火电厂热工测量及常规仪表.ppt
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1、火电厂热工测量及常规仪表,作者:张国金2010年08月,第一章 概述第二章 压力测量第三章 温度测量第四章 流量测量第五章 物位测量第六章 机械量的测量,第一章 概述 在火力发电厂的生产中,热工测量是热力过程控制系统的一个组成部分。热工测量在控制系统中具有重要地位,通过热工参数的测量,可及时反映热力设备的运行工况,为运行人员提供操作依据;为热工自动化装置准确及时地提供信号;为运行的经济性计算提供数据。因此,热工测量是保证热力设备安全、经济运行及实现自动化的必要条件,亦是经济管理、环境保护、研究新型热力生产系统和设备的重要条件。其质量的好坏直接影响着自动过程的水平,也既影响着发电机组的安全性和经
2、济效益。随着火力发电厂的热力设备日益向大容量、高参数的方向发展,电厂的自动化水平也日益提高,对热工测量的准确性、可靠性等的要求越来越高,测点数量也越来越多,并且随着新材料和新技术的使用,新型热工测量仪表不断涌现。据统计,600MW火力发电机组的热工测点达6000个左右,需使用DCS对大量的测量数据进行处理。在火力发电厂的运行中要求整个测量系统长期处于投入状态,能正确而及时地反映热力设备的运行情况,并改善运行人员的劳动条件。所以,从事热工测量工作的技术人员必须充分熟悉热工测量仪表和测量系统,掌握测量方法,对热力设备(即被测对象)的结构和性能也要有一定的了解。由于测量中总是存在着测量误差,测量工作
3、者的任务之一就是要尽量使之减小,因此应选择合理的测量方法;所用的测量单位必须是国家法定计量单位;所用的测量工具必须足够准确,并事先经过检验。本篇主要讲述火力发电厂压力、温度、流量、转速、振动、物位等热工参数的基本测量方法,传感器的原理和性能,仪表的选用和测点的选择原则,测量系统的组成,仪表的校验和维护以等。这些内容涉及面很广,本篇只能介绍常用的测量方法和仪表,在各种实际的测量工作中,根据不同的对象来分析和解决测量问题。,第二章 压力测量第一节 压力测量基础知识一、压力的概念(一)压力的定义 垂直作用在单位面积上的分布力称为压力。(二)压力名词术语1.绝对压力 以完全真空作零标准(参考压力)表示
4、的压力,用pA表示。它是液体、气体或蒸汽所处空间的全部压力。2.大气压力 地球表面大气自重所产生的压力,又称气压,用pb表示。它随海拔高度、地理纬度和气象情况等不同而变化。3.表压力 以大气压力作零标准(参考压力)表示的压力,用pg表示。当绝对压力大于大气压力时,它等于绝对压力与大气压力之差(又称正压力)。4.负压力 绝对压力低于大气压力时的表压力,它等于大气压力与绝对压力之差(又称疏空压力),用pv表示。5.真空度 绝对压力低于大气压力时的绝对压力,用符号V表示。6.差压 两个相关压力之差。7.静态压力 不随时间变化的压力。由于绝对不变化是不可能的 所以规定压力随时间的变化,每秒为压力计分度
5、值的以下的变化压力为静态压力。8.动态压力 压力随时间的变化超过静态压力所规定的限度的变化压力称为动态压力。,二、压力计量单位(一)法定压力计量单位国际单位制(SI)中规定的压力单位名称是帕斯卡,用符号Pa表示。我国法定压力计量单位为帕及其与词头构成的10进制分数和倍数单位。一般情况下:真空用Pa(110-6Pa)和mPa(110-3Pa),即微帕和毫帕;气压用hPa(1102Pa),即百帕斯卡;中、低压用kPa(1103Pa),即千帕斯卡;中、高压用MPa(1106Pa),即兆帕斯卡;超高压用GPa(1109Pa)(二)非法定压力计量单位1.工程大气压(kgf/cm2,符号at)2.毫米水柱
6、(mmH2O)3.毫米汞柱(mmHg)4.达因/厘米2(dyn/cm2)5.托(符号torr)6.标准大气压(符号atm)7.巴(bar)8.磅力/英寸2(bf/in2)它是英制单位,有时写作PSI,绝对压力写为PSIA,表压力写为PSIG,差压写为PSID。(三)压力单位的换算关系。如下表所示。,第二节 弹性式压力仪表 弹性式压力仪表具有结构简单、便于携带、使用维护方便、测量范围宽、操作和使用安全可靠、价格比较便宜等特点。它可以直接测量蒸汽、油、水和气体等介质的表压力、真空(疏空)和绝对压力,测量范围可从几十帕到吉帕的超高压。但是,该类仪表有弹性后效等缺陷、精度不高、内部机件易磨损等缺点。一
