锅炉汽包水位测量装置的误差分析及改进措施

第３５卷第８期　２０１３年８月　华电技术　Ｈｕａｄｉａｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ０ｌ＿３５　Ｎｏ．８　Ａｕｇ．２０１３　锅炉汽包水位测量装置的误差　分析及改进措施　付浩，赵冬冬　（华电能源哈尔滨第三发电厂，黑龙江哈尔滨摘１５００２４）　要：介绍了目前常用几种锅炉汽包水位测量装置的工作原理，分析了电接点水位计和差压式汽包水位变送器产生误　差的原因并提出了具体的修正措施，机组的安全性及可靠性得到了根本改善。　关键词：锅炉；汽包水位测量装置；差压式汽包水位变送器；测量；误差；补偿　中图分类号￣ＴＫ　２２３．６　７　文献标志码：Ｂ　文章编号：１６７４—１９５１（２０１３）０８—００３６—０３　１锅炉汽包水位特点　火力发电厂中的锅炉汽包水位是一个非常重要　的运行参数，它的准确与否将直接影响机组控制系　统自动调整的状况和机组的安全、稳定运行。　用是可靠的。　由于汽包水中的含气量不易测到，故所有水位　计能测量到的水位实际上都只能是重力水位。汽包　电接点水位计实际安装图如图１所示。　根据汽包水循环的特点，结合汽包工作压力和　温度较高的因素，汽包水位有３个特点：水位不稳　定，汽水界面不明显，虚假水位。　２锅炉汽包水位测量仪表工作原理、误差分　析和修正方法　２．１电接点水位计　汽　包　２．１．１　电接点水位计的工作原理　电接点水位计属于连通管式水位测量仪表，利　用水及水蒸气的电阻率明显不同的特性来实现水位　测量，属于一种电阻式水位测量仪表。　２．１．２电接点水位计误差原因分析　汽包中的水受汽水流动冲击的影响，内部存在　图１　电接点水位计实际安装图　图１中ｈ　是机组运行时应保持的正常汽包水　着大量的气泡，它的平均密度设定为Ｐ　水位容器　内的水因未受水位流动冲击的影响，没有气泡的存　在，因此，水位计中水侧密度只是对应饱和状态下的　密度Ｐ　，因为Ｐ　ｉ＜Ｐ　，所以水位计的显示水位比汽　包实际水位低。　假设汽包内水中的气泡已经完全分离出去，此　位，也是当前使用汽包水位仪表的０水位线（相对　水位），汽包电接点水位计的量程为一３００～＋３００　ｍｍ（相对水位）。　汽包绝对水位是以汽包绝对０水位为基准的标　高方法，汽包相对水位是以０水位为基准的标高　方法。　时汽包内的水位只是重力水位（气、水完全分离情　况下的水位）。由于水位容器向外界散热的原因，　其内部的水温要低于汽包内的饱和水温度，致使水　位容器内的水密度Ｐ　要比汽包内的饱和水密度大，　即Ｐ　＞Ｐ　。因此，显示水位低于汽包重力水位。　结合上述内容即可得出电接点水位计对应真实　水位时使用的最终计算公式　ｈ。＝［ｈ（ｐ１ｇ—Ｐ　ｇ）／（ｐ　ｇ—Ｐ　）＋ｈ］×　１　０００—３３５，　（１）　式中：ｈ。为汽包重力水位；ＪＤ　为平衡容器内水的密　度；ｐ　为饱和水密度；ｐ”为饱和水蒸气密度；ｇ为重力　加速度；ｈ为水位表指示水位。　因此，电接点水位计只有在启、停炉的过程中使　收稿１５ｔ期：２０１３—０３—０１；修回日期：２０１３—０４—１１　由于确定电接点水位计测量筒上开孔数量时要　第８期　付浩，等：锅炉汽包水位测量装置的误差分析及改进措施　・３７・　考虑容器强度，所以２个相邻电极之间或长或短地　存在一定距离，使电接点水位计不能连续指示汽包　水位，这种误差是不能排除的。　电接点水位计存在指示误差的原因如下：　（１）Ｐ　的影响。