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浅析液位变送器安装方式如何影响水位测量的精度

发表时间:2020-03-17   点击次数:  技术支持:150-5269-2011
在火力发电厂的生产过程中,运行的各个设备,比如凝汽器水位、除氧器水位、汽包水位、高低加水位等等,都必须进行严格监视和调整。水位测量是否精准,对于工作水位的自动调整以及设备的安全与保护都是极为关键。目前使用的水位测量变送器大部分是智能型,技术比较成熟,测量精度高,但传统的安装方式却使液位测量存在诸多弊端,给设备的安全经济运行造成不利影响,为此,对液位测量变送器的安装方式应予以探讨和改进。
  1.变送器测量水位的原理
  变送器是一个很广泛的名词,从词义上理解就是“转变、传送的仪器”。在工业生产中,变送器的作用是将被测介质的物理过程量,转变为标准电量(0^-5V)4--20mA等),然后传送到相应的控制监视系统。
  在火力发电厂中使用为广泛的液位测量变送器是压力/差压变送器。其结构多种多样,有电容式的,有扩散硅型等等,但基本测量原理是一致的。即利用液体的压强公式p =pgh进行计量。式中:p 为压强.p为液体密度,对于某一温度下的液体,p基本上是不变的,如果介质温度变化范围较大,可通过温度补偿修正;g为重力加速度,对于某一地区,g为一固定值;h为液体的高度或称液位。因此,变送器测量液体的高度h(液位),实际上是通过测出不同液位产生的不同压力(压强)p 来计算得到的。
  液位变送器变送器安装及测量原理如图1所示,变送器两端测量到的差压值△p ~(p 气体十pgH)一p 气体~pgH。通过换算(有时加上必要的零点迁移),我们取样管水侧取样管变送器
  图1变送器液位测量原理图
  就可以得到需要的容器内液位高度值ho
  2.液位变送器安装方式对测量精度的影响从变送器液位测量原理上来看是很简单的,但实际上因工况的复杂性,会有许多因素影响水位测量的准确性。在火电厂,容器内大都是高温、高压的液态水,由于蒸发作用,容器上部不是非凝结性的气体而是遇冷会凝结的蒸汽,因此汽侧取样管内很容易形成凝结水,这样就会在变送器的汽侧产生1个附加的压力,变送器两端测量到的差压值就变成乙p 一(p 汽体+pgH)一(p 汽体十p 吸结)GpgH,即测量液位值比实际液位值小。
  若变送器安装位置不当,可能造成水侧取样管与汽侧取样管的温度相差较大,由于变送器结构的原因,就会造成较大的水位测量误差。又如水侧取样管的垂直部分产生了气泡并附着在管壁上形成空段,那么因为H'GH,}P=(P气体十pgH')一p 气体}pgH,即测量液位值会比实际液位值小。
  针对上述情况,火电厂对于高温、高压容器内液位的测量,虽然采取了多种安装方式,但到目前为止还没有一种方法能完全解决因为蒸汽凝结等现象带来的种种问题。
  3.液位变送器变送器安装实例分析及措施
  1)定子冷却水箱水位的测量定子冷却水箱属于低温、低压容器。当前各火力发电厂普遍采用的液位变送器变送器测量水位的安装方式如图2a所示。在正常工况下,气侧取样管充满气体,但当水位超过容器顶部很高时,水的过高压力足够压缩气侧取样管的空气,使水进人B段取样管,致使变送器测量到的差压减小,显示的水位也偏低,从而给出错误的信息。
  常规的解决方法是在取样管下部加装一个储水罐,但一旦水开始进人气侧取样管,很快就可以填满储水罐,并进而填满气侧取样管,导致测量错误。因此,可将储水罐移到气侧取样管A段,其作用由储水改为增压,如图2b所示,其原理如下:
液位变送器 
  设气侧取样管内径}14mm,长度为5000mm,则气侧取样管的容积为769690mm3。如果我们选择内径为}140mm,高度为100mm的增压罐,则增压罐的容积为1539380mm3,是气侧取样管容积的2倍。即使水位大大超过水箱顶部,水要进入气侧取样管B段,也必须将增压罐内的空气全部压人气侧取样管。根据气体公式PV/T可知,由于气体体积压缩至原来的1/3,压强则要增至原来的3倍。若在正常工况下,气侧取样管与水箱上部气体相通时,气体的压力高于大气压力Pa,则水要进人B段取样管,H段的水压必须大于2Po,那么H的高度必须大于20m,这种情况在火电厂是不会出现的。而当水位回复正常时,增压罐内的水则流入水箱,气侧取样管仍保持通畅,与水箱上部相通,无需排污。经上述改造,定子冷却水箱水位测量准确,达到了预期效果。
  2)汽包水位的测量汽包属于高温、高压容器,目前一般采用平衡容器的安装形式,见图3
 