7、、弹簧管式压力表(一)弹簧管式压力表的规格和型号 弹簧管式压力表分为压力表、真空表和压力真空表在电力系统中应用的弹簧管式压力表,主要有两类。一类是精密压力表,准确度等级为0.1级、0.16级、0.25级、0.4级、0.6级,主要用于检定一般压力表和精密测量;另一类是用于直接测量介质压力的一般压力表,准确度等级为1级、1.6(1.5)级、2.5级、4级。单圈弹簧管式压力表的型号和规范如下:型号由四部分组成:第一方格:Y单圈弹簧管式压力表;Z单圈弹簧管式真空表;YZ单圈弹簧管式压力、真空表。第二方格:A氨用;B精密(标准)表;C耐酸;Q氢用;O氧用、禁油;X电接点。第三方格:表壳直径。有40 mm
8、、60 mm、100 mm、150 mm、160 mm、200 mm、250mm等几种。,。,(二)专用弹簧管式压力仪表1.电接点压力表 电接点压力表用作电气讯号设备、连锁装置和自动控制装置。它比普通压力表多一个电接点装置,有上下限控制指针。类似电接点压力表的还有压力控制器、压力继电器、压力信号器等。2.气体压力表 为适应各种气体测试要求,在弹簧管式压力仪表中某些零件需要特殊材料,并注明用途。用途一般在表盘上用文字说明,或在衬圈、外壳上涂以所规定的颜色来表示:氧气天蓝色、氢气深绿色、氨气黄色、氯气褐色、乙炔白色、其它可燃性气体红色、其它惰性气体或液体黑色。3.耐高温压力表4.带校验指针的压力表
9、 为使设备不超过某一工艺要求,仪表盘上标有红线或校验指针,便于操作者观察。另外装有可以移动的校验指针。5.耐振压力表 将仪表内充灌阻尼液,使仪表指针和传动机构均浸在油液内,这样可减少环境振动、冲击引起指针的摆动,同时可以润滑传动机构。二、膜盒式压力表 膜盒式压力表具有结构简单、灵敏度高的特点,用于气体介质的微压测量。其准确度比较低,有1.5级、2.5级和4级。,三、弹簧式压力仪表的主要误差(一)非线性误差(二)机械摩擦引起的误差(三)表盘分度误差(四)示值判断误差 读取示值时引入的误差。与仪表表盘的分度细度、表针宽度及读数方法有关。在读取示值时,应使指针尖端准确对准,指针刀锋面垂直表盘平面,精
10、密压力表按分度值的1/10估读,一般压力表按分度值的1/5估读。(五)温度变化引起的误差(六)安装位置引起的误差 四、弹簧式压力仪表的选择、安装和使用(一)压力仪表的选择 选择压力表时应根据被测压力量值的大小、需要的准确度和测试环境条件来决定,因此选择时既要满足测量的准确度要求,又要安全可靠、经济耐用。在压力稳定的情况下,被测压力的最大值为仪表上限值的2/3;在压力波动的情况下,被测压力的最大值为仪表上限值的1/2;被测压力值不应小于仪表测量上限的1/3。至于仪表的准确度等级,只要能够满足工艺过程对测量的要求即可,不必选用过高的准确度等级(二)压力仪表的安装 安装前应仔细核对型号、量程、准确度
11、等级是否符合要求。对于有腐蚀性介质的、或有高温介质的、或压力有剧烈波动的情况下,均应采取一定的保护措施。如测量腐蚀性介质时,压力表前须加装隔离容器;测量高温蒸汽压时,在压力表前须加装冷凝装置;测量含尘气体压力时,在压力表前须加装灰尘捕集器。,压力仪表的安装位置,应符合安装状态要求,且便于维护和检修。仪表表盘一般不应该呈水平状态,不然游丝将失去对齿轮间隙的控制作用。仪表取压点应在被测介质流动的直线管道上,仪表取压管口应与被测介质的流动方向垂直,与管道内壁平齐,而不能在急弯、阀门、死角或涡流处,不能有凸出物和毛刺,这是为了保证准确测量介质的静压力所必须的;对于被测介质为蒸汽时,应在工艺管道的两侧;
12、对于被测介质为液体时,应在工艺管道的下部;对于被测介质为气体时,应在工艺管道的上部。若取压点和仪表安装位置不在同一水平面上,应对液柱高度差所引起的压力值进行修正。取压点和仪表安装处之间的距离应尽量短,以免指示迟缓。信号管路在取压点处应装有隔离阀,信号管路的敷设应有一定的坡度,测量液体或蒸汽压力时,信号管路的最高处应有排气装置,测量气体压力时,信号管路的最低处应有排水装置。应检查传压导管、阀门、接头及焊接处的严密性,如有泄露及时消除。启动压力表时,应先开一次门。当传压导管内的被测介质的温度接近室温时,方可开启二次门。开启阀门时,应缓慢进行,以避免造成仪表受冲击而损坏,全开后要倒回半圈。(三)压力
