火电厂热工测量及常规仪表.

火电厂热工测量及常规仪表作者：杨清2012年2月第一章常见的一些基本概念第二章压力测量第三章温度测量第四章流量测量第五章物位测量第六章机械量的测量第一章常见的一些基本概念在火力发电厂的生产中，热工测量是热力过程控制系统的一个组成部分。热工测量在控制系统中具有重要地位，通过热工参数的测量，可及时反映热力设备的运行工况，为运行人员提供操作依据；为热工自动化装置准确及时地提供信号；为运行的经济性计算提供数据。因此，热工测量是保证热力设备安全、经济运行及实现自动化的必要条件，亦是经济管理、环境保护、研究新型热力生产系统和设备的重要条件。其质量的好坏直接影响着自动过程的水平，也既影响着发电机组的安全性和经济效益。随着火力发电厂的热力设备日益向大容量、高参数的方向发展，电厂的自动化水平也日益提高，对热工测量的准确性、可靠性等的要求越来越高，测点数量也越来越多，并且随着新材料和新技术的使用，新型热工测量仪表不断涌现。据统计，600MW火力发电机组的热工测点达6000个左右，需使用DCS对大量的测量数据进行处理。在火力发电厂的运行中要求整个测量系统长期处于投入状态，能正确而及时地反映热力设备的运行情况，并改善运行人员的劳动条件。所以，从事热工测量工作的技术人员必须充分熟悉热工测量仪表和测量系统，掌握测量方法，对热力设备（即被测对象）的结构和性能也要有一定的了解。由于测量中总是存在着测量误差，测量工作者的任务之一就是要尽量使之减小，因此应选择合理的测量方法；所用的测量单位必须是国家法定计量单位；所用的测量工具必须足够准确，并事先经过检验。本篇主要讲述火力发电厂压力、温度、流量、转速、振动、物位等热工参数的基本测量方法，传感器的原理和性能，仪表的选用和测点的选择原则，测量系统的组成，仪表的校验和维护以等。这些内容涉及面很广，本篇只能介绍常用的测量方法和仪表，在各种实际的测量工作中，根据不同的对象来分析和解决测量问题。仪表的质量指标：主要包括评价仪表计量性能、操作性能、可靠性和经济性等方面的指标，包括可靠性、有效性、准确度、仪表的基本误差、仪表的准确度等级。仪表的示值误差：它表征仪表各个指示值的准确度，常用示值的绝对误差和相对误差表示。相对误差：若仪表的指示值为χ，被测参数的真值为µ，则相对误差=（χ-µ）/︱χ︱×100%。仪表的基本误差：在规定的工作条件下，仪表量程范围内各示值误差中的最大者。引用误差：仪表示值的绝对误差与该仪表量程之比，并以百分数表示允许误差：为了保证质量，对各类仪表规定了其基本误差不能超过该限值，此限值称为该类仪表的允许误差。动圈仪表：以磁电原理测量微安级电流的模拟式显示仪表，在工业上常将其他物理量转换成电流信号，利用动圈仪表进行显示。第二章压力测量第一节压力测量基础知识一、压力的概念(一）压力的定义垂直作用在单位面积上的分布力称为压力。(二）压力名词术语1.绝对压力以完全真空作零标准（参考压力）表示的压力，用pA表示。它是液体、气体或蒸汽所处空间的全部压力。2.大气压力地球表面大气自重所产生的压力，又称气压，用pb表示。它随海拔高度、地理纬度和气象情况等不同而变化。3.表压力以大气压力作零标准（参考压力）表示的压力，用pg表示。当绝对压力大于大气压力时，它等于绝对压力与大气压力之差（又称正压力）。4.负压力绝对压力低于大气压力时的表压力，它等于大气压力与绝对压力之差（又称疏空压力），用pv表示。5.真空度绝对压力低于大气压力时的绝对压力，用符号V表示。6.差压两个相关压力之差。7.静态压力不随时间变化的压力。由于绝对不变化是不可能的所以规定压力随时间的变化，每秒为压力计分度值的１％以下的变化压力为静态压力。8.动态压力压力随时间的变化超过静态压力所规定的限度的变化压力称为动态压力。二、压力计量单位(一)法定压力计量单位国际单位制（SI）中规定的压力单位名称是帕﹝斯卡﹞，用符号Pa表示。我国法定压力计量单位为帕及其与词头构成的10进制分数和倍数单位。