《汽包水位测量专题》PPT课件.ppt

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1、汽包水位测量专题,舒朝龙,主要内容：,汽包水位测量现状及存在的问题常用方法介绍：云母水位计（水位TV）带单室平衡容器水位计 电接点水位计带双室平衡容器水位计各水位计常见缺陷,汽包水位测量现状及存在的问题,汽包水位测量监控保护系统的设计、安装、运行维护等管理存在一系列严重问题，是导致一些重大缺水、满水事故的主要原因之一。长期以来汽包水位一次测量技术进步缓慢，没有较大技术突破。而在2000年以前，出现了“汽包与测量装置之间多测孔接管”（简称汽包水位多测孔接管）和“汽包水位高精度取样电接点测量筒”等新技术，可以解决监控保护系统普遍存在的一些难题，但应用不广，影响不大。,汽包水位保护是机组运行中严禁退

2、出的保护项目，其重要性应为机组所有保护项目之最。相当多的超高压、亚临界锅炉采用差压式保护，主要问题有：（1）相当多锅炉在点火阶段，甚至在小于30%额定负荷阶段，不敢投入水位停炉保护；（2）只能进行冷态水位实际传动校验，传动校验保护动作实测值与高压运行时的实测值可能有很大差异，校验结果模糊；（3）保护动作实测值漂移因素多，可信性较低，2个信号同时失准概率较大，信号异常排查难度大，保护准确性、稳定性、可靠性相应较低。,自动调节系统与保护系统“合用”三个信号，形成危险集中。如果水位失控发展为水位事故原因在于自动调节信号测量系统异常，那么保护信号系统必然异常，保护与自调系统将同时失灵，设备安全处于危险

3、状态。水位测孔数量不足是形成危险集中的主要原因，构成为监控保护系统改进的最主要障碍。,WDP系列无盲区低偏差双色水位计云母水位计,WDP系列无盲区低偏差双色水位计，是秦皇岛华电测控设备有限公司针对云母水位计测量负误差大、显示易模糊等长期存在问题，开发的最新专利产品。该产品利用汽包内的饱和蒸汽给水位计表体加热，阻止表计内的饱和水向外传热，再利用冷凝器内冷凝后的饱和水给表计内的水置换，加速表计内的水循环，从而使表计内的水温接近与饱和水温度，从而使得水位计内的水位在任何时候任何工况下接近与汽包内的真实水位，达到了正确监视汽包水位的目的。利用冷凝器内冷凝后的饱和水置换表计内的水，加速了表计内的循环，由

4、于置换的新水为饱和蒸汽冷凝后的饱和水，含盐低，这样减少了云母片结垢，无形中延长了表计的排污周期；由于表体温度变化小，从而减少了表计的热变形，也就减少了表体的泄漏，延长了表体的检修周期，降低了维护费用。,测量原理：,本系列云母水位计主要由1汽侧取样阀门、3光源箱、4水位计表体、9平衡管、10排污管、11双色水位计、13水侧取样阀门、15饱和汽伴热管、17排水管、19冷凝罐等组成。原有云母水位计的表体内只有云母水位计11，本系列双色水位计又加工了饱和汽伴热管，而且在安装时将排水管延长接至汽包下大于15米的汽包下降管处，当进入饱和汽伴热管的饱和蒸汽在其中冷凝后流到下降管中，由于排水管与汽包下降管的连

5、接处处于汽包下大于15米的地方，排水管中的水位不会上升到水位计表体内部，使得饱和汽伴热管中始终充满饱和蒸汽，起到对表体和水位管中的水进行加热的目的。,安装示意图：,优点：,低偏差（由于加入饱和汽伴热管和饱和水置换，能够真实反映汽包中的水位）无盲区（有两侧水位管的五窗云母，使得水位只要在五窗云母上下边界内，水位即可清晰可见）使用寿命长，泄漏率低，维护费用低,GJTD双恒单室平衡容器简介,差压水位计测量原理是：由平衡容器形成参比水柱，比较汽包内水柱与参比水柱的高度差，将高度差转换为静压差P1，从而实现“水位差压”变换，再由传输环节将差压送至变送器，测量显示水位。差压变送器准确性与稳定性很高，故差压

