淺析液位變送器安裝方式如何影響水位測童的精度

 　　在火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，運行的各個設(shè)備，比如凝汽器水位、除氧器水位、汽包水位、高低加水位等等，都必須進行嚴格監(jiān)視和調(diào)整。水位測量是否**，對于工作水位的自動調(diào)整以及設(shè)備的安全與保護都是極為關(guān)鍵。目前使用的水位測量變送器大部分是智能型，技術(shù)比較成熟，測量精度高，但傳統(tǒng)的安裝方式卻使液位測量存在諸多弊端，給設(shè)備的安全經(jīng)濟運行造成不利影響，為此，對液位測量變送器的安裝方式應(yīng)予以探討和改進。
　　1.變送器測量水位的原理
　　變送器是一個很**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介質(zhì)的物理過程量，轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴孰娏?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**的液位測量變送器是壓力/差壓變送器。其結(jié)構(gòu)多種多樣，有電容式的，有擴散硅型等等，但基本測量原理是一致的。即利用液體的壓強公式p　=pgh進行計量。式中:p　為壓強.p為液體密度，對于某一溫度下的液體，p基本上是不變的，如果介質(zhì)溫度變化范圍較大，可通過溫度補償修正;g為重力加速度，對于某一地區(qū)，g為一固定值;h為液體的高度或稱液位。因此，變送器測量液體的高度h(液位)，實際上是通過測出不同液位產(chǎn)生的不同壓力(壓強)p　來計算得到的。
　　液位變送器變送器安裝及測量原理如圖1所示，變送器兩端測量到的差壓值△p　~(p　氣體十pgH)一p　氣體~pgH。通過換算(有時加上必要的零點遷移)，我們?nèi)庸芩畟?cè)取樣管變送器
 
 
　　圖1變送器液位測量原理圖
　　就可以得到需要的容器內(nèi)液位高度值ho
　　2.液位變送器安裝方式對測量精度的影響從變送器液位測量原理上來看是很簡單的，但實際上因工況的復(fù)雜性，會有許多因素影響水位測量的準確性。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，這樣就會在變送器的汽側(cè)產(chǎn)生1個附加的壓力，變送器兩端測量到的差壓值就變成乙p　一(p　汽體+pgH)一(p　汽體十p　吸結(jié))GpgH，即測量液位值比實際液位值小。
　　若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，由于變送器結(jié)構(gòu)的原因，就會造成較大的水位測量誤差。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，那么因為H'GH,}P=(P氣體十pgH')一p　氣體}pgH，即測量液位值會比實際液位值小。
　　針對上述情況，火電廠對于高溫、高壓容器內(nèi)液位的測量，雖然采取了多種安裝方式，但到目前為止還沒有一種方法能完全解決因為蒸汽凝結(jié)等現(xiàn)象帶來的種種問題。
　　3.液位變送器變送器安裝實例分析及措施
　　1)定子冷卻水箱水位的測量定子冷卻水箱屬于低溫、低壓容器。當(dāng)前各火力發(fā)電廠普遍采用的液位變送器變送器測量水位的安裝方式如圖2a所示。在正常工況下，氣側(cè)取樣管充滿氣體，但當(dāng)水位超過容器頂部很高時，水的過高壓力足夠壓縮氣側(cè)取樣管的空氣，使水進人B段取樣管，致使變送器測量到的差壓減小，顯示的水位也偏低，從而給出錯誤的信息。
　　常規(guī)的解決方法是在取樣管下部加裝一個儲水罐，但一旦水開始進人氣側(cè)取樣管，很快就可以填滿儲水罐，并進而填滿氣側(cè)取樣管，導(dǎo)致測量錯誤。因此，可將儲水罐移到氣側(cè)取樣管A段，其作用由儲水改為增壓，如圖2b所示，其原理如下:

 
　　設(shè)氣側(cè)取樣管內(nèi)徑}14mm，長度為5000mm,則氣側(cè)取樣管的容積為769690mm3。如果我們選擇內(nèi)徑為}140mm，高度為100mm的增壓罐，則增壓罐的容積為1539380mm3，是氣側(cè)取樣管容積的2倍。即使水位大大超過水箱頂部，水要進入氣側(cè)取樣管B段，也必須將增壓罐內(nèi)的空氣全部壓人氣側(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的1/3，壓強則要增至原來的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，氣體的壓力高于大氣壓力Pa，則水要進人B段取樣管，H段的水壓必須大于2Po，那么H的高度必須大于20m，這種情況在火電廠是不會出現(xiàn)的。而當(dāng)水位回復(fù)正常時，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，無需排污。經(jīng)上述改造，定子冷卻水箱水位測量準確，達到了預(yù)期效果。
　　2)汽包水位的測量汽包屬于高溫、高壓容器，目前一般采用平衡容器的安裝形式，見圖3


　　圖3汽包的液位測量
　　由于汽包內(nèi)的水密度不是標準狀態(tài)下的密度，所以必須對測量出來的液位根據(jù)壓力(汽包內(nèi)是飽和蒸氣，壓力與溫度對應(yīng))進行修正。同時，因為平衡容器和汽側(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，故還需要對此進行補償。根據(jù)國電公司25項重要反措給出的汽包水位測量公式:
　　DPX103=Hp，一(H一h)p，一hpw~H(p}一PS)+h(Ps一Pw)
　　從而可得:h~}PX10“一H(p。一Py)}P、一Pw)
　　式中:P。為參比水柱平均水溫時的密度;P、為飽和蒸氣密度;Pw為飽和水密度，kg/m30
　　由于參比水柱H的溫度較高。其密度受環(huán)境溫度的影響，很難給出一個準確值，所以只能用平均水溫(60、C左右)時的密度來代替，這就給測量帶來一定的誤差。而更重要的是，在實際運行中，我們發(fā)現(xiàn):因為露天環(huán)境的影響，A,B側(cè)平衡容器的溫度大可以相差幾十度，致使同一時間內(nèi)，兩側(cè)水位測量值出現(xiàn)較大偏差(大達到80mm)。究其根本原因是因為，液位變送器這種傳統(tǒng)安裝方式的汽側(cè)需要蒸汽凝結(jié)成水后，提供一個固定的參比水柱，因此平衡容器不可能安裝得離汽包太遠，而且L段的取樣管不能太細，以免形成水柱。
　　
 
針對以上情況，設(shè)計了如圖3b所示的安裝方式:將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}14mm或}16mm的取樣管，并有一微小的朝下角度。變送器遠離汽包，使得汽側(cè)取樣管有足夠的長度來冷卻蒸汽，汽側(cè)取樣管中的水柱，因為沒有高度，所以不會對變送器產(chǎn)生壓強。水側(cè)取樣管的L段實際上與汽側(cè)取樣管是平齊的。依圖安裝后，第1次的投人使用步驟如下:
　　*先鍋爐_L水，汽包內(nèi)有0.2w-0.SMPa壓力后，打開變送器本體上的排污口。讓汽包內(nèi)的水填滿水側(cè)取樣管，并從變送器的排污口流出，此時關(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)的水也不會流回汽包。這就給變送器提供了一個固定的參比水柱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段長度可使參比水柱的溫度等于環(huán)境溫度，P。基本上是穩(wěn)定的。
　　此外，因為不再需要安裝平衡容器，其受環(huán)境溫度影響的問題也就不再存在。
　　該安裝方式也適合除氧器的水位測量。安裝時應(yīng)注意的事項及其優(yōu)點如下:
　　(2)保證汽側(cè)取樣管內(nèi)有水柱，并有足夠的長度，避免變送器兩側(cè)測量介質(zhì)出現(xiàn)溫度差，變送器的壓力傳感部分對溫度是很敏感的。
　　(2)水側(cè)取樣管內(nèi)如果出現(xiàn)了氣泡，只要它上升到了L段，就不會對測量產(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，擁有更高的測量精度。

上一條：壓力(差壓)變送器安裝方式的改進
下一條：渦輪流量計安裝時直管段長度與測量精度的關(guān)系