減少差壓式汽包水位測(cè)量誤差的一種方法

1、減少差壓式汽包水位測(cè)量誤差的一種方法吳京軍（貴溪發(fā)電有限責(zé)任公司 335400）摘 要：對(duì)汽包內(nèi)置式平衡容器測(cè)量汽包水位的原理進(jìn)行分析和研究。以貴溪300MW機(jī)組應(yīng)用實(shí)例，通過(guò)采用汽包內(nèi)置式平衡容器，提高了差壓式汽包水位測(cè)量的精確度，取得良好的改造效果。關(guān)鍵詞：平衡容器 鍋爐 汽包水位 測(cè)量 誤差分析1 引言：汽包水位是保證鍋爐安全運(yùn)行的指標(biāo)之一，準(zhǔn)確測(cè)量和保持汽包水位在規(guī)定范圍內(nèi)有其重要意義。由于汽包水位的對(duì)象特性復(fù)雜，水位測(cè)量存在很大的不確定性，其規(guī)律難以掌握，汽包差壓水位測(cè)量存在較大的技術(shù)問(wèn)題。對(duì)汽包水位測(cè)量存在的問(wèn)題，科研單位、電廠一直在進(jìn)行研究與改進(jìn)。曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)的改造主要有兩種方法。

2、控制系統(tǒng)采用組裝儀表時(shí)期，在差壓式水位測(cè)量上，采用改進(jìn)型雙室平衡容器和帶蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器，目的是力求將參比端溫度接近飽和水溫度，但是，由于增加了下降管與排水管連接，使測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜，影響因素增多，水位補(bǔ)償根據(jù)額定工況及零水位值設(shè)計(jì)，導(dǎo)致調(diào)試復(fù)雜，鍋爐啟動(dòng)時(shí)和汽包壓力與額定值偏差大時(shí)，產(chǎn)生測(cè)量誤差。水位偏離正常值時(shí)，產(chǎn)生測(cè)量誤差。不能滿足高參數(shù)汽包水位測(cè)量要求?？刂葡到y(tǒng)采用DCS系統(tǒng)時(shí)期，在DCS系統(tǒng)引入汽包壓力信號(hào)補(bǔ)償，消除汽包壓力對(duì)飽和蒸汽密度和飽和水密度的影響，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性，使普通外置單室平衡容器廣泛應(yīng)用，但參比水柱的溫度變化對(duì)水位測(cè)量的影響沒(méi)有很好的辦法消除。近幾年，在汽包水位測(cè)

3、量技術(shù)理論研究上取得了突破與創(chuàng)新， “多測(cè)孔接管”技術(shù)，解決了安裝多套水位取樣孔問(wèn)題。無(wú)盲區(qū)低偏差雙色水位計(jì)和高精度電接點(diǎn)水位計(jì)采用補(bǔ)償原理，解決了測(cè)量筒溫度低于汽包內(nèi)飽和水溫度造成測(cè)量值偏低問(wèn)題，就地水位計(jì)可信賴(lài)度得到提高。汽包內(nèi)置式平衡容器，克服了傳統(tǒng)單室平衡容器的參比水柱溫度變化造成測(cè)量誤差，提高了差壓式汽包水位測(cè)量的精確度。在汽包內(nèi)設(shè)計(jì)平衡容器的新思想，引起了電廠技術(shù)人員極大興趣，汽包內(nèi)置平衡容器經(jīng)理論研究與應(yīng)用實(shí)踐表明，是目前減少差壓式水位測(cè)量誤差的最好方法之一。2、汽包內(nèi)置平衡容器測(cè)量原理分析圖一 汽包內(nèi)置平衡容器原理圖差壓水位計(jì)測(cè)量原理是在容器上安裝平衡容器，利用液體靜力學(xué)原理把

4、水位高度變化轉(zhuǎn)換成差壓變化來(lái)測(cè)量水位，這種轉(zhuǎn)換是通過(guò)平衡容器形成參比水柱來(lái)實(shí)現(xiàn)，參比水柱溫度變化，引起密度值發(fā)生變化，導(dǎo)致差壓值變化，影響測(cè)量結(jié)果。內(nèi)置平衡容器是將平衡罐安裝在汽包內(nèi)，使平衡罐及引出水接近飽和水溫度，這樣可以通過(guò)壓力補(bǔ)償，有穩(wěn)定的計(jì)算參數(shù)，可以消除因參比水溫度變化對(duì)水位測(cè)量的影響。在內(nèi)置式平衡容器中，由于參比水柱的平均密度等于汽包內(nèi)水的密度，變送器所測(cè)得的差壓值為浸泡在汽段的參比水柱（飽和水）所形成的靜壓和相同高度的飽和汽所形成的靜壓之差。內(nèi)置式平衡容器汽包水位測(cè)量公式如下：H （-）g.L-P （公式1）g(- )因，所以差壓計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：=（LH）*（）g式中：變送器所

