并通过串口进行数据输出,驱动LED进行数字显示并定时刷新[5]。
3.2 设计要点
测量系统在设计过程中要特别注意电缆电容的影响,在传感器通道中除开关电容传感器在被测液体由水位高度H所形成的相应电容量C外,还有信号电缆所附加的电缆电容C0,当使用电缆长度L确定后,C0即为一常数。在自动水位测量电路结构中传感器电容量C与电缆电容C0的迭加是不可避免的,事实上在传输电缆中传输的脉冲宽度是(H+0)的函数,即:这一输出脉宽需经过一个消除电缆电容附加脉宽的电路(可用异或门实现),就形成与水位高度H完全对应的脉宽,此时产生的脉宽H与水位高度相对应,随水位高度H的变化而发生变化。
3.3 实验结果
自动水位测量系统一直在实验室1米深的量筒中进行连续测试,根据实际水位数据和LED显示数据的对比记录,可得到如图4所示的测量曲线。
通过实验测试曲线可以发现,在0~1米之间的测量数据发生了+0.03~+0.06米之间的向上偏移,这种现象是由于传感器的非线性特性、边缘效应及杂散电容的影响所造成的上偏误差,同时我们也发现在下行程水位测量过程中的误差较上行程误差稍大,这可能是由于液体使传感器湿润而增大了电极的有效长度,从而增加了其电容量后所造成的影响。总体来说,测量结果与实际水位基本相符,系统精度完全可以达到设计要求的1.5级的水平。
4 结束语
基于开关电容技术利用电容传感器所设计出的水位自动测量系统,能有效地克服温漂、零漂、寄生电容、电源电压及各种杂波的干扰,保证了系统运行的安全性、稳定性和可靠性,实现了输出的数字信号可与计算机直接接口的优点。这种利用电容的开关特性,以电容C为输出参变量的电容式传感器特别对于直接测量有诸多不安全因素的液位:油库、油箱、酸罐、碱罐等的检测更具实用价值。因而对于工农业生产、水工程、石油化工业、医药食品等领域具有广泛的推广性和可研性。
参考文献
[1]王化祥,张淑英.传感器原理及应用[M].天津:天津大学出版社,1988.
[2]张福学.传感器应用及其电路精选[M].北京:电子工业出版社,1993.
[3]康华光,邹寿彬.电子技术基础(Ⅳ)[M].北京:高等教育出版社,2000.
[4]童诗白,华成英.模拟电子技术基础(Ⅲ)[M].北京:高等教育出版社,2000.
减小锅炉汽包水位计测量偏差的研究 篇6
1 汽包水位测量系统的配置及存在的问题
1.1 配置
通常情况下, 锅炉汽包水位测量系统采用两种或两种以上共存配置的原则。以2台300 MW和4台600 MW锅炉为例, 每一台锅炉都必须将水位计、电接点水位计配置成双份, 并且还要配置3套压差式水位计。其中, 3个汽包压力能够自动调节测量系统中的水位变化, 并与主燃料跳闸 (MFT) 共同起到保护系统的作用。将闭路电视引入监控室并与双色水位计和电接点水位计连接起来就可以对汽包水位进行监测, 以便可以及时了解、记录水位的变化情况。
事实上, 锅炉的汽包水位控制信号摘取于3个独自的差压变送器, 这样做有利于保证汽包水位测量系统的可靠性和稳定性。该系统是由独立的测量孔, 差压变送器输入、输出模件等组成。通过引入分布式控制系统 (DCS) , 能够稳定控制水位, 防止水位超出标准数值。
1.2 问题
经过多年来的实践经验, 总结出汽包水位测量系统主要存在以下问题:测量不稳定和在运行过程中测量偏差较大。这些问题的出现严重影响了该系统的正常运行和日常管理, 经过总结, 得出出现这些问题的原因如下: (1) 受安装单室平衡容器的影响; (2) 受火焰燃烧程度的影响; (3) 因变送器移动、测量系统的泄露等造成差压误差; (4) 环境和压力的误差、实际情况与预先设定数值不符, 正负压管路产生温差, 都会对平衡容器和系统内水柱的温差产生很大的影响。