6、水位计测量系统问题主要在于，传统单、双室平衡容器不能为“水位差压”变换提供准确稳定的参比水柱，即参比水柱密度变化较大，参比水柱高度不恒定。,配套凝结球式单室平衡容器的差压式水位计测量系统主要问题是，必须进行参比水柱平均温度修正。而准确修正难度之大由下式可见。平均温度Tc p(t h/m L)(1-e-m L)T c-（1）式中：t h 饱和水温度；Tc环境温度；m(U)/(S)0.5，是参比水柱管放热系数，S、D、U是参比水柱管的几何参数，S截面积，D直径，U周长；导热系数；L参比水柱高度；t h、又与汽包压力有关，放热系数是变量、且量值不易确定。所以，以参比水柱平均温度计算法确定温度修正参数

7、，既困难，又不实用。目前只能以简单的温度给定，或以简易的温度测量进行温度修正初步设定,投入运行后按云母水位计、电接点水位计指示进行修正参数调整。现场试验调整工期长，工作量大，修正误差大。因此，参比水柱温度修正是差压水位计准确测量主要难点。,为了给汽包水位差压式测量提供准确稳定的参照物参比水柱，淮安维信仪器仪表有限公司独家研发、独家制造的最新专利产品，研制出GJTD双恒单室平衡容器，可使使参比水柱温度恒等于汽包内的饱和水温度，避开普通单室平衡容器参比水柱温度修正的难点，即在实现“水位差压”测量变换中不需要进行参比水柱本身温度的修正，只需要进行热工人员都已熟悉的压力修正即可；使参比水柱高度恒定，不

8、受压力变化的影响。“双恒”的含义就在于此。GJTD双恒单室平衡容器的结构特点是设置有叉式参比水柱组件和伸高自冷凝室。测量系统见图。,参比水柱温度恒等于汽包内饱和水温度的机理：,叉式参比水柱组件置于平衡容器饱和汽室中，来自汽包的饱和汽经平衡容器汽侧取样管进入饱和蒸汽室中，加热或冷却参比水柱组件，使参比水柱温度等于汽包内饱和水温度。双恒单室平衡容测量系统平衡容器的器壁散热，使饱和汽室中的饱和汽凝结成水，凝结水经排水管流至汽包下降管。由于排水管裸露在空气中，其中水的密度大于饱和水密度，合理选择排水管道与下降管的连接点标高(距汽包中心线20米)，可使汽包压力很低时排水管中的冷水不会进入饱和汽室，不会降

9、低参比水柱平均温度。而传统双室平衡容器的安装，按某些规定，排水管道与下降管的连接点标高距汽包中心线10米，会导致压力在1-6Mpa时排水管中水上升到平衡容器中，降低水柱下部温度，降低整段参比水柱平均温度。,双恒单室平衡容器本身带有伸高自冷凝器，可产生的大量的凝结水，其温度为饱和水温度。大量凝结水由底部进入参比水柱管，从管口溢出，使98以上的参比水柱为向上流动的饱和水柱。根据饱和水和饱和汽的物理特性知，饱和汽与饱和水的温度与压力是一一对应的。当汽包压力变化时，饱和汽的温度跟随压力突变。注入参比水柱管的饱和汽凝结水温度也发生突变。由于伸高式冷凝室高度较高，冷凝面积大，注入凝结水流量大，那么，对原有

