摘要：本文作者結(jié)合實(shí)踐使用，對(duì)較為常見的幾種平衡容器進(jìn)行了分析并結(jié)合項(xiàng)目中水位補(bǔ)償計(jì)算過程，并提出了各類平衡容器的選擇方法。

關(guān)鍵詞：汽包；平衡容器；密度；補(bǔ)償

1 概述

保持汽包水位的穩(wěn)定是十分關(guān)鍵的，在火電廠，水位控制一直受到重視。汽包工況是經(jīng)常變化，啟動(dòng)到滿負(fù)荷或減負(fù)荷等負(fù)荷波動(dòng)中，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，危及機(jī)組的安全。針對(duì)汽包水位的特性，研究出了許多測(cè)量方案。

2 常見的水位測(cè)量方式

2.1 單室平衡容器

單室平衡容器是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。通過與汽包聯(lián)通管，引出汽側(cè)、水側(cè)壓力，代入密度計(jì)算公式得水位值：

△p=p+-p-=L（ρc-ρs）g-H（ρw-ρs）g （1）

或 H≤ L（ρc-ρs）g-△p≥（ρw-ρs）g （2）

正壓側(cè)的壓力是由恒定的冷凝水高度來維持的，而負(fù)壓側(cè)的壓力則隨著汽包水位的變化而改變，由此測(cè)得的差壓值就隨著汽包水位發(fā)生變化。

單室平衡容器安裝簡(jiǎn)單，但誤差較大，通過以上公式，影響結(jié)果的幾個(gè)參數(shù)有容器內(nèi)水密度、汽包內(nèi)飽和水密度、汽包內(nèi)飽和汽密度。

2.2雙室平衡容器

雙室平衡容器的正壓側(cè)與單室平衡容器相同，而區(qū)別在于雙室平衡容器的負(fù)壓側(cè)是由平衡容器引出的。

計(jì)算方法與單室平衡容器是一樣的。

雙室平衡容器的正負(fù)壓側(cè)水溫度接近，準(zhǔn)確度高一些，但因容器內(nèi)溫度低于汽包內(nèi)溫度，仍然有測(cè)量誤差。

2.3蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器

蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器結(jié)合了單室、雙室的優(yōu)缺點(diǎn)，能消除環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量的影響，也可補(bǔ)償汽壓變化對(duì)測(cè)量的影響。

對(duì)正壓側(cè)基準(zhǔn)杯加熱，使基準(zhǔn)杯內(nèi)的水與汽包壓力下的飽和水相同。該平衡容器正壓側(cè)水柱改由2段組成，l段保持飽和溫度，II段保持室溫。適當(dāng)選擇比例，可獲得某特定水位（如正常水位下）平衡容器的差壓值不受壓力影響。

3 選擇檢測(cè)元件

單室平衡容器可避免汽壓下降，飽和水汽化的危險(xiǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定情況下較適用。

工況變化較大，需較快的適應(yīng)變化的影響時(shí)，考慮帶補(bǔ)償?shù)碾p室平衡容器，選擇了雙室平衡容器就要考慮飽和水汽化的風(fēng)險(xiǎn)，因蒸汽罩帶補(bǔ)償雙室平衡容器，當(dāng)汽包壓力因增負(fù)荷而突降時(shí)，正壓側(cè)壓力也會(huì)降低，原正壓側(cè)內(nèi)的飽和水就會(huì)汽化，影響水位的測(cè)量。

4 水位計(jì)算

要得到準(zhǔn)確的水位值都要進(jìn)行計(jì)算和補(bǔ)償，是由于密度不同造成的。雖然雙室平衡容器和帶補(bǔ)償?shù)碾p室平衡容器采取了不同的結(jié)構(gòu)，削弱了對(duì)差壓的影響，但仍需采取措施。

汽包水位補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袃煞N，壓力補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償從0℃開始，而壓力補(bǔ)償從100℃開始。因?yàn)闇囟瓤梢詫?duì)應(yīng)飽和密度以及100℃以下時(shí)的非飽和密度，壓力卻只能對(duì)應(yīng)飽和密度。最終通過經(jīng)驗(yàn)公式或查表求得工況下的汽水密度，代入公式，或通過近似函數(shù)，得到與密度同趨勢(shì)的曲線，代入計(jì)算。

以某煤氣發(fā)電工程為例，采用170t/h的煤氣鍋爐，這個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)帶蒸汽罩的雙室平衡容器測(cè)量汽包水位，可知凝汽室、基準(zhǔn)杯及其底部位于容器內(nèi)部的導(dǎo)壓管中的溫度與汽包介質(zhì)溫度是相等的，即ρw=ρ`w，ρs=ρ`s