1.3 解决办法
要解决这些问题, 可以从以下两方面入手: (1) 通过冷、热水的交替使用调节温度; (2) 调整火焰大小, 努力使火焰达到规定标准。
尽管在安全要求中规定, 汽包水位计以差压式水位计为基准, 但是就实际情况来说, 当3套水位计的数值偏差达到一定程度时, 很难达到“当3套水位计之间的数值有较大的偏差时, 以差压式水位计为基准”这一要求。事实上, 这一规定是纯理论性的要求, 是人为地将差压式水位计定为基准, 并不符合实际情况, 不利于问题的发现和解决, 会加大出现责任事故的概率。
2 提高水位计水位测量准确度的方法
2.1 为水位计连通器加盖热套
此方法是目前业界所知道的提高准确度最准确、实用的方法。当连通器内的水温达到顶值时, 连通器内的水线高度就是汽包重量水位。此时, 汽包中压力和水位数值波动已经不会影响水位数值的显示, 而且水位数值也不会受到测量基准线的影响。但是, 在为水位计连通器加盖热套的过程中, 一定要注意水位计数值显示的问题。为了防止影响数值读取的情况发生, 一定要加盖透明的热套, 同时, 还要注意电接点的信号传输问题。
2.2 补偿与修正参数
事实上, 根据水位测量原理引入温度和压力参数这一补偿措施, 对于电接点水位计更为合适, 因为显示的水位数值对水位的计量有很大的作用。对云母水位计和双色水位计来说, 由于它们是直接显示水位数值, 而不是通过信号输出的方式显示, 所以, 并不能通过计算机和仪表来进行计算和演示, 只能人工进行。
在进行补偿计算的过程中, 可以人为估计并设计出容器内水温的数值, 由此可以省略一些不必要的环节, 以提高工作效率。但要注意依据的合理性, 避免误差过大。修正与补偿相类似, 主要是根据汽包正常工作时的压力和显示的数值对水位计示值进行修正, 此方法较为复杂, 并且在此之前要根据实际情况做出修正值数值表。
3 水位计偏差大的原因与改进方法
3.1 水位计运行状态的检查
3.1.1 测量温度梯度
在不同的环境温度和相同的负荷下, 采用红外线温枪进行手动测量。单室平衡容器冷凝器的竖直管段在相同负荷、不同的温度下, 它的温度差异是非常大的, 所以, 在测量时, 要参比水柱的温度梯度 (参比水柱的温度随温度的变化而变化, 但是, 一般都高于环境温度60℃左右) , 并在测量后取测量数值的平均值。
3.1.2 检查单室平衡容器
在单室平衡容器安装时, 要根据要求对其进行严格的检查。在安装完成后, 其应该处于平衡的位置, 容器外部不允许保温, 截止阀应该保温、汽侧取样管也应该保温, 但要注意的是, 汽侧取样管在安装时应该稍稍向上倾斜, 水侧取样管稍微向下倾斜。
3.1.3 检查平衡容器的位置
检查平衡容器安装的物理位置和高度。在一般情况下, 平衡容器应于水位变送器的引压管基本保持一致, 相差在10 cm左右。以设计的五号机组为例, 平衡容器安装在70 cm处, 高度差应在10 cm左右, 所以, 水位变送器在安装时就应该在60 cm。
3.1.4 环境温度
环境温度对汽包水位差压计的测量有直接影响。从汽包水位测量的缺陷率记录中可以看出, 气温过冷和过热都对汽包水位差压计的测量产生影响, 因此, 冬季和夏季正是汽包水位偏差大或多发故障的时间, 而气温比较适中的季节发生汽包水位偏差或故障的可能性较低。
3.2 水位计偏差大的原因分析