一般情况下：真空用μPa（1×10-6Pa）和mPa（1×10-3Pa），即微帕和毫帕；气压用hPa（1×102Pa），即百帕﹝斯卡﹞；中、低压用kPa(1×103Pa)，即千帕﹝斯卡﹞；中、高压用MPa(1×106Pa)，即兆帕﹝斯卡﹞；超高压用GPa(1×109Pa)(二)非法定压力计量单位1.工程大气压（kgf/cm2，符号at）2.毫米水柱（mmH2O）3.毫米汞柱（mmHg）4.达因/厘米2（dyn/cm2）5.托（符号torr）6.标准大气压（符号atm）7.巴（bar）8.磅力/英寸2（bf/in2）它是英制单位，有时写作PSI，绝对压力写为PSIA，表压力写为PSIG，差压写为PSID。(三)压力单位的换算关系。如下表所示。三、压力测量的原理及分类（一）分类按其信号转换原理不同大致可分为以下几种：1.弹性式压力计。包括弹簧管压力计、波纹管压力计、膜盒式压力计。2.液柱式压力计。包括U型管压力计、单管压力计、斜管微压计。3.电气式压力计。包括电容式变送器、力平衡式变送器、霍尔变送器、振弦式变送器、压敏电阻式变送器。4.活塞式压力计。包括压力校验台。（二）原理1.弹簧管式压力表的测量原理弹簧管又称波登管，是一根弯成弧形、螺旋形或S形等形状的管子，成扁圆形或椭圆形。截面的短轴方向与管子弯曲的径向一致。当通入弹簧管内的压力较管外的压力高时，由于短轴方向的内表面积比长轴方向大，受力也大，使管子截面有变圆的趋势。即短轴要变长，长轴要变短，产生弹性变形，这时自然端必然要向管子伸直的方向移动。当变形引起的弹性力和压力产生的作用力平衡时，变形停止。自由端产生的位移，通过杠杆带动放大机构，使指针偏转一定的角度，借助刻度盘指示出被测压力值的大小。2.液柱式压力计的工作原理液体静力学指出：液体内某一点的静压力，由这一点的高度、液体的重度和外加压力决定。液柱式压力计就是根据这一原理测压的。当封液的相对密度一定，外界压力一定时，被测压力只与液柱高度有关，读取液柱高度即可得知被测压力的大小。3.活塞式压力计的工作原理活塞式压力计是根据流体静力学的力平衡原理和以帕斯卡定理为基础来进行压力测试的。测量时，由加压泵产生的被测压力作用在活塞上，它与活塞、承重盘及加在承重盘的砝码产生的力相平衡，使活塞压力计的活塞浮起来并处于平衡位置。这时根据已知的活塞有效面积，活塞、承重盘及加在承重盘的砝码的总质量和当地的重力加速度，即可求出被测量的压力值。4.电容式压力变送器的工作原理电容式变送器的敏感元件为电容，当有压力输入时，连在膜片上的电容与膜片一起产生微小位移，改变了电容的电容量。通过检测电路和转换放大电路，转换成二线制输出的4~20mA的直流信号。5.力平衡时压力变送器的工作原理被测压力通过弹性敏感元件转换成作用力，使平衡杠杆产生偏转，杠杆的偏转由检测放大器转换成4~20mA的直流电流输出，电流输入处于永久磁场内的反馈动圈中，使之产生于作用力相平衡的电磁反馈力。当作用力与反馈力达到平衡时，杠杆系统就停止偏转，此时的电流即为变送器的输出电流，它与被测压力成正比。6.压敏电阻式压力变送器的工作原理当被测压力作用到传感器上，其组织即发生变化。阻值变化通过电桥转换成电信号，再经过模/数（A/D）变换器送入微处理器。同时，环境温度和静压通过另外两个辅助传感器转换为电信号，再经过模/数（A/D）变换器送入微处理器。经微处理器运算处理后送至（D/A）变换器输出4~20mA的DC数字信号。第二节弹性式压力仪表弹性式压力仪表具有结构简单、便于携带、使用维护方便、测量范围宽、操作和使用安全可靠、价格比较便宜等特点。它可以直接测量蒸汽、油、水和气体等介质的表压力、真空（疏空）和绝对压力，测量范围可从几十帕到吉帕的超高压。但是，该类仪表有弹性后效等缺陷、精度不高、内部机件易磨损等缺点。一、弹簧管式压力表(一)弹簧管式压力表的规格和型号弹簧管式压力表分为压力表、真空表和压力真空表在电力系统中应用的弹簧管式压力表，主要有两类。