5、測(cè)參比水柱靜壓與汽包內(nèi)飽和蒸汽和水位的靜壓的差值H：汽包內(nèi)水位 L：參比水柱高度：參比水柱的平均密度：汽包內(nèi)水的密度：飽和蒸汽密度g：重力加速變送器差壓補(bǔ)償公式大為簡(jiǎn)化，消除了平衡容器參比水柱溫度變化對(duì)水位測(cè)量值的影響，提高了測(cè)量精度及可靠性。3、貴電公司差壓汽包水位測(cè)量改造3.1 設(shè)備介紹貴溪發(fā)電有限責(zé)任公司2*300MW燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐采用東方鍋爐廠產(chǎn)DG1025/17.54型。2005年投產(chǎn)發(fā)電。正常運(yùn)行時(shí)，鍋筒的水位應(yīng)控制在正常水位的±50mm范圍內(nèi)。鍋爐汽包水位保護(hù)采用3臺(tái)差壓水位計(jì)信號(hào)，汽包水位保護(hù)三取二邏輯判斷及二取一與一取一邏輯的轉(zhuǎn)換功能在DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。DCS系統(tǒng)選

6、用MAXDNA分散控制系統(tǒng)。鍋爐汽包水位測(cè)量共安裝3臺(tái)差壓水位計(jì)、2臺(tái)電接點(diǎn)水位計(jì)和2臺(tái)云母水位計(jì)。差壓水位計(jì)測(cè)量采用傳統(tǒng)的單室外置平衡容器，在DCS系統(tǒng)引入汽包壓力信號(hào)補(bǔ)償，消除汽包壓力對(duì)飽和蒸汽密度和飽和水密度的影響，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。但參比水柱的溫度變化對(duì)水位測(cè)量的影響一直未能徹底消除。原設(shè)計(jì)補(bǔ)償公式中參比水柱溫度是，采用熱電阻所測(cè)的溫度來(lái)自動(dòng)校正水位誤差，因測(cè)量可靠性差和實(shí)際測(cè)得溫度不能代表真實(shí)的參比水柱溫度變化，改為手動(dòng)設(shè)定參比水柱基準(zhǔn)溫度50，在DCS系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償試驗(yàn)，參比水柱溫度100時(shí)，誤差達(dá)到70mm，尤其季節(jié)變化時(shí)表現(xiàn)明顯，各水位計(jì)之間正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)過(guò)最大偏差達(dá)100mm

7、，經(jīng)常需要人工修正參比水柱溫度。因參比水柱溫度不確定，使水位測(cè)量存在著較大的誤差，影響水位保護(hù)的可靠投入，帶來(lái)安全隱患。3.2 改造實(shí)施通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)火電機(jī)組汽包水位測(cè)量系統(tǒng)研究與調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)水位測(cè)量存在的問(wèn)題，吸收、引進(jìn)汽包水位測(cè)量新技術(shù)，貴電公司與秦皇島華電測(cè)控公司合作，進(jìn)行大膽嘗試與創(chuàng)新，改造3只DNZ型汽包內(nèi)置式差壓水位計(jì)和2只GJT2000高精度電接點(diǎn)水位計(jì)，使5套水位測(cè)量裝置的測(cè)量誤差都在允許范圍之內(nèi)，在DCS系統(tǒng)對(duì)水位測(cè)量系統(tǒng)重新進(jìn)行組態(tài)調(diào)試。拆除外置平衡容器，利用原來(lái)的取樣孔位置，不對(duì)汽包進(jìn)行開(kāi)孔，將三臺(tái)平衡容器安裝在汽包內(nèi)，測(cè)量管道及變送器不需要變動(dòng)。三臺(tái)內(nèi)置式單室平衡容器各帶

8、一臺(tái)差壓變送器，差壓信號(hào)引入DCS，并分別作壓力補(bǔ)償，汽包壓力變送器采用三選中值對(duì)內(nèi)置式平衡容器測(cè)量的水位值進(jìn)行壓力補(bǔ)償。根據(jù)內(nèi)置式平衡容器水位補(bǔ)償公式，把平衡容器安裝尺寸參數(shù)和飽和水密度、飽和汽密度函數(shù)，代入差壓水位計(jì)補(bǔ)償公式，可在DCS完成水位補(bǔ)償公式組態(tài)。h=Lh0P /(2-1)h 汽包水位 L 正壓側(cè)參比水柱高度 h0 水側(cè)取樣管中心線距汽包0水位線的距離 P 差壓變送器的差壓值 2 飽和水密度 1 飽和汽密度 3.3 改造效果汽包水位測(cè)量系統(tǒng)調(diào)試合格后投入運(yùn)行，各水位計(jì)相互之間的偏差穩(wěn)態(tài)時(shí)不超過(guò)20mm，瞬態(tài)時(shí)不超過(guò)30mm。起爐前實(shí)現(xiàn)汽包水位保護(hù)可靠投入。汽包水位測(cè)量系統(tǒng)投運(yùn)效果

