山東建筑大學(xué)熱工檢測課第11章

1、第第11章汽包水位測量章汽包水位測量 第第1節(jié)云母水位計節(jié)云母水位計 第第2節(jié)差壓式水位計節(jié)差壓式水位計 第第3節(jié)其它液位測量方法節(jié)其它液位測量方法 概述和測量方法的選擇概述和測量方法的選擇 液位測量液位測量: 是一門測量液是一門測量液液、氣液、氣液和液和 液液固分界面的技術(shù)。從原理上講，液位測量固分界面的技術(shù)。從原理上講，液位測量 主要基于相界面兩側(cè)物質(zhì)的物性差異或液位改主要基于相界面兩側(cè)物質(zhì)的物性差異或液位改 變時引起有關(guān)物理變時引起有關(guān)物理 參數(shù)的變化。在工程應(yīng)用中，參數(shù)的變化。在工程應(yīng)用中， 它包括對液位、液位差、相界面的連續(xù)監(jiān)測，它包括對液位、液位差、相界面的連續(xù)監(jiān)測， 定點信號報警

2、、控制等。定點信號報警、控制等。 概述和測量方法的選擇概述和測量方法的選擇 分類分類: 主要的有沉浮式液位測量法主要的有沉浮式液位測量法(浮子液位浮子液位 計計)、差壓式液位測量法、差壓式液位測量法(差壓式液位計差壓式液位計)、電容、電容 式液位測量法式液位測量法(電容式液位計電容式液位計)、電阻式液位測、電阻式液位測 量法量法(電阻式液位計電阻式液位計)等。等。 概述和測量方法的選擇概述和測量方法的選擇 選擇合適的測量方法選擇合適的測量方法不僅要求能夠獲得最大信不僅要求能夠獲得最大信 號量，同時還應(yīng)該考慮信號傳送過程對被測液號量，同時還應(yīng)該考慮信號傳送過程對被測液 體安全性等方面的影響體安全

3、性等方面的影響(如電源、光輻射可能加如電源、光輻射可能加 熱低溫液體或引爆易燃液體等熱低溫液體或引爆易燃液體等)，考慮被測液體，考慮被測液體 對敏感元件的污染、腐蝕以及所需儀表的成本、對敏感元件的污染、腐蝕以及所需儀表的成本、 用戶的使用條件等具體情況。用戶的使用條件等具體情況。 鍋爐汽包水位測量的重要性鍋爐汽包水位測量的重要性 由于負(fù)荷、燃燒工況及給水流量的變化，由于負(fù)荷、燃燒工況及給水流量的變化， 汽包水位會經(jīng)常變化。汽包水位會經(jīng)常變化。 水位過高或急劇波動會引起蒸汽品質(zhì)惡化，水位過高或急劇波動會引起蒸汽品質(zhì)惡化， 造成受熱面結(jié)鹽，嚴(yán)重時會導(dǎo)致汽輪機水造成受熱面結(jié)鹽，嚴(yán)重時會導(dǎo)致汽輪機水

4、沖擊振動、葉片損壞；水位過低會引起排沖擊振動、葉片損壞；水位過低會引起排 污失效，爐內(nèi)加藥進入蒸汽，甚至引起下污失效，爐內(nèi)加藥進入蒸汽，甚至引起下 降管帶汽，影響爐水循環(huán)工況，造成爐管降管帶汽，影響爐水循環(huán)工況，造成爐管 大面積爆破。大面積爆破。 鍋爐汽包水位測量的重要性鍋爐汽包水位測量的重要性 鍋爐運行中，通過水位測量系統(tǒng)來監(jiān)視和鍋爐運行中，通過水位測量系統(tǒng)來監(jiān)視和 控制汽包水位。當(dāng)汽包水位超出正常運行控制汽包水位。當(dāng)汽包水位超出正常運行 范圍時，報警系統(tǒng)將發(fā)出報警信號，保護范圍時，報警系統(tǒng)將發(fā)出報警信號，保護 系統(tǒng)將立即采取必要的保護措施，以確保系統(tǒng)將立即采取必要的保護措施，以確保 鍋爐和