10、参比水柱的置换率也大，极有利于参比水柱温度快速跟踪汽包内的饱和水温度。从饱和汽与参比水柱的热交换角度分析。当汽包压力P升高时，饱和汽温度T升高，则饱和汽加热参比水柱；当P降低时，饱和汽温度T降低，则冷却参比水柱。由于叉管的管壁薄，蓄热量较小，则参比水柱温度变化迟延小。上述两种作用使参比水柱温度过渡到对应压力下饱和汽温的时间短，测量动态特性好。那么，参比水柱如同在汽包内一样，温度恒等于饱和水温度。则不需温度修正补偿，只需压力修正即可。由于参比水柱处于饱和汽室中，水柱温度不受环境温度影响。,参比水柱高度恒定的机理：,在保证参比水柱管口始终有较大流量的凝结水溢出条件下，管口标高就钳制住了流动的参比水

11、柱长度，维持参比水柱高度的恒定。当汽包压力从P0阶跃升高P1，饱和汽温度从T0阶跃升到T1时，则平衡容器内饱和汽加热参比水柱，使其温度由t升到t1=T1，水柱密度减小而膨胀，只是增加水柱溢出量而已，仍维持参比水柱高度的恒定。在此过程中，参比管中水柱温度t低于或等于周围的饱和汽温度，参比水柱不会出现内沸腾而影响参比水柱(正压室)的静压输出。,当汽包压力从P0阶跃降低至P2，饱和汽温度从T0阶跃降到T2时，则平衡容器内饱和汽冷却参比水柱，使其温度由t降到t2=T2，水柱密度增大而收缩，但由于从参比管不断有新凝结水注入，只不过是减小了短臂口的溢出量而已，仍能维持参比水柱设计高度。在此过程中，虽然参比

12、水柱温度t高于周围的饱和汽温度T2，但GJTD双恒单室平衡容器的整体设计可有效抑制参比水柱内沸腾，不影响参比水柱(正压室)的静压输出。解释如下：1，饱和汽温度是随压力突降而阶跃下降到T2，T2低于或等于t2，饱和汽不断冷却参比水柱；2，伸高式自冷凝器内的饱和汽及其凝结水温度也突降而阶跃下降到T2，大量的低温（T2）凝结水从管底部更换温度高的参比水柱；3，注入管和参比管实际上是双参比水柱管，在过度过程开始的瞬间即便有内沸腾，但由于注入管中沸腾水柱将瞬时升高，不会极快从参比管溢出，此时注入管水柱静压为双恒单室平衡容器的输出，可大大减小压力阶跃降低对测量的影响。,GJT-2000型高精度取样电极传感

13、（测量筒）,GJT-2000A高精度取样电极测量筒采用综合技术原理，使水样平均温度逼近汽包内饱和水温，取样水柱逼近汽包内水位，使电极如同在汽包内部一样检测，实现水位高精度测量。在测量筒内部设置笼式内加热器，利用饱和汽加热水样。加热器由不同传热元件构成。加热方式有内热和外热。内热既有水柱径向传热元件，又有轴向分层传热元件。饱和蒸汽在加热器中放出汽化潜热，其凝结水由排水管引至下降管，以下降管与汽包为一侧，以排水管与加热器为另一侧构成连通器。裸露的排水管中平均水温低于下降管水温，水位则低于下降管侧。连通点标高愈低，压力愈高，水位差愈大。为保证排水管侧水位不会升至加热段而减小加热面积，要求连通点选在汽

14、包中心线下15 m。,这样可使压力为6.0 MPa时，排水管中水位在加热器之下0.5 m，当压力低于1.0 MPa时水位才会接近加热器底部影响加热，而1.0 MPa以下压力时的取样误差很小，可忽略不计。所以，加热系统能适应锅炉变参数运行，保证全工况真实取样。设置冷凝器使新型测量筒比普通测量筒高出许多，这是专利产品最重要的外形特征。来自汽侧取样管的饱和蒸汽在冷凝器中冷凝，大量凝结水（温度为饱和水温）高倍率置换水样中，将低温水样置换出测量筒，提高了水样平均温度，并使之上下均匀分布。经计算，由于冷凝器冷凝，在汽侧取样管中引起流速增加很小，取样附加误差可小至忽略不计,以上2种技术的综合使进入水样的热流