即水位容器内的水温与汽包内　的饱和水温偏差越小，电接点水位计的指示误差　越小。　（２）汽包压力的影响。即汽包压力越低，水位　计的指示误差越小。　（３）汽包内水位高低的影响。即汽包内水位越　低，电接点水位计的指示误差越小。　所以，在安装电接点水位计连通器的时候，应注　意以下问题：　（１）测量筒汽侧不需要保温，以便蒸汽更容易　凝结成水进入测量筒。　（２）水侧管路需保温良好，减小测量筒内水温　与汽包内饱和水温的偏差。　（３）汽包与测量筒之间的汽侧连接管应该有一　定的倾斜角度，即汽包侧位置高，连通器侧位置低，　以便更多的凝结水流入测量筒。　２．２差压式水位变送器　２．２．１差压一水位转换原理　将水位高低信号转换为相应差压信号来实现水　位测量的仪表，其差压一水位转换容器（也叫平衡　容器）如图２所示。　汽　包　图２平衡容器　从图２可以看出，由于汽包内的饱和蒸汽在凝　汽筒内不断地散热凝结，筒内的液面总是保持恒定，　所以正压侧的水柱高度Ｌ是恒定的。负压管内的水　柱高度则随汽包内水位ｈ。的变化而变化。因此，由　正、负压引人口得到的差压信号为　Ａｐ＝Ｐ　一Ｐ一：Ｌ　Ｐｌｇ一［ｈ０　Ｐ　ｇ＋　（Ｌ—ｈ。）ｐ　］，　（２）　式中：　为正压侧恒定水位高度；ｐ　为水位计正压侧　压力；ｐ一为水位计负压侧压力。　从式（２）可以看出：当平衡容器结构一定（即　确定）、汽包压力一定（ｐ　，Ｐ”确定）及Ｐ　一定的条件　下，△ｐ与ｈ。呈线性关系，因此可以根据差压的数值　而知道相应的水位；同时还可以看出，△ｐ与ｈ。成反　比，即差压越大，水位越低。　但是，机组运行时汽包压力是动态变化的，环境　温度也不是稳定在一个固定值，所以Ｐ　，Ｐ　和Ｐ，都会　产生动态变化，使测量产生误差，其中以汽包压力变　化而产生的测量误差最为突出。因此，应对平衡容　器进行改造，改造后的平衡容器如图３所示。　水位计正压　侧取样管　水位计负压　侧取样管　图３汽包压力补偿式平衡容器　这是一种具有压力补偿作用的平衡容器，它可　以保证在汽包正常运行水位ｈ。时，水位指示基本不　随汽包压力的变化而变化，汽包水位测量中所使用　的平衡容器就是这种形式的。　现场其实际安装高度和尺寸如图４所示。图　中：Ｌ为平衡容器设计制造尺寸，０．６３５　ｍ（测量汽包　水位最高位置）；ｆ为平衡容器设计制造尺寸，０．３００　ｍ；ｈ。为汽包正常运行水位高度（汽包绝对水位），　０．３３５　ｍ。　由图４可知：该平衡容器正压室水柱可分为ｆ　和（Ｌ—ｚ）２段，２段置于平衡容器内，其凝结水被饱　和蒸汽所包围，不断吸收饱和蒸汽凝结时所放出的　汽化潜热，故该段水柱温度与汽包压力下的饱和水　温度相同，密度为Ｐ　（饱和水密度）。（　一ｚ）段处于　平衡容器外，其密度Ｐ　可认为与汽包压力无关，而　・３８・　华电技术　第３５卷　汽　包　下降管　图４平衡容器实际安装图　只取决于环境温度。由图４可得　△ｐ＝Ｐ　一Ｐ一＝［（Ｌ—１）ｐ１ｇ＋ｚ　ｐ＇ｇ］一　［ｈ　Ｐ　ｇ＋（Ｌ—ｈ）Ｐ　］。　（３）　组就不能因为水位过高或过低而停止运行。由于机　组正常运行时能达到带负荷的最低汽包压力是１．６　ＭＰａ，所以机组正常运行时（正常运行时汽包压力在　通过式（３）可以计算出在任何汽包压力下汽包　水位ｈ。的差压值，因此，只要保证在２个不同汽包压　力下的输出差压值相等，在这个汽包压力范围内；汽　１０ＭＰａ以上），汽包水位保护是不会正确动作的　（１．