P+= PJ +320ρw+（580-320） ρ c

P+ — 容器正壓側(cè)壓力

ρw — 容器中的密度（ρ w= ρ`w）

ρ c — 環(huán)境溫度下水密度

PJ — 基準(zhǔn)杯口以上靜壓力

P-= PJ+（580-hw） ρ s + hwρw

P-—容器負(fù)壓側(cè)壓力

hw —汽水分界線至連通器水平管中心線之間的垂直高度

ρ s —— 汽包中飽和水密度

因此差壓

ΔP=P+-P-=320 ρw+260 ρ c-（580-hw） ρ s-hwρw

即 ΔP=260 ρ c + 320 ρw-580 ρ s-（ρw-ρs）hw （5）

在計(jì)算中需認(rèn)識(shí)到平衡容器有不同的特性，以本工程為例，查《飽和水與飽和水蒸汽密度表》可得各種壓力下飽和密度。把0、±50、±100mm等分別代入（5）式，可得到輸出的差壓，通過《雙室平衡容器固有補(bǔ)償特性參照表》可以得知雙室平衡容器的工作特性。

從《特性參照表》中可看到，各水位對(duì)應(yīng)的差壓隨著壓力變化而變化?？煽闯?水位所對(duì)應(yīng)的差壓變化規(guī)律較其它不同，只在較小范圍內(nèi)波動(dòng)。該平衡容器的設(shè)計(jì)壓力為13.73MPa，因此14.5MPa以下它的波動(dòng)在±5mm水柱以內(nèi)。當(dāng)汽包中的水位為0水位時(shí)，壓力變化，對(duì)0水位測(cè)量影響極小。則當(dāng)汽包水位越接近于0水位，其差壓受影響越小，反之則大。因此在進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)可對(duì)不同區(qū)域分別建立補(bǔ)償公式。

在進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)有以下步驟：

1、確定0水位，通過查鍋爐廠圖紙資料，可獲得0水位。本項(xiàng)目中0水位位于連通器水平管軸線以上365mm處，即基準(zhǔn)杯口水位下方215mm處。

2、確定變送器量程，變送器量程由測(cè)量范圍、0水位以及補(bǔ)償起始點(diǎn)等因素決定的。

本項(xiàng)目0水位位于連通器水平管軸線以上365mm處。該平衡容器的量程為±300，因此（5）式中的hw的最大值和最小值分別為665和65。若采用壓力補(bǔ)償，從《飽和水與飽和水蒸汽密度表》中查100℃時(shí)的飽和密度代入（5）式，再將665和65代入（5）式，即得最小差壓ΔPmin=-70.5和最大差壓ΔPmax=504，即變送器量程-70.5～504。若采用溫度補(bǔ)償，從0℃開始補(bǔ)償，用同樣方法可得量程為-85～515mm水柱。

3、確定數(shù)學(xué)模型

由（5）式得

hw=（260ρc-ΔP+320ρw-580ρs） / （ρw-ρs） （6）

由于相對(duì)于規(guī)定的0水位的汽包水位 h= hw-365，所以

h=[（260ρc-ΔP+320ρw-580ρs） / （ρw-ρs） ]-365 （7）

式中h —相對(duì)于規(guī)定的0水位的汽包水位

（7）式即為補(bǔ)償系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。式中ρc為常數(shù)，令環(huán)境溫度為30℃，則ρc =0.9956mg/mm3，所以

h=[（258.9-ΔP+320ρw-580ρs） / （ρw-ρs） ]-365 （8）

（8）式為最終的數(shù)學(xué)模型。顯然，它與（7）式的作用完全一樣?？扇芜x其一。

4、確定函數(shù)。在（8）式和（7）式中都有“320ρw-580ρs ”和“ρw-ρs”關(guān)于飽和密度的子式。查《飽和水與飽和水蒸汽密度表》，可得這兩個(gè)子式的曲線。將所得的曲線及（7）或者（8）式輸入DCS系統(tǒng)，即能計(jì)算出對(duì)應(yīng)的測(cè)量值。

5 結(jié)論

汽包水位的測(cè)量涉及選型和補(bǔ)償，針對(duì)常用的方法，有單室平衡容器，雙室平衡容器以及帶補(bǔ)償?shù)钠胶馊萜鞫喾N選擇，需結(jié)合情況來進(jìn)行選擇，檢測(cè)元件確定后來確定合適的補(bǔ)償公式，修正工況變化引起的密度變化，達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)目的。

參考文獻(xiàn)

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