15、密度比普通测量筒大得多，热平衡过渡过程时间短。当压力变化引起汽包内水位变化时，热流密度随之变化，水样温度变化快，故取样对压力变化动态响应快。大量凝结水的生成，在水侧取样管中形成连续流向汽包的高温水流。当汽包水位大幅度升高时返回测量筒的水样少，且水温与饱和温度相差小，故对汽包水位升高的取样动态误差小。笼式内加热器在测量筒内占有相当大比例的空间，与旧型测量筒相比，水柱截面积小得多，故对汽包水位变化响应快。GJT-2000测量筒内有稳定热源，故对取样管道长度、截面、测量筒现场布置等安装要求宽松于旧型测量筒。,GJT-2000测量筒独特优点：,免排污。水质好，减轻了对电极的污染。初装彻底冲洗后，在34

16、a大修周期内免排污，既减少了维护量，又可避免热态排污加快电极寿命损耗，减少由此而引起的保护切投次数。可增大水样电阻率，利于减小工作电流，减缓电极的电腐蚀而延长寿命。水质稳定，水样上下水阻率分布较均匀，利于提高二次仪表测量的稳定性，不必经常调整仪表临界水阻。水侧取样管中有连续流向汽包的高温水流，当汽包水位大幅度升降时，电极承受的热冲击较小。,电极装置组件特点：,RDJ-2000型柔性自密封电极组件是GJT-2000测量筒另一重要外形技术特征，电极安装机械密封原理是利用筒内压力增加密封紧力，自紧力与压力成正比，压力愈高，自紧力愈大。加上安装预紧力，有足够紧力保证密封不泄漏。电极冷态可靠密封试验压力

17、可达40 MPa。柔性密封材料可耐1000高温，承压强度高，回弹性能与热紧性能好。电极带有拆卸螺纹，拆卸方便，一般女工即可操作。而国内外现用电极组件的密封紧力随压力增加而减小，需要预紧力很大，加之硬靠机械密封，密封可靠性低，热紧性能差。RDJ-2000电极安装有仰角，可防止电极挂水与水渍。,保护报警性能：,由于测量筒内水柱平均温度、相对标高与汽包内饱和水一致，报警电极如同在汽包内部定点检测一样，取样水质又优于汽包内饱和水，故仪表全工况报警准确性、稳定性、可信度之高，是差压式水位报警无法达到的。锅炉运行中，不需升降汽包水位即可进行测量筒“满水和缺水实际传动校验”。关闭水侧取样截门后，测量筒内水位

18、逐渐上升，几分钟（额定工况下）后可“满水”。关闭排水门，缓慢开启排污门，水位逐渐下降至“缺水”。其间仪表应发出高低1、2、3值报警信号。因此，水位保护实际传动校验快、准、易行，并可在锅炉运行中定期校验。此独特性能使电接点水位计最适用于停炉保护。,目前，在用的各种水位计测量的并不是汽包内实际水位，而是假想的饱和水位，以测量饱和水位为手段，按水位计0水位显示值监控汽包内实际水位运行，按水位计测量值处理实际水位事故。而实际水位长期运行会在汽包壁上留下水迹线。那么，水迹线中心线（简称水线）与水位计一次测量装置0位的差值，可定义为实际水位测量误差。,典型配置：,0，多测孔接管；1，GJT2000-A高精

