内置式平衡容器在测量汽包水位实际中应用.doc

内置式平衡容器在测量汽包水位实际中应用摘 要：本文阐述了内置式平衡容器主要优点，解决了汽包水位测量外置式双室平衡容器和单室平平衡容器外界环境温度补偿问题，提高了高温高压汽包炉汽包水位测量准确性。关键词：内置式平衡容器 汽包水位 应用1 压式测量水位的原理差压式水位计的工作原理是把液位高度变化转换成差压变化，因此其测量仪表就是差压计。差压式水位计准确测量汽包水位的关键是水位与差压之间的准确的转换，这种转换是通过平衡容器实现的，常用的双室平衡容器结构示意如图1-1所示。正压头是从宽容器中引出，负压头是从置于宽容器中的汽包水侧连通管中取得。宽容器中水面高度是一定的，当水面要增高时，水便通过汽侧通过汽侧连通管溢流入汽鼓；要降低时，由蒸汽冷凝来补充。因此当宽容器中水的重度一定时，正压头为定值。负压管与汽鼓是连通的，因此，负压管中输出压头的变化反映了汽包水位变化。图1-1按照流体静力学原理，当汽包水位在正常水位H0(即零水位)时，平衡容器的差压输出P0P0=Lr-H0r2-（L-H0）rs （1-1）式中 rs饱和蒸汽重度,其它符号的意义如图1-1所示。当汽包水位偏离正常水位变化H时，平衡容器的差压输出为P P=P0-（ r2- rs）H （1-2） L、H0为确定值，若r1、r2和rS为已知的确定值时，正常水位时的差压输出P0就是常数，也就是说差压式水位计的零水位差压是稳定的。平衡容器的输出差压P0则是汽包水位变化 H的单值函数。水位增高，输出差压减小。应当指出，上述平衡容器在实际应用中，由于存在下列问题，造成差压式水位计指示不准。（1）由于平衡容器向外散热，正、负压容器中的水温由上至下逐步降低，且温度分布不易确定。因此用式（1-1）、（1-2）分度差压计时，因重度r1和r2的数值很难准确确定 ，使得分度好的差压式水位计装到现场后与云母水位计的指示对不起来。即使在现场对照云母水位计的指示调整好刻度值，随着使用情况的变化，还会由于r1和r2数值改变而使差压式水位计指示不准。为解决这个问题，可通过改进平衡容器结构，设法使r1 和r2为已知确定值。例如，用蒸汽套保温，可使r1和r2都等于汽包压力下饱和水的重度rw，这时，差压P和水位H有以下关系式：P=L（rw- rS）-H（rw- rS） (1-3)其中 H=H0±H。（2）一般，差压式水位计是在汽包额定工作压力下分度的，因此差压式水位计只有在汽包额定工作压力下运行时其指示才正确。当汽包压力变化时，饱和水重度和饱和蒸汽重度随之变化，使差压式水位计的指示发生很大误差。（rw- rS）随压力变化的关系在不同的压力范围内是不同的，如图1-2所示，从图中可见，在30-130Kg/cm2压力范围内，压力和重度差（rw- rS）的关系非常接近线性，随着压力的降低，重度差（rw- rS）增大。由于双室平衡容器的结构尺寸L总是大于H，所以从式1-3可知，当汽包压力低于额定值时，（rw- rS）增大，使输出P增大，因而使差压式水位计指示偏低。由此产生的水位指示误差还与水位H、平衡容器结构尺寸L有关。（L-H）愈大，指示误差也愈大，也就是说，低水位比高水位误差大。X102Kg/m31/rw-rsrw-rsra-rsB(Kg/Cm2 图1-2这种误差在中压锅炉可达40-50mm，在高压锅炉可达100mm以上，使差压式水位计在机组启、或滑压运行时不能使用。要消除或减小因汽包压力变动而造成的误差，可进一步改进平衡容器的结构，或者采用汽包压力补偿措施，可以减小差压式水位测量误差内置式平衡容器根据差压计原理而设计的，克服了平衡容器内正压侧水柱高度的重度r1和负压侧水柱高度的重度r2受环境温度的影响。可以采用式（1-3）对平衡容器差压值进行压力补偿，因为差压P是rw- rS的单值函数，rw- rS是汽包压力的单值函数。2 汽包内置水位平衡容器工作原理DNZ系列汽包内置水位平衡容器是根据多年来的工程实践而开发的，它克服了环境温度对单室平衡容器及参比水柱内水密度的影响，使信号更稳定，测量的附加误差更小，补偿公式更简单，结果更准确。众所周知，单室平衡容器及参比水柱内水的温度受环境温度和风向以及容器的结构、表管的走向布置影响较大，而水的密度与水的温度关系较大，一个较小的差压误差，经补偿计算后会增加近2倍的误差，给水位测量带来较大的一个随机误差。汽包内置水位平衡容器，将单室容器置于汽包内部，使其水容器和参比水柱永远处于饱和环境下，克服了参比水柱水温难以测量的不足，从而使信号更加稳定。DNZ系列汽包内置水位平衡容器提供了一个更加稳定、可靠、准确的差压信号，从而使您的汽包水位测量、调节和保护更加真实可信。汽包内置水位平衡容器的原理如图1-3所示： 图1-3汽包内置水位平衡容器的原理简述：汽包内置水位平衡容器主要由1冷凝罐、3正压取样管、5 DCS、6差压变送器、8平衡罐等组成。