孫原明

摘要：本文闡述了單室平衡容器式汽包水位計(jì)的工作原理，分析了汽包水位測量誤差產(chǎn)生的各種因素，介紹了汽包水位測量信號(hào)的溫度、壓力修正方法及其應(yīng)用情況，并提出了水位測量裝置的安裝、調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)的重點(diǎn)要求。

關(guān)鍵詞：單室平和容器；汽包水位；誤差分析；技術(shù)規(guī)范

1 前言

汽包水位過高或劇烈波動(dòng)會(huì)影響汽水分離效果，造成蒸汽中含水過多，蒸汽品質(zhì)變差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使汽輪機(jī)受到水沖擊，發(fā)生動(dòng)靜摩擦、葉片損壞等惡性事故；水位過低會(huì)引起排污失效，爐內(nèi)加藥進(jìn)入蒸汽，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起下降管帶汽，影響鍋爐水循環(huán)，造成爐管大面積爆裂。因此，汽包水位是影響機(jī)組安全運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù)，而實(shí)現(xiàn)汽包水位的準(zhǔn)確測量是保障單元機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件。

2 汽包水位測量裝置的介紹

目前電廠常見的汽包水位測量裝置有雙色水位計(jì)、電接點(diǎn)水位計(jì)和差壓式水位計(jì)三種，其中雙色水位計(jì)與電接點(diǎn)水位計(jì)均是基于連通器原理工作的，用于水位監(jiān)視；差壓式水位計(jì)則是將水位高度的變化轉(zhuǎn)換成差壓的變化實(shí)現(xiàn)水位測量的，用于汽包水位保護(hù)和給水自動(dòng)調(diào)節(jié)，因此，其測量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到鍋爐的安全運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，本文將以我廠的外置單室平衡容器式汽包水位測量裝置為例，闡述單室平衡容器式汽包水位計(jì)的工作原理，分析汽包水位測量誤差產(chǎn)生的各種因素，并探討提高水位測量準(zhǔn)確度的技術(shù)措施。

3 測量誤差分析

差壓式水位計(jì)由單室平衡容器、差壓變送器及配套的儀表管路、閥門組成，其中單室平衡容器是實(shí)現(xiàn)水位與差壓轉(zhuǎn)換的核心部件，其轉(zhuǎn)換原理如圖3-1所示，具體如下：鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，汽包內(nèi)的蒸汽在平衡容器內(nèi)不斷的凝結(jié)，形成參比水柱，當(dāng)平衡容器內(nèi)的水面升高時(shí)，凝結(jié)水通過汽側(cè)連通管溢流回汽包，降低時(shí)，由蒸汽凝結(jié)水來補(bǔ)充，只要單室平衡容器汽水交換良好，就能保證參比水柱的高度恒定。當(dāng)參比水柱的密度也確定時(shí)，正壓管中輸出壓力就為定值。而負(fù)壓管與汽包是連通的，因此，負(fù)壓管中輸出的壓頭變化就能反映汽包水位變化。

根據(jù)流體靜力學(xué)原理，當(dāng)汽包水位在水位H時(shí)，平衡容器輸出的差壓值△P為：

△P=（ρa(bǔ)-ρs）gL-（ρw-ρs）gH 公式（3-1）

式中：ρa(bǔ)為平衡容器內(nèi)凝結(jié)水的密度；

ρs為汽包內(nèi)飽和蒸汽的密度；

ρw為汽包內(nèi)飽和水的密度；

L為平衡容器內(nèi)汽水平衡時(shí)參比水柱高度，也是平衡容器正、負(fù)取壓口之間的距離；

H為汽包的實(shí)際水位。

根據(jù)公式3-1可以看出，汽包水位與差壓之間不是一個(gè)簡單的線性函數(shù)關(guān)系，會(huì)受到平衡容器內(nèi)凝結(jié)水的密度、汽包內(nèi)飽和蒸汽密度和飽和水密度影響，這些參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致汽包水位與差壓之間的函數(shù)關(guān)系發(fā)生變化，產(chǎn)生測量誤差。汽包內(nèi)飽和水密度和飽和蒸汽密度受汽包壓力影響較大，當(dāng)汽包壓力變化時(shí)，飽和水的密度和飽和蒸汽密度也會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致水位指示發(fā)生較大誤差。

平衡容器內(nèi)凝結(jié)水的密度受參比水柱溫度影響較大，由于平衡容器向外散熱，平衡容器及參比段內(nèi)的凝結(jié)水溫度由上至下逐步降低，且溫度分布不確定，參比水柱溫度很難確定，導(dǎo)致平衡容器內(nèi)凝結(jié)水的密度也很難確定，工程上為了實(shí)現(xiàn)水位測量，常用環(huán)境溫度所對應(yīng)的密度來代替，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生測量誤差。為了驗(yàn)證環(huán)境溫度變化對汽包水位測量的影響，假定以汽包壓力為17MPa，L為600mm，環(huán)境溫度為40℃為基準(zhǔn)，當(dāng)實(shí)際環(huán)境溫度發(fā)生時(shí)，計(jì)算水位測量偏差，其結(jié)果如表3-1所示：