液位变送器
  图3汽包的液位测量
  由于汽包内的水密度不是标准状态下的密度,所以必须对测量出来的液位根据压力(汽包内是饱和蒸气,压力与温度对应)进行修正。同时,因为平衡容器和汽侧取样管的参比水柱H的密度与汽包内的水密度也不一样,故还需要对此进行补偿。根据国电公司25项重要反措给出的汽包水位测量公式:
  DPX103=Hp,一(H一h)p,一hpw~H(p}一PS)+h(Ps一Pw)
  从而可得:h~}PX10“一H(p。一Py)}P、一Pw)
  式中:P。为参比水柱平均水温时的密度;P、为饱和蒸气密度;Pw为饱和水密度,kg/m30
  由于参比水柱H的温度较高。其密度受环境温度的影响,很难给出一个准确值,所以只能用平均水温(60、C左右)时的密度来代替,这就给测量带来一定的误差。而更重要的是,在实际运行中,我们发现:因为露天环境的影响,A,B侧平衡容器的温度大可以相差几十度,致使同一时间内,两侧水位测量值出现较大偏差(大达到80mm)。究其根本原因是因为,液位变送器这种传统安装方式的汽侧需要蒸汽凝结成水后,提供一个固定的参比水柱,因此平衡容器不可能安装得离汽包太远,而且L段的取样管不能太细,以免形成水柱。
  
 
针对以上情况,设计了如图3b所示的安装方式:将液位变送器的位置放到与汽侧取样管平齐,汽侧取样段采用普通的}14mm或}16mm的取样管,并有一微小的朝下角度。变送器远离汽包,使得汽侧取样管有足够的长度来冷却蒸汽,汽侧取样管中的水柱,因为没有高度,所以不会对变送器产生压强。水侧取样管的L段实际上与汽侧取样管是平齐的。依图安装后,第1次的投人使用步骤如下:
  *先锅炉_L水,汽包内有0.2w-0.SMPa压力后,打开变送器本体上的排污口。让汽包内的水填满水侧取样管,并从变送器的排污口流出,此时关闭变送器本体排污口。这样,由于排污口已封闭,即使汽包内的水位下降到取样口以下,水侧取样管内的水也不会流回汽包。这就给变送器提供了一个固定的参比水柱H。因该参比水柱不是依靠蒸汽凝结形成的,因此只要合理选择D段长度可使参比水柱的温度等于环境温度,P。基本上是稳定的。
  此外,因为不再需要安装平衡容器,其受环境温度影响的问题也就不再存在。
  该安装方式也适合除氧器的水位测量。安装时应注意的事项及其优点如下:
  (2)保证汽侧取样管内有水柱,并有足够的长度,避免变送器两侧测量介质出现温度差,变送器的压力传感部分对温度是很敏感的。
  (2)水侧取样管内如果出现了气泡,只要它上升到了L段,就不会对测量产生影响。
  (3)此种安装方式的干扰因素少于平衡容器安装方式,拥有更高的测量精度。

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