６　ＭＰａ和１０　ＭＰａ是哈尔滨锅炉厂生产的２００　ＭＷ　火电燃煤锅炉的运行参数，不同机组有不同的参数）。　同时，运行人员在监视和操作时，也会因汽包水　位测量指示不准确而引起判断和分析误差，影响操　包水位ｈ　的测量就不会受汽包压力变化的影响，即　Ａｐ。＝Ａｐ　（５ｐ。为汽包低压力时的差压输出，△ｐ　为　汽包额定压力时的差压输出）。通过式（３）可推导得　作。尤其是汽包工作压力已经接近汽包额定压力，　汽包相对水位超出一３５～７５　ｍｍ的范围时，汽包水　位变送器的指示误差将更大，会进一步影响机组的　稳定运行。　出ｆ＝ｈ＋（Ｌ—ｈ），ａｐ　＇ｌＡｐ　，ｚ段就是平衡容器的补　偿段。其原理为：当汽包压力变化时，令正压头Ｐ　的　变化△ｐ　等于负压头Ｐ一的变化ｇ［ｈｏ　卸不随汽包压力变化而变化。　＋（Ｌ—　ｈ　），ａｐ　］，以使正、负压侧变化相互抵消，从而使差压　２．２．２差压一水位转换装置的误差分析　利用式（３）进行计算和分析，可以得出以下结　论：汽包水位在０水位（汽包正常运行水位，是汽包　汽包压力的修正只能在差压式水位变送器输出　信号上实现，并且只有将汽包水位变送器的指示误　差消除掉，才能使汽包水位保护发挥其重要的作用，　为运行人员提供可靠的参数指示。　相对水位值）时基本能够保证指示值不受汽包压力　变化的影响；但当汽包水位偏离０水位较大时，指示　值与实际水位值的偏差明显增大，同时也受汽包压　力变化的影响。更危险的是，当汽包实际水位已经　２．２．３差压一水位转换装置的误差修正　通过式（３）可以看出：因为　和ｚ是一个定值　（设计制造尺寸），所以，公式中的３个动态密度值就　是影响水位指示偏差的根本原因。其中Ｐ　和Ｐ”只与　汽包压力相关，Ｐ　与所处的环境温度相关（因为此　处水的状态不是饱和状态）。因此，只要把这３个　低于或高出机组跳闸水位值（汽包水位保护值为超　过±２９０　ｍｍ跳机）时，水位变送器的指示值并没有　到达机组跳闸数值，从而威胁了机组的安全。通过　密度值引入对应的公式进行计算，就能得出比较准　确的汽包水位了。　将Ｌ＝０．６３５，Ｚ＝０．３００代入式（３）导出差压一　水位对应关系式　（下转第４０页）　统计可知，汽包压力值为１．Ｏ０～１５．７８　ＭＰａ（其中不　包括１．Ｏ０　ＭＰａ），汽包实际水位超过保护值的时候，　水位变送器信号都不能达到保护值，所以这时的机　・４０・　华电技术　第３５卷　余热回收装置，并在蒸汽管道上安装ＤＮ　２００　ｍｉｌｌ的　阀门和止回阀，防止冷却水倒流。水源来自冷渣器　的除盐水，在冷渣器就近的管线中开孔接出１根ＤＮ　１２５　ｎ－ｉａ的冷水管线，把管线敷设到余热回收装置冷　ｒ设备都安装在定排扩容器旁边。　２．３回收蒸汽经济效益　系统改造完成后，每小时平均可回收５　ｔ以上二　次乏汽及凝结水，每吨蒸汽热量约为２　５１２．０８　ＭＪ，　按年运行８　０００　ｈ计算，回收的热量折合成标准煤约　３４２９　ｔ／ａ，每吨标准煤按４５０元计算，折合１５４万　却水人口处，在进入余热回收装置前安装手动一次　阀和二次阀，并安装流量计、调节阀等。余热回收装　置出水口用ＤＮ　１２５　ｍｍ管道连接至热井，进入热井　前须加装手动真空隔离阀和电动真空隔离阀，以便　解列该装置时保证热井真空度不被破坏。电动真空　隔离阀进入分散控制室，与热井真空度联锁，当真空　遭到破坏报警时，联锁关闭电动真空隔离阀，电动真　空隔离阀关闭后触发报警，同时触发语音提示，听到　关闭报警或语音提示后迅速关闭余热回收装置的进　水阀和进气阀，并打开定排上面的电动阀门。