13、仪表的使用 1.仪表应有封印,精密表应具有未超过有效期的检定证书。2.专用仪表严禁做其他用途使用,也严禁在没有特殊可靠的装置上进行测量,更严禁用一般压力表作特殊介质的压力测量。3.在振动较大的设备上应选用杠杆机构的压力表。4.仪表工作时应处于正常的工作状态。,第三节 压力(差压)变送器 把压力变换为规定的标准信号(420mA)而输出的压力传感器,就是压力变送器。目前,电厂普遍采用带HART通迅的智能型变送器,常见的品牌有Rosemount、西门子、ABB、横河川仪等。我厂选用的是横河川仪的EJA系列的压力/差压变送器。下面以我厂使用的压力(差压)变送器 为例介绍一下,(一)主要性能1.测量范围
14、:(00.14)MPa至(030)MPa。2.精度度等级:0.065%(包括从零点开始的线性、滞后性和重复性)3.输出:(420)mA直流电流。4.供电电源:10.542V DC(普通型和隔爆型)10.530V DC(本安型、n型或非易燃型)10.532V DC(带避雷保护时)BRAIN和HART协议通讯时至少16.4V DC。5.负载(输出信号代码为D 和 E 时)250600数字通讯01335工作状态6.阻尼时间常数总阻尼时间常数等于放大器部件和膜盒的阻尼时间常数之和。放大器部件阻尼时间常数在0.264 秒范围可调。(二)主要功能1.在线通讯功能。2.半自动调零功能。3.远程设定、监视功能
15、。4.自我诊断功能。,(三)使用与维护1.压力(差压)变送器的接线为二线制,即电源线也是信号线,分正负接入变送器相应的端子。附接线端子图。2.安装完毕,确认无误后开启一次门。对于压力变送器,如无泄露即可缓慢开启二次门,使变送器投入运行。对于差压变送器,则应先开平衡门,再开正、负压门,再关上平衡门。对于测量蒸汽的变送器,开启一次门后,需等导压管冷却后才能开启二次门,以防止损坏变送器。3.变送器应密封良好,以防止灰尘进入变送器磁钢中而影响测量准确度。4.要定期检查导压管路是否畅通,密封性是否良好。5.防爆仪表必须有防爆合格证,外壳上有永久性防爆标记。6.变送器退出运行的操作顺序与投运时的顺序相反。
16、(四)调整1.零点调校:接通电源后,当变送器通大气时,输出应为4mA,否则调整调零使输出为4mA。2.量程调校:给变送器送入满量程压力信号,变送器的输出应为20mA,否则应调整量程。然后将压力降为零,重新调整变送器使输出为4mA,再输入满量程信号,使输出电流为20mA,如此反复调整至合格。3.迁移调整:先将变送器量程调整好,然后再进行迁移调整。4、阻尼调整。注:以上调整都可以用手操器在通迅在相应的菜单下进行调整。,第三章 温度测量第一节 温度与温标 温度是用来表征物体冷热程度的物理量。热力学温度是国际单位制(SI)的七个基本量之一。热力学温度符号为T,单位名称为开尔文,单位符号为K,定义为水三
17、相点热力学温度的1/273.16。摄氏温度符号为t,单位名称为摄氏度,符号为,其大小等于开尔文,即温差可以用开尔文或摄氏度来表示。温标的定义为:温度的量值表示方法。固定点、内插仪器以及函数关系构成温标的主要内容,简称为温度的“三要素”。1991年7月1日起,我国施行“1990年国际温标(IST90)”。1990国际温标是以热力学温度为基础,用其测定的任何温度,数值上更加接近热力学温度值,且这种测量容易实现并有较高的复现性。热力学温度与摄氏温度的关系为 t=T-273.15,第二节 热电偶 随着科学技术的不断发展,热电偶已成为目前温度测量领域中应用最广泛的感温元件之一。其主要优点是:测量温度范围
18、广,可以1K到2800的广阔温域内进行测量;性能稳定、准确可靠。此外,结构简单、热惯性小、动态响应速度快、信号能够远距离传送和多点测量等这些优点,便于实现集中检测与控制。,一热电偶工作原理 两种成分不同的导体组成一个闭合的回路,当回路中温度不同时(即存在温差),即产生了热电势,这个现象称作热电效应。热电偶就是利用这个原理来测量温度的。二热电偶的种类 热电偶按用途可分为工业热电偶和标准热电偶。而工业热电偶按结构不同又可分为普通热电偶和铠装热电偶。热电偶按热电极的材料可分为不同分度号的热电偶。我国采用国际标准(IEC)生产的热电偶有以下8 种:铂铑10铂热电偶(S型);铂铑13铂热电偶(R型);铂
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