5、汽輪機的安全。鍋爐和汽輪機的安全。 鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)是機組安全運行的鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)是機組安全運行的 極端重要的系統(tǒng)。極端重要的系統(tǒng)。 第第1節(jié)云母水位計、雙色水位計和電接點水位計節(jié)云母水位計、雙色水位計和電接點水位計 一一 云母水位計云母水位計 以汽包水位為例，汽包水位具有以下特點：以汽包水位為例，汽包水位具有以下特點： 汽包內(nèi)水汽無明顯分界面。汽包內(nèi)水汽無明顯分界面。 汽包內(nèi)水位忽上忽下劇烈周期波動。汽包內(nèi)水位忽上忽下劇烈周期波動。 第第1節(jié)云母水位計、雙色水位計和電接點水位計節(jié)云母水位計、雙色水位計和電接點水位計 一一 云母水位計云母水位計 以汽包水位為例，汽包水位具有以下特點：

6、以汽包水位為例，汽包水位具有以下特點： 爐水中含有鹽堿，受汽水沖擊形成泡沫，爐水中含有鹽堿，受汽水沖擊形成泡沫， 如水質(zhì)嚴(yán)重惡化，會形成大量泡沫。如水質(zhì)嚴(yán)重惡化，會形成大量泡沫。 汽包水位橫切面特點是中間凸起，水位汽包水位橫切面特點是中間凸起，水位 在汽包壁成帶狀升高，并超過中間部位。在汽包壁成帶狀升高，并超過中間部位。 虛假水位的存在虛假水位的存在 一一 云母水位計云母水位計 云母水位計是鍋爐汽包一般都裝設(shè)的就地云母水位計是鍋爐汽包一般都裝設(shè)的就地 顯示水位表。它是一連通器，結(jié)構(gòu)簡單，顯示水位表。它是一連通器，結(jié)構(gòu)簡單， 顯示直觀。顯示直觀。 由于云母水位計溫度低于汽包內(nèi)溫度，因由于云母水位

7、計溫度低于汽包內(nèi)溫度，因 此云母水位計的示值水柱高度低于汽包重此云母水位計的示值水柱高度低于汽包重 量水位高度。量水位高度。 一一 云母水位計云母水位計 HH sw sa 汽包內(nèi)飽和汽包內(nèi)飽和 蒸汽密度蒸汽密度 汽包內(nèi)飽和汽包內(nèi)飽和 水密度水密度 云母水位計測量云母水位計測量 管內(nèi)水柱的平均管內(nèi)水柱的平均 密度密度 汽包內(nèi)重量汽包內(nèi)重量 水位水位 顯示值顯示值 二 雙色水位計雙色水位計 雙色水位計是基于聯(lián)通管式原理的水位計，它是由雙色水位計是基于聯(lián)通管式原理的水位計，它是由 云母水位計發(fā)展而來的。云母水位計只能就地監(jiān)視，云母水位計發(fā)展而來的。云母水位計只能就地監(jiān)視， 且汽水界面不清晰，而雙色水

8、位計改進了云母水位且汽水界面不清晰，而雙色水位計改進了云母水位 計結(jié)構(gòu)，輔以光學(xué)系統(tǒng)，利用光從空氣進人蒸汽或計結(jié)構(gòu)，輔以光學(xué)系統(tǒng)，利用光從空氣進人蒸汽或 水產(chǎn)生不同的折射，使汽水界面顯示成紅、綠兩色水產(chǎn)生不同的折射，使汽水界面顯示成紅、綠兩色 的分界面，顯示清晰，并可利用工業(yè)攝像系統(tǒng)等方的分界面，顯示清晰，并可利用工業(yè)攝像系統(tǒng)等方 式遠(yuǎn)傳顯示。用于超高壓及以上鍋爐的雙色水位計，式遠(yuǎn)傳顯示。用于超高壓及以上鍋爐的雙色水位計， 考慮其強度，窗口玻璃不做成長條形，而是沿水位考慮其強度，窗口玻璃不做成長條形，而是沿水位 計高度上開若干個圓形窗口，稱為多窗式雙色水位計高度上開若干個圓形窗口，稱為多窗式雙