19、度电接点测量筒；2，DS2000电测就地表，3，DS2000电测远程表（或配套直接测量电极对地电阻检测水位电测二次表）；4，单室平衡容器（GJTD双恒单室平衡容器，或DNZ内置式单室平衡容器）；5，差压变送器；6，汽包压力变送器；7，云母水位计（普通云母水位计，或WDP无盲区低偏差双色水位计）；8，摄像头；9，GJT2000-M（或Q）型大量程电接点测量筒；P1、P2压力取样点。,GJTD双恒双室平衡容器,为了提高水位自动调节系统的差压水位计信号稳定性，有的用户要求在GJTD双恒单室平衡容器增加负压管，那么GJTD双恒单室平衡容器演变成GJTD双恒双室平衡容器，图如下：,安装要求：,安装须保证

20、平衡容器垂直，汽、水侧取样管水平。从平衡容器引出的正负压管水平段不小于600mm。为安装排水管，需要在下降管开孔为10、或8。经计算，开孔远小于未加强孔最大直径，不影响下降管承压强度。开孔点距汽包几何中心线所在平面至少20m。排水管应选择能承受高温高压，耐腐蚀管材质，可选用本锅炉所用热工仪表管。在水平走向的排水管，朝向下降管侧应有明显下倾，不允许中间有U形弯，以防止停炉后积水和冬季结冰、脏污积堵管路，保证加热系统可靠工作。,说明：,正压室水柱设计高度大于汽水侧取样孔中心距，以保证汽包水位接近测量上限或接近汽侧取样管时平衡容器依然有差压输出。提供压力校正水位表达式和压力校正框图，以便一般热工技术

21、人员都可以查水和水蒸气的密度表（、与压力的函数关系用列表法表示），用12-20条折线条（直线函数式）逼近水位与平衡容器输出差压的非线性函数，在DCS软件中实现压力校正。提供平衡容器与配套差压变送器的实验室校验的各点输人差压和输出对应值。,各水位计常见缺陷：,云母水位计（水位TV）0水位负误差在汽包压力为18.4019.60 MPa时达到150 mm，已不能用来校核差压水位计。降低仪表安装0位（或下移刻度标尺）虽能实现0位定点校正，但在汽包水位升高接近满水停炉值时读数依然偏低很多，接近缺水停炉值时反而偏高150 mm，将会干扰运行人员的事故水位判断，影响果断手动停炉。此表量程一般不能覆盖满、缺水

22、停炉定值，在水位极高或极低时已失去监视作用。水位TV显示不清晰，牛眼式水位计盲区大，均不利于准确监视。,平衡容器“水位差压”转换不稳定，正负压脉冲管路产生附加差压，差压水位计易出现较大辐度“0飘”。如压力与环境温度修正误差超差或者出错，将使指示严重失真。所以，在规定差压水位计为监视基准表时，不得不再规定以就地水位计为准，定期（每班）对其核对、校正。差压水位计易实现0位上下小范围内的准确测量和监督，故主要用于汽包水位自调系统，“0飘”引起自调失控的不安全后果较小，运行人员易于处理。但用于水位停炉保护则问题严重得多。保护动作测量值接近量程上下限，较大辐度“0飘”将可能导致保护动作超前（误动）或滞后

23、（拒动）。,电接点水位计在其量程内有水即可稳定测量，检测可信，即便某点显示有误，仍可根据其余点判断水位，显示直观醒目。故30多年来用于监视主表、差压水位计核对和保护报警。但随着使用压力增高，传感器（测量筒）取样负误差增大，亚临界压力下负误差在0位可达150 mm，高水位停炉值可达250 mm。在监控保护系统中已失去使用价值。不能用于停炉保护是因为：高水位动作严重滞后，饱和蒸汽早已严重带水，可视为保护拒动；电极机械密封泄漏率高，水质差，电极易污染，需经常排污冲洗，增加保护切投次数和故障率。,大量程电接点水位计供停炉后汽包满水冷却上水操作和满水监视，供缺水停炉后具体水位事故值监视以便判断能否补水及时恢复运行。但测量筒在锅炉运行时“满水”或“缺水”必须解列，停炉后又需及时恢复测量，使用不方便。谢谢观赏！,