一类是精密压力表，准确度等级为0.1级、0.16级、0.25级、0.4级、0.6级，主要用于检定一般压力表和精密测量；另一类是用于直接测量介质压力的一般压力表，准确度等级为1级、1.6（1.5）级、2.5级、4级。单圈弹簧管式压力表的型号和规范如下：型号由四部分组成：第一方格：Y——单圈弹簧管式压力表；Z——单圈弹簧管式真空表；YZ——单圈弹簧管式压力、真空表。第二方格：A——氨用；B——精密（标准）表；C——耐酸；Q——氢用；O——氧用、禁油；X——电接点。第三方格：表壳直径。有40mm、60mm、100mm、150mm、160mm、200mm、250mm等几种。。(二)专用弹簧管式压力仪表1.电接点压力表电接点压力表用作电气讯号设备、连锁装置和自动控制装置。它比普通压力表多一个电接点装置，有上下限控制指针。类似电接点压力表的还有压力控制器、压力继电器、压力信号器等。2.气体压力表为适应各种气体测试要求，在弹簧管式压力仪表中某些零件需要特殊材料，并注明用途。用途一般在表盘上用文字说明，或在衬圈、外壳上涂以所规定的颜色来表示：氧气——天蓝色、氢气——深绿色、氨气——黄色、氯气——褐色、乙炔——白色、其它可燃性气体——红色、其它惰性气体或液体——黑色。3.耐高温压力表4.带校验指针的压力表为使设备不超过某一工艺要求，仪表盘上标有红线或校验指针，便于操作者观察。另外装有可以移动的校验指针。5.耐振压力表将仪表内充灌阻尼液，使仪表指针和传动机构均浸在油液内，这样可减少环境振动、冲击引起指针的摆动，同时可以润滑传动机构。二、膜盒式压力表膜盒式压力表具有结构简单、灵敏度高的特点，用于气体介质的微压测量。其准确度比较低，有1.5级、2.5级和4级。三、弹簧式压力仪表的主要误差(一)非线性误差(二)机械摩擦引起的误差(三)表盘分度误差(四)示值判断误差读取示值时引入的误差。与仪表表盘的分度细度、表针宽度及读数方法有关。在读取示值时，应使指针尖端准确对准，指针刀锋面垂直表盘平面，精密压力表按分度值的1/10估读，一般压力表按分度值的1/5估读。(五)温度变化引起的误差(六)安装位置引起的误差四、弹簧式压力仪表的选择、安装和使用(一)压力仪表的选择选择压力表时应根据被测压力量值的大小、需要的准确度和测试环境条件来决定，因此选择时既要满足测量的准确度要求，又要安全可靠、经济耐用。在压力稳定的情况下，被测压力的最大值为仪表上限值的2/3；在压力波动的情况下，被测压力的最大值为仪表上限值的1/2；被测压力值不应小于仪表测量上限的1/3。至于仪表的准确度等级，只要能够满足工艺过程对测量的要求即可，不必选用过高的准确度等级(二)压力仪表的安装安装前应仔细核对型号、量程、准确度等级是否符合要求。对于有腐蚀性介质的、或有高温介质的、或压力有剧烈波动的情况下，均应采取一定的保护措施。如测量腐蚀性介质时，压力表前须加装隔离容器；测量高温蒸汽压时，在压力表前须加装冷凝装置；测量含尘气体压力时，在压力表前须加装灰尘捕集器。压力仪表的安装位置，应符合安装状态要求，且便于维护和检修。仪表表盘一般不应该呈水平状态，不然游丝将失去对齿轮间隙的控制作用。仪表取压点应在被测介质流动的直线管道上，仪表取压管口应与被测介质的流动方向垂直，与管道内壁平齐，而不能在急弯、阀门、死角或涡流处，不能有凸出物和毛刺，这是为了保证准确测量介质的静压力所必须的；对于被测介质为蒸汽时，应在工艺管道的两侧；对于被测介质为液体时，应在工艺管道的下部；对于被测介质为气体时，应在工艺管道的上部。若取压点和仪表安装位置不在同一水平面上，应对液柱高度差所引起的压力值进行修正。取压点和仪表安装处之间的距离应尽量短，以免指示迟缓。信号管路在取压点处应装有隔离阀，信号管路的敷设应有一定的坡度，测量液体或蒸汽压力时，信号管路的最高处应有排气装置，测量气体压力时，信号管路的最低处应有排水装置。应检查传压导管、阀门、接头及焊接处的严密性，如有泄露及时消除。启动压力表时，应先开