9、色水位 計，其缺點是小窗之間的一段是水位顯示的盲區(qū)。計，其缺點是小窗之間的一段是水位顯示的盲區(qū)。 雙色水位計采用把普通光經(jīng)濾光玻璃雙色水位計采用把普通光經(jīng)濾光玻璃( (紅、綠兩種紅、綠兩種) )使使 紅光、綠光透過，再經(jīng)被測液體或氣體折射，在光路上紅光、綠光透過，再經(jīng)被測液體或氣體折射，在光路上 設(shè)置窗口予以顯現(xiàn)，可測知光路上是液體或氣體。設(shè)置窗口予以顯現(xiàn)，可測知光路上是液體或氣體。 利用工業(yè)電視在主控室顯示水位利用工業(yè)電視在主控室顯示水位 三 電接點水位計電接點水位計 電接點水位測量裝置是一種基于聯(lián)通器式電接點水位測量裝置是一種基于聯(lián)通器式 原理的測量裝置，與普通就地云母水位計原理的測量裝置

10、，與普通就地云母水位計 ( (或雙色水位計或雙色水位計) )不同之處在于測量筒內(nèi)有不同之處在于測量筒內(nèi)有 一系列組成測量標(biāo)尺的電極，由于汽、水一系列組成測量標(biāo)尺的電極，由于汽、水 電導(dǎo)率的很大差別，造成處于汽和水中的電導(dǎo)率的很大差別，造成處于汽和水中的 電極電阻值有很大差別，以此來判斷電極電極電阻值有很大差別，以此來判斷電極 是處于水空間，還是處于汽空間。利用多是處于水空間，還是處于汽空間。利用多 個電極即可判斷當(dāng)前的水面位置。個電極即可判斷當(dāng)前的水面位置。 優(yōu)點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，電接點信號可以遠(yuǎn)傳，結(jié)構(gòu)簡單，電接點信號可以遠(yuǎn)傳， 時延很小，不存在儀表的機械變差及分時延很小，不存在儀表的機械變

11、差及分 度誤差，顯示直觀，可靠性高。度誤差，顯示直觀，可靠性高。 應(yīng)用：應(yīng)用：火電廠鍋爐汽包、高壓加熱器、火電廠鍋爐汽包、高壓加熱器、 除氧器水位測量中普遍應(yīng)用。除氧器水位測量中普遍應(yīng)用。 組成：組成：由水位測量筒由水位測量筒( (水位傳感器水位傳感器) )和顯和顯 示儀表組成。示儀表組成。 水位轉(zhuǎn)換原理水位轉(zhuǎn)換原理 水位測量筒通過連通方式形成相應(yīng)水水位測量筒通過連通方式形成相應(yīng)水 柱高度，該水柱的壓力平衡壓力容器柱高度，該水柱的壓力平衡壓力容器 內(nèi)的被測量水位的壓力。在水位測量內(nèi)的被測量水位的壓力。在水位測量 筒的筒壁上安裝了數(shù)個電極。筒的筒壁上安裝了數(shù)個電極。 鍋爐爐水的電阻率一般在鍋爐爐

12、水的電阻率一般在10103 3cmcm以下，以下， 蒸汽的電阻率一般在蒸汽的電阻率一般在10106 6cmcm以上，筒內(nèi)以上，筒內(nèi) 的水浸沒的電接點處于低阻狀態(tài)，未被浸的水浸沒的電接點處于低阻狀態(tài)，未被浸 沒而處于汽沒而處于汽( (氣氣) )中的電接點處于高阻狀態(tài)。中的電接點處于高阻狀態(tài)。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：測量筒，電接點，指示燈，電源。：測量筒，電接點，指示燈，電源。 水位傳感器的結(jié)構(gòu)水位傳感器的結(jié)構(gòu) 顯示儀表顯示儀表 水位顯示采用燈光電路顯示較為方便。水位顯示采用燈光電路顯示較為方便。 每個電接點對應(yīng)一套燈光顯示電路。每個電接點對應(yīng)一套燈光顯示電路。 氖燈顯示儀表氖燈顯示儀表 紅綠燈顯示儀表紅綠燈