经过专业人员的多次检修后, 总结经验, 并对水位计偏差大的原因加以分析, 得到出现偏差的原因只要有以下几点:①由于平衡容器引压管的温度分布是均衡的, 而平衡容器引压管不是线性分布, 所以, 在实际工作中, 采用恒定温度补偿之后 (一般在50℃左右) 就会产生一定的偏差。②在平衡容器、冷凝器的高压侧, 引出管的水平管段引出长度不够长, 不利于后部管段的温度达到室内温度。这也就是说, 在竖直管段中, 水中的常数值要保持稳定。③安装时, 在仪表管上安装1个伴热带, 防止在冬季使用时仪表管出现结冰的现象。有些发电厂仪表管上的伴热带采用自控温伴热带, 温度大约保持在80℃。但是, 由于伴热带的铺设方法不同, 铺设不规范也会影响水位测量的精准性, 进而使水位计产生偏差。④仪表管的保温也会对测量结果产生一定的影响。为了让冷凝器出口参比水柱能尽快达到室温, 使其稳定, 而单室平衡容器外部是不允许保温的, 所以, 需要加装保温材料在引压管和其他部位。这样一来, 厚度就很难保持一致, 尤其是在冬季, 仪表管温度升高, 而外界温度降低, 冷热交替会对电伴热带的投用产生很大的影响。⑤在机组长期运行后, 管道内的腐蚀情况就会越来越严重, 而且随着时间的推移, 管道内的杂质也会发生相应的反应产生大量的气泡, 这会对测量时的精准性有一定的影响。同时, 管道两侧也会有轻微渗漏的现象发生, 导致在测量时出现较大偏差。
3.3 改进水位计偏差大的措施
要减小测量偏差, 可以采取如下措施:①想要减小平衡容器与变送器的落差, 就要改变变送器的安装位置, 将其位置提高, 并将仪表管安装在室内。②在单室平衡容器侧面引出正压测仪表取样管时, 应尽量延伸其长度并使其稍微向下倾斜, 使参比水柱尽可能接近环境温度。③规范铺设仪表管伴热带, 平行铺设差压变送器的2根取样管 (备用) 。使用室内电加热提高室内的温度, 使室内温度保持均衡, 确保仪表管在冬季不结冰。④安装屏蔽器, 防止汽包水位差压和汽包压力信号的干扰。
经过对水位计的改进, 测量偏差大的状况得到了明显改善。
4 结束语
作为保证发电厂生产安全的重要手段, 汽包水位计的测量是十分重要的。针对实际工作中发现的问题, 提出相应的解决办法。这些办法可以有效减少锅炉汽包水位计测量偏差的问题, 提高信号的可信度, 为我国发电事业的发展打下坚实的基础, 有力地推动经济的发展。
参考文献
[1]程人亨.热工过程检测仪表[M].北京:中国电力出版社, 1997.
[2]朱祖涛.热工测量和仪表[M].北京:水利电力出版社, 1991.
[3]郭绍霞.热工测量技术[M].北京:中国电力出版社, 1997.
压水堆核电站堆芯水位测量原理 篇7
关键词：压力容器,主泵,堆芯水位,压差
1 堆芯水位测量简介
压水堆核电站堆芯燃料组件放置于压力容器中间, 测量堆芯水位实际上就是测量压力容器水位, 其基本测量原理是基于测量压力容器的压差大小, 根据压差计测得的压差算出相对应的水位值。而压力容器压差的准确测量又与反应堆冷却剂三台循环泵 (以下简称为主泵) 的运行与否有关, 主泵运行时与不运行时堆芯的压差显然是不一样的, 主泵运行时由于主泵驱动流体持续流过堆芯, 堆芯压差较大;而主泵停运时经过堆芯的流体依靠自然循环等方式流动, 堆芯压差较小。为了更加精确的实现测量目的, 我们配置了三台差压水位计, 根据主泵运行状态的不同, 宽量程差压水位计用来在主泵运行时监测堆芯水位, 窄量程差压计用来监测主泵停运时的堆芯水位, 另外由于宽、窄量程差压水位计在测量计算过程中用到了参考液柱, 所以需要设置一台参考差压计用来消除宽、窄量程差压计输出信号中的参考液柱项。同时为了实现更加可靠的堆芯水位测量, 大亚湾核电站堆芯水位测量装置在设备配置方式上采用了冗余原理, 分别配置A、B两个通道, 每个通道都有三台差压计。