汽包运行过程中饱和蒸汽进入到冷凝罐中冷凝成饱和水回流到平衡罐中，参比水柱所形成的静压通过正压取样管引到差压变送器的正端，汽包内的水通过水侧取样管引到差压变送器的负端，这样差压变送器输出差压信号给DCS，在DCS中通过压力补偿计算得出汽包内的水位。这样做没有了环境温度对参比水柱密度的影响，计算出来的结果就更接近于汽包中的实际水位，能够真正反映汽包真实水位。原理图中：L为平衡罐上边沿到水侧取样管中心线的距离，H0为汽包设计0水位线到水侧取样管中心线的距离，H为现在水位线相对于0水位线的差值，1为饱和水的密度， 2为饱和汽的密度。由此我们可以列出下列公式：H=L- H0-P/（1-2）。从公式中我们可以看出，水位只与饱和水和饱和汽的密度有关，而密度与压力有关，我们只要测出汽包压力就可以从密度表中查出密度，代入公式即可计算出水位。汽包内置水位平衡容器的优点： 待添加的隐藏文字内容2由于将平衡罐安装在汽包内，使平衡罐及引出管中的水的温度为汽包内饱和水的温度，其密度为饱和水的密度，这样在进行补偿计算时就有相对稳定的参数，可以准确计算出汽包水位。 由于在汽包的汽侧取样管上焊接有冷凝罐，可以及时向平衡罐中补充冷凝后的饱和水，可以保证在起炉不久就投入汽包水位。 备用正压取样管，防止内置式平衡罐出现意外后可将正压表管与之相连。这样就与现行的外置式单室容器一样，以防万一。3 内置式平衡容器在汽包水位测量中实际应用DNZ型内置式平衡容器在国电双鸭山发电有限公司#3机组中修时安装#3炉汽包内，经过一年实际运行考验，效果良好，测量汽包水位准确，能够真实反映实际汽包水位。双鸭山发电有限公司#3机组为前苏联进口机组，汽机型号：K-215-130-1型凝汽式单轴三缸双排汽，一次中间再热的冲动式机组。锅炉为俄制Zn67013.8545KT型，其汽包正常水位在汽包中心线下175mm，最高、最低水位相应在正常水位的±50mm，汽包工作压力15.8MPa，饱和温度346，“汽包装有事故放水管，可将多余的水放至零水位”，“若水位继续升高到+75mm时，应立即开事故放水门”，“汽包水位达到高值或低值时，应停炉”。水测取样孔距汽包机械中心线510±2，上取样孔距中心线192，上孔50，下孔95，取样孔外径均为62，壁厚10。3.1 #3炉汽包水位测量及保护系统现状#3炉汽包共安装了两套云母水位计，2台电接点水位计，1台双室平衡容器带一块机械水位表，2台双室平衡容器带两台差压变送器，一台单室平衡容器带一台差压变送器，其信号送DCS作为调节，显示和保护用，总计8台水位计，目前存在的主要问题是电接点水位计为连通器原理测量汽包水位，由于测量端的温度较低，水的密度要大于汽包饱和水的密度，造成测量结果低于汽包的实际水位，其误差受汽包压力、水位计的环境温度影响较大，这些因素的不确定性较大，因而其误差的不确定性也较大，通过实际测量和理论计算，在额定工况0水位时，误差在100mm以上。双室平衡容器属淘汰产品，双室平衡器是部分补偿，只有在额定工况附近以及0水位时，误差较小，在启停炉和事故状态下，误差较大，且易造成“虚假水位”，迟延较大，难以满足国电发（2001）795文“关于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的通知”（以下简称通知）中第5.1条“锅炉水位保护未投入，严禁锅炉启动”的要求，测点取样是沿汽包方向分布，且为单管取样，受汽包内汽水分离器和水槽水波动影响较大是造成水位测量不稳定和偏差较大的重要原因之一。3.2 汽包水位测量改进措施在原电接点水位计测点位置安装一台GJT-2000A-C-19高精度电接点水位测量筒（专利号ZL00 2 21057.6：ZL95 240748.5）。取消机械水位计，以及相配套的双室平衡容器，在原取样点安装一台高精度电接点水位计（型号为GJT-2000A-C-19）号ZL00 2 21057.6：ZL95 240748.5）， 取消两台双室平衡容器和一台单室平衡容器，改装内置式平衡容器（型号为DNZ-16，专利号03 20127481.X、03 201619.1）。对3台变送器进行压力补偿，并将其结果进行选中处理，且将选中的结果用于调节、显示和保护。将电接点保护用信号引至DCS和变送器水位信号选中的结果作保护逻辑，用于锅炉联锁控制和停炉保护。3.3 现场效果机组从启动到带额定负荷运行，三台差压式水位计变送器测量水位准确，CRT画面上的汽包水位指示数据能真实的反映汽包水位的情况。汽包水位变送器在正常运行情况下三台变送器水位指示偏差在10mmH2O以内，在负荷变化的时汽包水位变送器在短时间内偏差在30mmH2O范围。为汽包水位自动调节和汽包水位保护投入提供了可靠的信号。4 结论内置水位平衡容器在理论设计和实际应用中都取得了成功，为汽包水位的测量开创了一条新的道路。