气体涡轮流量计

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差压液位计测量汽包液位误差的原因及安装要求

2019-03-21 15:09:53 气体涡轮流量计 阅读
火电项目中,锅炉汽包液位是全厂非常重要的控制参数,液位过高会导致蒸汽带水进入过热器,并在过热管内结垢影响传热效率; 液位过低又将破坏部分水冷壁的水循环引起水冷壁局部过热而爆管。设计上,通常采用差压式液位计和导波雷达液位计相结合来采集汽包液位远传信号。在开车调试及正常生产过程中,经常发现差压液位变送器数据不准确,检查取压管也没发现堵塞的现象。对于导致差压液位计不准的原因,该文从测量原理和安装方式上分析和探讨差压变送器误读数的原因,给出合理化的安装建议。
1 液位计误差的根本原因
由于水物理性质的复杂性,锅炉汽包里水的密度是随着温度和汽包顶部蒸汽压力的变化而不断变化的。
汽包水位单室平衡容器测量系统原理图
以图 1 为例,假设差压变送器的安装位置是在下管嘴附近,那么上管嘴引出来的这根引压管,其竖直向下的竖管 L 里,水的温度应该只是环境温度。则竖直引压管里水的密度,应该会比汽包里水的密度更 大。如果正常工况下锅炉里水的密度是800 kg·m - 3,并且假设差压变送器设置 2 m 高度时液位为 100% 输出,则 2 m 高度 800 kg·m - 3的锅炉水产生的差压为 P = 800 × 2 × 9. 8,但由于竖直引压管暴露在环境中,因此水温接近环境温度,则水的密度为 1000 kg·m - 3,那么,当实际水位达到 0. 8 ×2 = 1. 6 m时,差压变送器已经输出 20 mA。所以从分析得出,引压管内介质温度、压力的变化是导致测得液位总是偏高的原因。
2 安装要求
差压式液位计的工作原理是在汽包水位取样管上安装平衡容器,利用液体静力学原理使水位转换成差压,用引压管将差压信号送至差压计,由差压计显示汽包液位。现在常见的平衡容器有单室平衡容器、双室平衡容器和带蒸汽罩补偿式平衡容器。中华人民共和国化工行业标准 HG /T 21581—2010 中推荐使用单室平衡容器和双室平衡容器两种安装方式。
2. 1 单室平衡容器原理
单室平衡容器结构简单,如图 1 所示,平衡容器水平管接汽包汽侧取样孔,底部垂直管接差压液位计正压端; 由汽包水侧取样孔引出的水平取样管一端接差压变送器负压端,一端与汽包水侧连通。运行中蒸汽不断进入平衡容器并被冷却,容器内液位高度保持恒定,多余凝结水经连通管回到汽包。
2. 2 双室平衡容器原理
双室平衡容器原理如图 2 所示。
双室平衡容器原理
蒸汽在双室平衡容器里冷凝,释放出潜热,使得双室平衡容器里的温度始终跟锅炉汽包相差无几,这样不但使得基准杯始终满盈,也使得基准杯下面这根竖直向下的引压管管内水的温度和密度,和锅炉内水的温度密度非常接近。双室平衡容器底部有一根不保温的管子接到锅炉底部的下降管,平衡容器内的冷凝水由此不断回流到锅炉内。
2. 3 电站锅炉汽包水位安装要求
国家电力公司在 2001 年的第 795 号文发布的《电站锅炉汽包水位测量系统配置、安装和使用若干规定》中对差压式水位测量装置的安装有如下规定:
1) 差压式水位测量装置的平衡容器应为单室平衡容器,即直径约 100 mm 的球体或球头圆柱体( 容积为 300 ~ 800 ml) ,容器前汽水侧取样管可有连通管。
2) 安装汽水侧取样管时,应保证管道的倾斜度不小于 100 ∶ 1,对于汽侧取样管应使取样孔侧低,对于水侧取样管应使取样孔侧高( 见图 1) 。
3) 汽水侧取样管、取样阀门和连通管均应良好保温。平衡容器及容器下部形成参比水柱的管道不得保温。引到差压变送器的两根管道应平行敷设共同保温,并根据需要采取防冻措施。
国家电力公司在组织专家对国内电站锅炉汽包水位测量和水位保护运行调研后,明确汽包液位安装使用单室平衡容器,分析原因主要是由于双室平衡容器是保温的,容器内又不断的有蒸汽冷凝释放出潜热,这就导致基准杯和基准杯下面的那根竖直的取压管里面的水温度较高,非常接近即将汽化的温度。当锅炉的蒸汽负荷加大时,蒸汽被抽走,锅炉内的压力下降,基准杯和竖直取压管内的水,有可能沸腾,变成蒸汽,这就给取压测量带来明显的误差。
3 液位测量的密度补偿
通过上述对汽包液位产生误差的原因分析及国家电力公司具体的安装要求,解决传统汽包液位测量偏差应主要通过对汽包液位进行密度补偿来达到。目前成熟的 DCS 系统组态过程中,利用折线表,在不同的饱和水密度和饱和蒸汽密度对应不同压力条件下,对压力进行自动补偿。
Δ p = p + - p - = ( H – L + L1 ) ρw g + ( L –H) ρsg – L1 ρ0 g ( 1)
式中: H 为汽包液位,L 为平衡容器的测量量程,L1为平衡容器负压管接口至水侧取压管的距离,ρ0为变送器引压管内的冷凝水密度,ρw为汽包内饱和水密度,ρs为汽包内饱和蒸汽的密度,g 为常数。
可以看出,平衡容器内转换的压差不仅与 H 有关,还与 ρ0,ρw和 ρs有关。汽包内压力的变化,会引起饱和水和饱和蒸汽密度的变化从而产生测量误差。
根据《饱和水和饱和蒸汽的热力学基本参数表》,DCS 组态中利用多段折线函数模块,拟合不同压力下饱和水和饱和蒸汽的密度变化曲线,代入式( 1)中,就能很好地实现平衡容器转换的差压 Δp 与水位H 的单位函数关系,从而准确地测量汽包液位。
4 结语
明确了在今后的电站锅炉建设中差压式液位计的平衡容器应选择单室平衡容器,将汽包内不同压力下的饱和水密度和饱和蒸汽密度引入 DCS 系统内,对差压式液位计进行密度补偿,就能精确得出实际的汽包液位,以避免发生严重的汽包缺水、满水事故。
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