回收　装置安装后，开启进水口一次阀和二次阀，让水逐渐　充满管道，再打开热井电动和手动真空隔离阀，水量　ａ。回收的凝结水按成本价１０　约１９４万元。　ｔ计算，每年回　收的凝结水约折合为４０万元，２项合计每年可节省　３　结论　从该项目总投资及以上的实际情况来看，很快　就可收回投资，属于投资回报率较高的改造项目。　改造后由于节能而减少了能源消耗，间接减少了向　大气排放烟尘和硫化物的机会，可大大降低排汽噪　声，环保效益明显，经济效益也较为可观。　参考文献：　［１］何卫军．方山发电厂连排乏汽热能回收技术的应用［Ｊ］　山西焦煤科技，２００９（６）：５０—５４．　由进水二次阀调节，观察流量计把水量调节到需要　量，水量调节好后再打开蒸汽进口阀门，关闭定排扩　容器原排汽管新装的电动阀门，则操作结束。　热能回收基本原理：来自系统的５０℃冷却水　由ＤＮ　１２５　ｍｍ冷水管进入余热回收装置，冷却水进　入余热回收装置经过特殊设计的汽水混合腔时会形　成一定的真空，把定排扩容器低压蒸汽吸人与喷射　作者简介：　（本文责编：白银雷）　雾状冷却水进行完全混合，将水加热到６３～７５℃，　加热后的水送入热井，系统全自动智能运行。所有　＜＞●＜＞●０●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●０刘春晓（１９６６一），男，陕西佳县人，高级工程师，从事电　厂化学工程方面的研究工作（Ｅ—ｍａｉｌ：８９９０１７４８＠ｑｑ．ｃｏｍ）。　●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞‘＜＞●（＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●　（上接第３８页）　ｈ＝（０．３３５　Ｐ１ｇ＋０．３　Ｐ　ｇ一０．６３５　Ｐ　一△ｐ）／　（Ｐ　ｇ一／９＂ｇ），　（４）　偿后，解决了原有平衡容器补偿过和补偿不足的问　题。机组的安全及可靠性得到了根本的改善，也为　使用同类平衡容器进行汽包水位测量的电厂提供了　式中：却为差压水位变送器的输出值（变送器量程　设置为０～５　８８０　Ｐａ）。计算出的ｈ值是一个０～　０．６３５　ｍ的实数，所以，要通过单位换算后才能输出　正常的显示，转换公式为　真实水位数值＝１　０００ｈ一３３５。　（５）　参考方案，为合理、经济地改造机组设备提供了新的　思路。　参考文献：　［１］朱小良，方可人．热工测量及仪表［Ｍ］．北京：水利电力　出版社，２０１１．　此计算结果的单位是ｍｍ，同时也把绝对水位　转换成相对水位。汽包的表压力应转换成绝对压力　后再查水蒸气性质表找出对应的密度值。　将式（４）和式（５）写入分散控制系统（ＤＣＳ）的　（本文责编：刘芳）　计算机组态中，并且将汽包压力值所对应的饱和状　态下的气、水密度引入公式，同时，再将环境温度下　作者简介：　付浩（１９７５一），男，黑龙江哈尔滨人，助理工程师，从事　所对应的水密度代入公式，最终，通过计算机计算就　可以实现汽包水位的准确测量了。　热工测量检修方面的工作（Ｅ—ｍａｉｌ：ｆｕｈａｏ１９７５１２１７＠１６３．　ｃｏｍ）。　３　结论　差压式水位变送器的输出信号通过公式进行补　赵冬冬（１９７２一），女，黑龙江哈尔滨人，助理工程师，从　事热工测量检修方面的工作（Ｅ—ｍａｉｌ：ｍ１３９４６１０６６８３＠１６３．　ｃｏｍ）