宽、窄量程差压计的取压点有3个, 一个在压力容器顶部, 2个在堆芯仪表密封组件处 (如图1所示) 。差压计所测量的差压是由反应堆压力容器内两个测压点之间的高度上的液体重量形成并在静压下保持。上测压点位于反应堆压力容器的出口, 下测压点位于堆芯仪表的密封组件处 (每个系列一个) 。用作水压耦合器的金属膜片隔离器, 安装在尽可能靠近测压点的位置, 其目的是为了减少反应堆冷却剂泄漏的危险, 并保持参考水柱不变。
2 主泵停运时的堆芯水位测量原理
如上文所述, 堆芯水位测量分为主泵运行和不运行两种情况, 主泵运行时又需要根据1、2或3台主泵不同的运行组态进行相应的主泵压头系数试验标定, 使用的宽量程水位计用百分数指示在主控的仪表上, 通过其在不同主泵运行组态下的压差测量推算堆芯实际水位, 由于主泵运行时的水位测量采用了一些工程上的近似与保守取值, 另外计算公式中的某些系数需要在试验中标定, 这里就不多做阐述。而通常在正常运行工况下堆芯都是满水的, 失水事故主泵停运情况下水位的准确测量更加关键, 这里主要就主泵停运时的堆芯水位测量原理进行简介, 示意图如下 (图1) 。
根据上图所示, 水位测量用的差压计的正压腔与压力容器底部相连, 负压腔通过参考管与压力容器顶部相连, 两腔的压力差△P1为:
其中H为压力容器水位测量高度, h为压力容器水位, ρL为压力容器内水的重度, ρV为压力容器内蒸汽重度, ρL1为参考管内水的重度。
参考管置安全壳内, 其中的水不流通, 故其重度ρL1只随环境温度而变。在堆芯失水等事故发生时, 安全壳内温度可能会有所升高, 致使参考管内水的重度减小, 造成测量误差。为了消除这个误差, 采用了另外一台参考差压计, 置于同一环境之下。为了提高失水事故时的水位测量精度, 两台差压计均在同一静压2.5MPa (表压) 下标定, 以防静压效应引起测量误差。所以, 使用时参考差压计两腔充水, 水压为2.5MPa (表压) 。
其中压力容器内蒸汽重度ρV可由一回路压力下的饱和温度计算出来, 水的重度ρL在主泵运行时由平均温度算出, 停运时由堆芯最高温度算出。由此通过以上参数的测量及计算便可以得出堆芯实测水位。当然, 以上水位测量计算方法只是一些原理性的阐述, 在实际的工程应用中还要考虑静压系数及其它一些修正系数的影响。
3 堆芯水位在压水堆核电站事故规程中的应用
堆芯水位的的准确测量以及可靠显示, 是反应堆操纵员在事故状态下控制机组参数的重要保障, 在事故工况下, 反应堆操纵员应时刻关注堆芯的淹没情况, 以判断堆芯水装量是否能够满足冷却的要求。为此, 在堆芯水位测量系统中定义了几个具有代表性的阈值点用以表征堆芯的实际水装量情况。这几个关键阈值点分别为“压力容器大盖顶部”、“热管段顶部”、“热管段底部”、“堆芯顶部”、“堆芯底部”。
当水位高于“压力容器大盖顶部”则意味着压力容器满水, 堆芯水装量是满意的;低于“压力容器大盖顶部”而高于“热管段顶部”则预示着压力容器大盖下部有汽腔出现, 堆芯存在失水情况, 水装量略有不足;低于“热管段顶部”而高于“热管段底部”意味着堆芯水装量不足, 同时因为回路中含汽必须停运主泵以防止堆芯冷却剂的继续流失;低于“热管段底部”而高于“堆芯顶部”则说明堆芯缺水, 状态不稳定, 此时应使用一切可能的手段对堆芯进行补水;低于“堆芯顶部”而高于“堆芯底部”意味着堆芯部分已经失水, 燃料可能由于得不到冷却而损坏;当低于“堆芯底部”则代表堆芯完全裸露, 可能发生熔毁的事故。
如上所述, 在发生一回路失水的事故工况下, 反应堆操纵员应时刻关注堆芯水位, 通过水位指示的不同区间来准确判断堆芯失水情况, 同时根据水位变化情况来判断采取的回路补水手段是否有效, 从而在事故控制规程中选择合适的控制手段及策略来保证堆芯安全。
参考文献
[1]大亚湾核电站运行教程[M].原子能出版社, 1999.
