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壓力/差壓液位變送器的不同安裝方式對(duì)于液位測(cè)量效果

閱讀:2751        發(fā)布時(shí)間:2019-5-29

火力發(fā)電廠的凝汽器水位、除氧器水位、汽包水位、高低加水位等等,在生產(chǎn)過(guò)程中都必須進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)視和調(diào)整。水位測(cè)量準(zhǔn)確與否,直接關(guān)系到水位的自動(dòng)調(diào)整和準(zhǔn)確保護(hù)設(shè)備。目前使用的水位測(cè)量壓力/差壓液位變送器大部分是智能型,技術(shù)比較成熟,測(cè)量精度高,但傳統(tǒng)的安裝方式卻使液位測(cè)量存在諸多弊端,給設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成不利影響,為此,對(duì)液位測(cè)量變送器的安裝方式應(yīng)予以探討和改進(jìn)。

 

單(雙)法蘭液位變送器接線組合圖

 
1.壓力/差壓液位變送器測(cè)量水位的原理
壓力/差壓液位變送器是一個(gè)很廣泛的名詞,從詞義上理解就是“轉(zhuǎn)變、傳送的儀器”。在工業(yè)生產(chǎn)中,變送器的作用是將被測(cè)介質(zhì)的物理過(guò)程量,轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電量(0~5V/4~20mA等),然后傳送到相應(yīng)的控制監(jiān)視系統(tǒng)。
 
在火力發(fā)電廠中使用為廣泛的液位測(cè)量壓力/差壓液位變送器是壓力/差壓變送器。其結(jié)構(gòu)多種多樣,有電容式的,有擴(kuò)散硅型等等,但基本測(cè)量原理是一致的。即利用液體的壓強(qiáng)公式P=pgh進(jìn)行計(jì)量。式中:P為壓強(qiáng);ρ為液體密度,對(duì)于某一溫度下的液體,ρ基本上是不變的,如果介質(zhì)溫度變化范圍較大,可通過(guò)溫度補(bǔ)償修正;g為重力加速度,對(duì)于某一地區(qū),g為一固定值;h為液體的高度或稱(chēng)液位。因此,壓力/差壓液位變送器測(cè)量液體的高度h(液位),實(shí)際上是通過(guò)測(cè)出不同液位產(chǎn)生的不同壓力(壓強(qiáng))P來(lái)計(jì)算得到的。
 
壓力/差壓液位變送器安裝及測(cè)量原理如圖1所示,變送器兩端測(cè)量到的差壓值△P=(P氣體+pgH)-P氣體=ρgH。通過(guò)換算(有時(shí)加上必要的零點(diǎn)遷移),我們就可以得到需要的容器內(nèi)液位高度值h。

液位變送器

 
 
2.壓力/差壓液位變送器安裝方式對(duì)測(cè)量精度的影響
從壓力/差壓液位變送器液位測(cè)量原理上來(lái)看是很簡(jiǎn)單的,但實(shí)際上因工況的復(fù)雜性,會(huì)有許多因素影響水位測(cè)量的準(zhǔn)確性。在火電廠,容器內(nèi)大都是高溫、高壓的液態(tài)水,由于蒸發(fā)作用,容器上部不是非凝結(jié)性的氣體而是遇冷會(huì)凝結(jié)的蒸汽,因此汽側(cè)取樣管內(nèi)很容易形成凝結(jié)水,這樣就會(huì)在變送器的汽側(cè)產(chǎn)生1個(gè)附加的壓力,變送器兩端測(cè)量到的差壓值就變成△P=(P氣體+ρgH)-(P氣體+P凝結(jié))<ρgH,即測(cè)量液位值比實(shí)際液位值小。
若壓力/差壓液位變送器安裝位置不當(dāng),可能造成水側(cè)取樣管與汽側(cè)取樣管的溫度相差較大,由于壓力/差壓液位變送器結(jié)構(gòu)的原因,就會(huì)造成較大的水位測(cè)量誤差。又如水側(cè)取樣管的垂直部分產(chǎn)生了氣泡并附著在管壁上形成空段,那么因?yàn)镠 針對(duì)上述情況,火電廠對(duì)于高溫、高壓容器內(nèi)液位的測(cè)量,雖然采取了多種安裝方式,但到目前為止還沒(méi)有一種方法能完*因?yàn)檎羝Y(jié)等現(xiàn)象帶來(lái)的種種問(wèn)題。
 
3.壓力/差壓液位變送器安裝實(shí)例分析及措施
1)定子冷卻水箱水位的測(cè)量
定子冷卻水箱屬于低溫、低壓容器。當(dāng)前各火力發(fā)電廠普遍采用的壓力/差壓液位變送器測(cè)量水位的安裝方式如圖2a所示。在正常工況下,氣側(cè)取樣管充滿(mǎn)氣體,但當(dāng)水位超過(guò)容器頂部很高時(shí),水的過(guò)高壓力足夠壓縮氣側(cè)取樣管的空氣,使水進(jìn)入B段取樣管,致使壓力/差壓液位變送器測(cè)量到的差壓減小,顯示的水位也偏低,從而給出錯(cuò)誤的信息。
常規(guī)的解決方法是在取樣管下部加裝一個(gè)儲(chǔ)水罐,但一旦水開(kāi)始進(jìn)入氣側(cè)取樣管,很快就可以填滿(mǎn)儲(chǔ)水罐,并進(jìn)而填滿(mǎn)氣側(cè)取樣管,導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤因此,可將儲(chǔ)水罐移到氣側(cè)取樣管A段,其作用由儲(chǔ)水改為增壓,如圖2b所示,其原理如下:

液位變送器示意


設(shè)氣側(cè)取樣管內(nèi)徑ф14mm,長(zhǎng)度為5000mm,則氣側(cè)取樣管的容積為769690mm。如果我們選擇內(nèi)徑為ф140mm,高度為100mm的增壓罐,則增壓罐的容積為1539380mm,是氣側(cè)取樣管容積的2倍。即使水位大大超過(guò)水箱頂部,水要進(jìn)入氣側(cè)取樣管B段,也必須將增壓罐內(nèi)的空氣全部壓入氣側(cè)取樣管。根據(jù)氣體公式PV/T可知,由于氣體體積壓縮至原來(lái)的1/3,壓強(qiáng)則要增至原來(lái)的3倍。若在正常工況下,氣側(cè)取樣管與水箱上部氣體相通時(shí),氣體的壓力高于大氣壓力P。,則水要進(jìn)入B段取樣管,H段的水壓必須大于2P。,那么H的高度必須大于20m,這種情況在火電廠是不會(huì)出現(xiàn)的。而當(dāng)水位回復(fù)正常時(shí),增壓罐內(nèi)的水則流入水箱,氣側(cè)取樣管仍保持通暢,與水箱上部相通,無(wú)需排污。經(jīng)上述改造,定子冷卻水箱水位測(cè)量準(zhǔn)確,達(dá)到了預(yù)期效果。
 
2)汽包水位的測(cè)量
汽包屬于高溫、高壓容器,目前一般采用平衡容器的安裝形式,見(jiàn)圖3a。

差壓液位變送器

 
由于汽包內(nèi)的水密度不是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度,所以必須對(duì)測(cè)量出來(lái)的液位根據(jù)壓力(汽包內(nèi)是飽和蒸氣,壓力與溫度對(duì)應(yīng))進(jìn)行修正。同時(shí),因?yàn)槠胶馊萜骱推麄?cè)取樣管的參比水柱H的密度與汽包內(nèi)的水密度也不一樣,故還需要對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)國(guó)電公司25項(xiàng)重要反措給出的汽包水位測(cè)量公式:
 

 液位變送器計(jì)算公式

 
式中:Pa為參比水柱平均水溫時(shí)的密度;Ps為飽和蒸氣密度;Pw為飽和水密度,kg/m3。
由于參比水柱H的溫度較高,其密度受環(huán)境溫度的影響,很難給出一個(gè)準(zhǔn)確值,所以只能用平均水溫(60℃左右)時(shí)的密度來(lái)代替,這就給測(cè)量帶來(lái)一定的誤差。而更重要的是,在實(shí)際運(yùn)行中,我們發(fā)現(xiàn):因?yàn)槁短飙h(huán)境的影響,A、B側(cè)平衡容器的溫度可以相差幾十度,致使同一時(shí)間內(nèi),兩側(cè)水位測(cè)量值出現(xiàn)較大偏差(達(dá)到80mm)。究其根本原因是因?yàn)椋@種傳統(tǒng)安裝方式的汽側(cè)需要蒸汽凝結(jié)成水后,提供一個(gè)固定的參比水柱,因此平衡容器不可能安裝得離汽包太遠(yuǎn),而且L段的取樣管不能太細(xì),以免形成水柱。
 
針對(duì)以上情況,設(shè)計(jì)了如圖3b所示的安裝方式:將壓力/差壓液位變送器的位置放到與汽側(cè)取樣管平齊,汽側(cè)取樣段采用普通的ф14mm或ф16mm的取樣管,并有一微小的朝下角度。壓力/差壓液位變送器遠(yuǎn)離汽包,使得汽側(cè)取樣管有足夠的長(zhǎng)度來(lái)冷卻蒸汽,汽側(cè)取樣管中的水柱,因?yàn)闆](méi)有高度,所以不會(huì)對(duì)壓力/差壓液位變送器產(chǎn)生壓強(qiáng)。水側(cè)取樣管的段實(shí)際上與汽側(cè)取樣管是平齊的。依圖安裝后,第1次的投入使用步驟如下:
 
首先鍋爐上水,汽包內(nèi)有0.2~0.5MPa壓力后,打開(kāi)壓力/差壓液位變送器本體上的排污口。讓汽包內(nèi)的水填滿(mǎn)水側(cè)取樣管,并從壓力/差壓液位變送器的排污口流出,此時(shí)關(guān)閉變送器本體排污口。這樣,由于排污口已封閉,即使汽包內(nèi)的水位下降到取樣口以下,水側(cè)取樣管內(nèi)的水也不會(huì)流回汽包。這就給變送器提供了一個(gè)固定的參比水柱H。因該參比水柱不是依靠蒸汽凝結(jié)形成的,因此只要合理選擇D段長(zhǎng)度可使參比水柱的溫度等于環(huán)境溫度,基本上是穩(wěn)定的。
此外,因?yàn)椴辉傩枰惭b平衡容器,其受環(huán)境溫度影響的問(wèn)題也就不再存在。
 
該安裝方式也適合除氧器的水位測(cè)量。安裝時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)及其優(yōu)點(diǎn)如下:
(1)保證汽側(cè)取樣管內(nèi)有水柱,并有足夠的長(zhǎng)度,避免壓力/差壓液位變送器兩側(cè)測(cè)量介質(zhì)出現(xiàn)溫度差,壓力/差壓液位變送器的壓力傳感部分對(duì)溫度是很敏感的。
(2)水側(cè)取樣管內(nèi)如果出現(xiàn)了氣泡,只要它上升到了段,就不會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。
(3)此種安裝方式的干擾因素少于平衡容器安裝方式,擁有更高的測(cè)量精度。

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