如何消除汽包差压式液位计测量误差?

2016/11/15 13:44:37 人评论 次浏览 分类:液位测量  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/1134.html

在锅炉汽包水位测量中使用最多的是差压式液位计测量方式,尽管很多单位选用了高精度的差压变送器(比如罗斯蒙特3051或单晶硅差压变送器,精度最高可以达到0.075级),但由于种种原因,在实际运行中其测量误差常常较大,有时甚至误差会达到20%-30%,所以往往造成操作人员的误判,从而导致操作失误,严重影响锅炉的安全稳定运行。因此,找出汽包水位测量误差产生的原因并尽量克服,具有重要的实际意义。

1、汽包水位差压式液位计工作原理
差压式液位计是将液位高低信号转换成相应差压信号来实现液位测量的仪器。它是由平衡容器(又称液位-差压转换容器)、压力信号导压管及差压变送器三部分组成的。液位信号首先由平衡容器转换成差压信号,然后差压变送器测出差压值的大小,并将液位信号转换成电流信号,远传至控制室进行连续液位指示、记录,并为水位三冲量调节系统提供液位信号。差压变送器准确测量汽包水位的关键在于液位与差压之间的准确转换,这种转换是通过平衡容器来实现的。差压式水位计
图1  差压式水位计与平衡容器

图1所示为一种简单的单室平衡容器,汽包的上连通管与单室平衡容器相接,容器的底部连接一导压管(简称“正压管”);汽包的下连通管直接与负压管相接。由于汽包的饱和蒸汽在单室平衡容器内不断地散热凝结,容器内液面总是保持恒定,所以正压管内水柱高度维持不变,而负压管内水柱高度则随汽包H变化而变化。因此,由正、负导压管得到的差压信号为:
△P=P+ - P-=Lρ1g -[Hρ′g+(L-H)ρ″g]=L(ρ1-ρ″)g-H(ρ′-ρ″)g
公式中,H为汽包水位高度;ρ1为平衡容器中水的密度;ρ′为汽包饱和水密度、ρ″为汽包内饱和蒸汽的密度;L为汽包上、下连通管间距离。由公式可知,平衡容器结构确定后(即L为已知常数),在汽包压力维持恒定(ρ′、ρ″确定)以及ρ1一定的条件下,正、负导压管的差压输出△P与汽包水位H呈单值函数关系。因此,若P+、P-接差压变送器,就可根据所测出的差压数值知道相应的液位值。

2、差压式液位计测量误差分析
由前面的公式可以看出,要想保持△p与H成单值线性关系,必须使ρ′、ρ″和ρ1为恒定值。但是汽包工作压力变化以及环境温度变化都会使ρ′、ρ″和ρ1产生变化,因而导致测量误差。由此可见,密度变化是汽包水位测量产生误差的主要原因,因此必须了解其变化规律,并采取相应的措施。饱和水及饱和蒸汽的状态只取决于压力(或温度),当压力(或温度)波动时,汽包内饱和水及饱和蒸汽的密度也相应发生变化。当汽包压力升高时,饱和水密度ρ′减小,饱和蒸汽密度ρ″增大。当上升到临界压力时,饱和水和饱和蒸汽的密度相同。由公式可知,汽包工作压力变化时,主要是负压头[Hρ′g+(L-H)ρ″g]的变化使差压△P发生改变。而ρ′与ρ″随压力变化的方向相反,因此负压头中的两项变化可互相抵偿。但因ρ′与ρ″的变化率不同,所以这两项变化不能完全抵消,而且在液位H不同时,这两项随压力变化的数值也不相同。

3、差压式液位计误差产生的原因及消除方法
本文以单室平衡容器安装为例来分析产生误差的原因,主要包括以下3种:安装不规范或错误安装、维护不及时或误操作、工艺系统或工况改变。
3.1 安装不规范或错误安装
3.1.1 测压点取的位置不合适一般来说测压点不会搞错。主要是上部单室平衡容器的进口必须与汽包上连通管在同一水平上,要严格按设计图纸来安装。安装时还要注意测压点是否有不洁物,如有要及时清理干净,防止安装后堵塞。

3.1.2 导压管路安装不规范
安装导压管路的主要目的是传递压力,不规范安装会造成正、负压侧产生附加误差,从而产生测量误差。
①导压管路太短或太长。
根据一般技术规定,导压管路应在3-50m之间,太短时测量波动大,太长则测量滞后;且在测量时应保证水平管线有1∶12的坡度,保证管道内充满液体,以免产生测量误差。消除方法是按照技术规定和设计来施工。
②导压管路正、负侧装反。
从测压点扯过导压管往差压变送器上装时正、负侧装错,等投用后出现问题还不容易查出原因,因为这点极易被忽视。导压管与差压变送器的连接请参阅《锅炉水位平衡容器气相管应连接差压变送器的高压室还是低压室》技术文章。 
③受热不均匀或离热源太近。      
平衡容器及连接管安装后,水侧连通管应加保温。但为使平衡容器内蒸汽凝结加快,汽侧连通管与平衡容器上部都不应加保温。

3.1.3 差压变送器安装不规范
差压变送器安装环境太差,如震动大、尘土大或者有强腐蚀介质。消除办法就是按照有关技术规定选择合适的位置来安装差压变送器,若属特殊情况必须在此环境中安装,则应按照现场实际情况采取防护措施,如增加防护箱或固定支架等。

3.2 维护不及时或误操作
为了保证汽包水位计的长周期稳定运行,精确进行各种计量,就要求相关人员平时精心维护仪器。否则由于维护不及时或误操作,都会引起测量误差的产生。
3.2.1 导压管三阀组堵或漏消除方法
按时巡检,发现问题要及时处理,漏则用工具紧固,堵则排污清洗,用手压泵或其他工具疏通,保证压力的正常传递。

3.2.2 冷凝液由于误操作流失消除方法
工作压力较低的平衡容器(如凝汽器、除氧器等)安装时,可在平衡容器顶部加装水源管或灌水丝堵,以保证平衡容器内有充足的凝结水,并能较快地投入差压式液位计。

3.2.3 差压变送器的飘零消除方法
要定期校验变送器的零点和量程。

3.3 工艺系统或工况改变
在高参数机组里,实际运行的参数随时都在发生变化。当压力发生变化时,ρ′、ρ″和ρ1也在发生变化。因此,液位的波动会比较大,从而给液位测量的准确度带来比较大的影响。消除方法:在平衡容器和汽包之间加入一凝结水管,这样可以使平衡容器内的水得到一定的缓冲,压力与密度相对比较稳定,如图2所示。
图2  单室平衡容器与差压变送安装示意图

4、结语

综上所述,建议通过以下步骤查找差压式液位计的测量误差原因:
①对于刚施工投用的液位计,其测量误差产生的原因多是安装不规范或错误安装;
②对于长期使用的液位计,测量误差产生的原因多是维护不及时或误操作;
③对于技改后出现的测量误差,多是系统或者工艺方面的原因。
本文作者:广东粤电集团靖海发电有限公司 李坚(男,四川达州人,工程师,研究方向:热力控制)
 

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