13、顯示儀表 發(fā)光二極管顯示儀表發(fā)光二極管顯示儀表 數(shù)字顯示數(shù)字顯示 動畫演示動畫演示 電接點液位計電接點液位計 氖燈顯示儀表氖燈顯示儀表 紅綠燈光顯示儀表紅綠燈光顯示儀表 與電接點水位測量筒配套的紅綠燈光顯示儀表包括與電接點水位測量筒配套的紅綠燈光顯示儀表包括 了與電接點數(shù)目相同、電路結(jié)構(gòu)一樣的燈光電路。了與電接點數(shù)目相同、電路結(jié)構(gòu)一樣的燈光電路。 第第2節(jié)節(jié) 差壓式液位計差壓式液位計 水位水位壓差轉(zhuǎn)換原理壓差轉(zhuǎn)換原理 在平衡容器中在平衡容器中,寬容寬容 器器(正壓室正壓室)2的水的水 面高度是恒定的面高度是恒定的, 當(dāng)其水位增高時當(dāng)其水位增高時, 水可以通過蒸汽水可以通過蒸汽 側(cè)的連通管進入側(cè)

14、的連通管進入 汽包汽包1,水位降低水位降低 時時,則通過蒸汽冷則通過蒸汽冷 凝得以補充凝得以補充. 壓差計壓差計4的正壓頭的正壓頭 從寬容器引出從寬容器引出. 因此因此,當(dāng)寬容器中當(dāng)寬容器中 水的密度一定時水的密度一定時, 壓差計的正壓頭壓差計的正壓頭 為定值為定值(因為寬因為寬 容器的水位為定容器的水位為定 值值). 平衡容器的負(fù)平衡容器的負(fù) 壓管壓管(負(fù)壓室負(fù)壓室)3 與汽包連通與汽包連通,輸輸 出的壓頭為壓出的壓頭為壓 差計的負(fù)壓頭差計的負(fù)壓頭, 其大小反映汽其大小反映汽 包水位的變化包水位的變化. 2.1水位水位壓差轉(zhuǎn)換原理壓差轉(zhuǎn)換原理 根據(jù)流體靜力學(xué)原理根據(jù)流體靜力學(xué)原理, 汽包水位

15、處于正常水位汽包水位處于正常水位 H0時時,平衡容器的輸出差平衡容器的輸出差 壓為壓為P0為為: 假設(shè)汽包水位發(fā)生變化而偏離正常水位假設(shè)汽包水位發(fā)生變化而偏離正常水位,汽包水位汽包水位 的變化量為的變化量為H,即變化后的汽包水位可以表示為即變化后的汽包水位可以表示為 H= H0+ H,其中其中”+”表示汽包水位增高表示汽包水位增高,”-”表示表示 汽包水位降低汽包水位降低.則平衡容器的輸出差壓則平衡容器的輸出差壓P為為: 可見可見,汽包水位偏離正常水位時汽包水位偏離正常水位時,平衡容器輸出平衡容器輸出 的差壓隨之變化的差壓隨之變化.由于由于2S,因此因此,汽包水位汽包水位 增高時增高時,平衡容

16、器的輸出差壓減小平衡容器的輸出差壓減小;反之反之,汽汽 包水位降低時包水位降低時,平衡容器的輸出差壓增大平衡容器的輸出差壓增大. 平衡容器的測量誤差平衡容器的測量誤差 由于向外散熱的影響由于向外散熱的影響,平衡容器正、負(fù)壓平衡容器正、負(fù)壓 室中的水溫從上至下逐漸降低，且不易測室中的水溫從上至下逐漸降低，且不易測 定，因而密度定，因而密度1和和2的的數(shù)值難以準(zhǔn)確測定數(shù)值難以準(zhǔn)確測定。 為了改變密度變化對液位計分度基準(zhǔn)為了改變密度變化對液位計分度基準(zhǔn) 的影響，一般都采用蒸汽套對平衡容的影響，一般都采用蒸汽套對平衡容 器進行保溫，使器進行保溫，使1和和2都等于汽包壓都等于汽包壓 力下飽和水的密度力下