测量水位 篇8
汽包水位是锅炉安全运行的重要参数, 同时还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志。因而汽包水位控制系统倍受重视。根据汽包水位的动态特性, 工程人员研究出许多控制方案, 如汽包水位单冲量、双冲量、三冲量控制以及串级、数字控制系统等等。任何一种控制方案, 均离不开汽包水位这个参数, 因此准确测量汽包水位是一个至关重要的关键环节。而平衡容器测量法是普遍采用的汽包水位测量方法。本文针对平衡容器测量法在略钢的应用实践, 对平衡容器测量法的原理和使用方法略作论述。
2 测量原理
平衡容器法测量水位其实是一种差压式液位测量方法。其工作原理是把液位高度变化转换成差压变化, 此转换通过平衡容器得以实现。
常用的平衡容器是双室结构, 双室平衡容器法测量汽包水位如图 (1) 所示。负压侧从宽容器中引出, 正压头从置于宽容器中的汽包水侧连通管中取得。宽容器中的水面高度是一定的, 当水面增高时, 水便通过汽侧连通管溢流入汽包, 当水面降低时, 由蒸汽冷凝来补充。
差压变送器正压室与汽包底部连通端相接, 差压变送器负压室与平衡容器的宽容器端相接。
P+=P0+ρgh2+ρgh1
P-=P0+ρgh+ρgh1
差压ΔP=P+-P--=ρgh2-ρgh=ρg (h2-h)
式中:ΔP为差压变送器的差压;P+为差压变送器正压室压力;P-为差压变送器负压室压力;ρ为汽包内水的密度;g为重力加速度;h为工艺零点到时汽包上取压口的高度;h2为汽包工艺液位;h1为差压变送器到工艺液位零点的高度。
工艺零位确定后, h即为一个常数, 工艺液位h2与差压变送器所接受的差压信号ΔP有了一一对应的关系。而差压信号通过变送器的输出 (4~20m A) 表现出来, 因此差压变送器的输出能反映汽包的工艺液位。
3 差压变送器的零点迁移
差压变送器输入为差压信号ΔP, 输出为4~20m ADC, 当差压变送器的输出为4m A, 其对应输出ΔP=ΔPmin (即为差压变送器的零点) ;当差压变送器的输出为20m A时对应输入ΔP=ΔPmax
差压变送器的量程为ΔPmax-ΔPmin
差压变送器一般使用:零点为ΔPmin=0, 变送器输出为4m A, ΔPmax的值为量程上限时, 变送器输出为20m A。
用平衡容器法测量液位时, ΔP=P+-P-=ρgh2-ρgh, h2总是小于或等于h, 即ΔP总是负值。ΔPmin=-ρgh差压变送器的输出为4m A;ΔPmax=0时差压变送器输出为20m A。
所以差压变送器的零点为ΔPmin=-ρgh, 量程为ΔPmax-ΔPmin=0- (-ρgh) =ρgh
因此在调校采用平衡容器法测量汽包水位的差压变送器时, 可依照差压变送器的一般使用方法将零点和量程调整好, 再进行零点迁移。若选用智能变送器, 可用智能终端将零位和量程调整好, 变送器订货时, 注明零点迁移是负迁移, 迁移量为100%。
零点迁移是在不改变量程的条件下改变零点, 零点迁移量为ΔPmin, 当ΔPmin>0, 为正迁移;当ΔPmin=0时, 测量输入起始点是从零开始的, 为无迁移;当ΔPmin<0, 为负迁移, 迁移量为100%。本公司锅炉容量为20t/h, 汽包水位测量范围0~440mm, 采用双容平衡容器, 该平衡容器选用型号为FD-6.4B, 规格为±220mm, 故差压变送器的量程为440mm H2O, 用平衡容器法在略钢电厂测量汽包水位时, 差压变送器采用负迁移, 迁移量为100%。差压变送器迁移前、后的输入、输出关系图为图 (2) 、图 (3) 。
根据上述原理, 用平衡容器法测量汽包水位方法还应用到该发电厂的除氧器水位;汽机热井水位测量系统中, 均取得很好的测量效果。
4 实践体会
我们在略钢两台20t锅炉的仪表设计、安装及调试。工作中, 组织并参与了6套双室平衡容器安装、调试工作。深深体会到在应用中必须注意以下几点事项, 否则水位测量系统难以正常运行。
a、差压变送器的正、负压室不能接错。其正压室应接汽包底部引压管, 负压室应接双容平衡容器的宽容器的引压管。正压室压力比负压室压力小。
b、校验差压变送器时, 接差压变送器一般调校方法调好零位和量程后, 进行零点迁移。若直接接实际零点 (工艺零位) 进行调校, 调整时零点和量程会越调越乱。
c、经常对所用差压变送器进行排污。
d、正、负取压口以及管路系统必须保证无泄漏。
e、平衡容器与汽包间的连接管应尽量缩短。
f、平衡容器必须垂直安装, 严禁倾斜。
g、几个差压仪表不得共用同一平衡容器。
只要严格按上述要求进行安装、调试, 平稳容器测量法在汽包水位测量系统、除氧器水位测量系统及热井水位测量系统均可得到正常应用。
摘要：论述了用平衡容器法测量锅炉汽包水位的原理和方法, 介绍了应用该方法对差压变送器的零点迁移。
关键词：锅炉,液位测量,平衡容器,零点迁移
参考文献
[1]中央广播电视大学教材.工程检测技术.
[2]叶江祺.水利电力出版社[J].热工仪表和控制设备的安装.