9、良好，其安全性、可靠性、準(zhǔn)確性有了明顯提高，達(dá)到了改造效果。將三套內(nèi)置式差壓水位計(jì)和兩套高精度電接電水位顯示趨勢(shì)做在DCS系統(tǒng)同一畫(huà)面上，5條線幾乎重合。為了比較外置式平衡容器的測(cè)量誤差，與汽包水位4（備用未改造的）進(jìn)行比較，其最大誤差達(dá)到50mm。貴溪#5爐汽包水位趨勢(shì)圖（汽包壓力：16.8MPa）： 3.4 改造中應(yīng)該注意問(wèn)題汽包內(nèi)置平衡容器安裝工藝復(fù)雜，水位測(cè)量熱態(tài)調(diào)試?yán)щy，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一般不愿意冒風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行汽包水位熱態(tài)全量程傳動(dòng)。改造工作需開(kāi)汽包人孔門(mén)施工，現(xiàn)場(chǎng)也沒(méi)條件在汽包上開(kāi)孔。安裝、調(diào)試工作必須一次成功。中間任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，將影響企業(yè)的安全性及經(jīng)濟(jì)性。因此要在現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行改造，必須做

10、好幾個(gè)關(guān)鍵工作。1、 改造前的可研工作，整體方案思路，研究平衡容器安裝位置，取樣孔布置及材質(zhì)。2、 確保汽包內(nèi)平衡容器的施工質(zhì)量。3、 重新設(shè)計(jì)汽包水位測(cè)量組態(tài)方案，汽包水位保護(hù)邏輯接口。4、 做好冷、熱態(tài)上水傳動(dòng)試驗(yàn)。 5、 冷凝罐設(shè)計(jì)上，應(yīng)能適應(yīng)工況變化時(shí)，保證平衡罐有足夠的飽和水。采用汽包內(nèi)置平衡容器的差壓式水位測(cè)量系統(tǒng)，是否能消除機(jī)組甩負(fù)荷或安全門(mén)動(dòng)作時(shí)汽包壓力突變所產(chǎn)生的誤差，目前由于沒(méi)有動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，沒(méi)有得到準(zhǔn)確結(jié)論。內(nèi)置平衡容器出現(xiàn)意外維護(hù)困難，采用內(nèi)置平衡容器測(cè)量汽包水位還有一些問(wèn)題有待于進(jìn)一步研究與改進(jìn)。4 結(jié)束語(yǔ)差壓式汽包水位測(cè)量采用內(nèi)置平衡容器，參比水柱溫度恒定，能全程對(duì)

11、汽包壓力進(jìn)行補(bǔ)償，水位補(bǔ)償公式簡(jiǎn)化，測(cè)量誤差小，可靠性高。對(duì)提高鍋爐安全運(yùn)行，防止鍋爐汽包滿、缺水事故發(fā)揮了重要作用。保證了切實(shí)落實(shí)防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求中的有關(guān)要求，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供了保證。汽包內(nèi)置平衡容器在貴電公司300MW機(jī)組亞臨界鍋爐的成功應(yīng)用，起到很好的示范作用，標(biāo)志著汽包水位測(cè)量新技術(shù)在高參數(shù)汽包爐的應(yīng)用在不斷地向前發(fā)展，對(duì)提高差壓式汽包水位測(cè)量精度取得良好效果，值得新建機(jī)組在汽包水位平衡容器設(shè)計(jì)上首選，也可以在現(xiàn)有機(jī)組上進(jìn)行改造。參考文獻(xiàn)：1侯子良,劉吉川，侯云浩,等， 鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)M.北京:中國(guó)電力出版社2005。HOU Zi-liang,LIU J

12、i-chuan,HOU Yun-hao,et al，The water survey system of the boiler steam drum，MBejing: China Electric2劉吉川于劍宇褚得海汽包水位測(cè)量新技術(shù).中國(guó)電力（2006第3期New technology in drum water level measuremen，LIU Ji-chuan , YU Jian-yu , CHU De-hai3蘭景玉 , 程穎 , 趙鳳毅 單室平衡容器在汽包水位測(cè)量中的應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用 2004第7期The Application of Single- compartmen

13、t Balance Container for Measuring Water Level of Boiler Drum4馬曉瓏 汽包水位測(cè)量偏差產(chǎn)生的原因及消除對(duì)策 華中電力 2006年03期, Cause of drum water level measuring deviation and countermeasure5陳廣華 , 楊飛 鍋筒式鍋爐差壓式水位計(jì)的溫度補(bǔ)償研究 熱能動(dòng)力工程 2001年04期Temperature Compensation Study of the Differential-pressure Water Gage Used for a Drum Boiler6朱祖濤 熱工測(cè)量和儀表教材