17、飽和水的密度W 平衡容器的測量誤差平衡容器的測量誤差 由于向外散熱的影響由于向外散熱的影響,平衡容器正、負(fù)壓平衡容器正、負(fù)壓 室中的水溫從上至下逐漸降低，且不易測室中的水溫從上至下逐漸降低，且不易測 定，因而密度定，因而密度1和和2的的數(shù)值難以準(zhǔn)確測定數(shù)值難以準(zhǔn)確測定。 1和和2都等于都等于W后平衡容器輸出差壓后平衡容器輸出差壓P與與 汽包水位汽包水位H之間的關(guān)系為：之間的關(guān)系為： P=(L-H)(w-s)g 汽包壓力穩(wěn)定時這種轉(zhuǎn)換汽包壓力穩(wěn)定時這種轉(zhuǎn)換 關(guān)系是確定不變的關(guān)系是確定不變的 通常，用于汽包水位測量的差壓式液位計通常，用于汽包水位測量的差壓式液位計 是在汽包額定工作壓力（固定的是在

18、汽包額定工作壓力（固定的w-s） ）下分 下分 度的，因此只有在相應(yīng)共況下運行時，儀表度的，因此只有在相應(yīng)共況下運行時，儀表 讀數(shù)才是正確的。但當(dāng)汽包水位偏離額定值讀數(shù)才是正確的。但當(dāng)汽包水位偏離額定值 時，由于密度時，由于密度w和和s隨之變化，偏離液位計隨之變化，偏離液位計 的分度條件，致使指示讀數(shù)產(chǎn)生很大誤差。的分度條件，致使指示讀數(shù)產(chǎn)生很大誤差。 平衡容器的測量誤差平衡容器的測量誤差 因此，即使汽包因此，即使汽包 的水位的水位H恒定不變，恒定不變， 但只要壓力發(fā)生變化，但只要壓力發(fā)生變化， 密度差密度差W- S就會隨就會隨 之改變，從而引起平之改變，從而引起平 衡容器輸出信號的變衡容器輸

19、出信號的變 化，產(chǎn)生液位讀數(shù)誤化，產(chǎn)生液位讀數(shù)誤 差。差。 平衡容器的測量誤差平衡容器的測量誤差W和和S隨壓力變化的情況，隨壓力變化的情況， 總的趨勢是隨著壓力降低，總的趨勢是隨著壓力降低， 密度差密度差W- S增大增大 為了保證在將汽包壓力與密度差關(guān)系近性化時有足夠為了保證在將汽包壓力與密度差關(guān)系近性化時有足夠 精確度，一般按分段進行線性化逼真，也就是說，汽精確度，一般按分段進行線性化逼真，也就是說，汽 包壓力在不同變化內(nèi)時，這些常數(shù)取值也不同。包壓力在不同變化內(nèi)時，這些常數(shù)取值也不同。 另外，因密度差另外，因密度差W- S隨汽包壓力隨汽包壓力 變化所引起的液位測量誤差還與水位變化所引起的液

20、位測量誤差還與水位H 和平衡容器結(jié)構(gòu)尺寸和平衡容器結(jié)構(gòu)尺寸L有關(guān)，有關(guān)，L-H越大，越大， W- S改變引起的差壓輸出量變化越改變引起的差壓輸出量變化越 大，液位計的指示誤差越大。當(dāng)大，液位計的指示誤差越大。當(dāng)L確定確定 后汽包壓力引起的液位計指示誤差在后汽包壓力引起的液位計指示誤差在 低水位情況下更大。低水位情況下更大。 根據(jù)分析，在鍋爐的啟、停過程中，由根據(jù)分析，在鍋爐的啟、停過程中，由 于汽包壓力低于額定工作壓力，因此，差于汽包壓力低于額定工作壓力，因此，差 壓式液位計的指示水位要比實際水位低。壓式液位計的指示水位要比實際水位低。 平衡容器的測量誤差平衡容器的測量誤差 第第3節(jié)其它液位計節(jié)其它液位計 浮子式液位計浮子式液位計 根據(jù)恒浮力原理工作，它的測量范圍寬，根據(jù)恒浮力原理工作，它的測量范圍寬， 測量性能穩(wěn)定，在大型貯罐的液位連續(xù)測測量性能穩(wěn)定，在大型貯罐的液位連續(xù)測 量及容積計量中常采用。量及容積計量中