從表3-1可知，如果參比水柱的設(shè)定溫度為40℃，當(dāng)參比水柱的實(shí)際溫度達(dá)到80℃時(shí)，水位測量誤差為33.2mm，達(dá)到120℃時(shí)，水位測量誤差為91.4mm。由此可見，若不對參比水柱進(jìn)行溫度補(bǔ)償，或者設(shè)定為一個(gè)固定的溫度進(jìn)行補(bǔ)償，就會(huì)導(dǎo)致水位測量不準(zhǔn)。

4 解決方法

為了實(shí)現(xiàn)汽包水位的準(zhǔn)確測量，除了要采用汽包壓力和環(huán)境溫度修正外，還要做好汽包水位測量裝置的安裝、維護(hù)工作，下面將介紹汽包水位修正方法并探討水位測量裝置的安裝、維護(hù)的技術(shù)要求和注意事項(xiàng)。

4.1 水位修正

工程上常采用汽包壓力和環(huán)境溫度來修正汽包水位信號(hào)，以消除或減小汽包壓力和參比水柱溫度變化對測量的影響，將參比水柱溫度近似為室溫，在測量平衡容器差壓信號(hào)的同時(shí)，測量汽包壓力信號(hào)，根據(jù)飽和水及飽和蒸汽性質(zhì)表，得到該壓力下對應(yīng)的飽和蒸汽和飽和水的密度，并系帶入公式3-1，即可實(shí)現(xiàn)汽包水位測量信號(hào)的壓力修正。

采用汽包壓力和環(huán)境溫度進(jìn)行水位修正的方法在工程上較為普遍，不再詳細(xì)敘述，下面重點(diǎn)探討水位測量裝置的安裝、維護(hù)的技術(shù)要求。

4.2 安裝、維護(hù)要求

汽包水位測量裝置安裝主要對安裝距離、水位基準(zhǔn)線、引壓管的坡度方向、保溫及伴熱管線敷設(shè)等方面提出要求，具體如下：單室平衡容器在選型時(shí)應(yīng)采用容器為300～800ml、直徑約為100mm的球體或球頭圓柱體，若是選用的平衡容器容積過小，會(huì)造成容器內(nèi)液面高度波動(dòng)過大而影響測量；單室平衡容器應(yīng)垂直安裝，保證其零刻度線與汽包零水位線處在同一水平上，注意汽包零水位線是機(jī)組運(yùn)行時(shí)，汽包水位實(shí)際應(yīng)在的高度，切不可和汽包幾何中心線混為一談；水位測量裝置的取樣孔應(yīng)相互獨(dú)立，取壓口間距盡量大些，以減小水位測量裝置間的相互影響，切不可采用加連通管的方法增加取樣點(diǎn)；取樣管路敷設(shè)坡度應(yīng)大于1：100，做到一次門前的汽側(cè)取樣管應(yīng)使取樣孔側(cè)低，水側(cè)取樣管應(yīng)使取樣孔側(cè)高，確保平衡容器和汽包之間汽水交換正常，參比水柱的高度恒定；為防止在閥門處發(fā)生“氣塞”或“水塞”，導(dǎo)致壓力傳導(dǎo)不暢，取源閥門應(yīng)水平安裝；單室平衡容器及參比水柱所在的管道不應(yīng)采取保溫措施，平衡容器水平引出管盡量長些，有利于參比水柱溫度接近室溫，減少測量誤差；取樣管路保溫不正確也會(huì)影響測量，應(yīng)將正、負(fù)壓側(cè)取樣管共同保溫，且保證兩根取樣管介質(zhì)沒有溫差，因?yàn)檎?、?fù)壓側(cè)取樣管內(nèi)介質(zhì)有溫差時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致因密度不同而產(chǎn)生壓力差，影響水位測量?？傊诎惭b水位測量裝置時(shí)，處理好這些細(xì)節(jié)問題，是保證汽包水位準(zhǔn)確測量的前提條件。

總之，要達(dá)到汽包水位測量準(zhǔn)確的效果，既要設(shè)定適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度做好水位修正，更要在設(shè)備細(xì)節(jié)上下功夫，分析誤差產(chǎn)生的原因并進(jìn)行消除。

5 總結(jié)

本文以我廠的單室平衡容器式汽包水位測量裝置為例，從該裝置的工作原理入手分析影響汽包水位測量的各種因素，介紹了汽包水位溫度、壓力修正方法，并探討了水位測量裝置的安裝、調(diào)試及運(yùn)行維護(hù)的重點(diǎn)要求，以提高汽包水位測量的準(zhǔn)確度。

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