浅析电接点水位计的误差

浅析电接点水位计的误差发表时间:2002-10-11作者：陆宇坤摘要：一、概述电接点水位计是六十年代发展起来的一种水位计，是利用水及水蒸汽的电阻率明显不同的特点来实现水位测量的，属于一种电阻式水位测量仪表。电接点水位计由显示仪表、测量筒及装在测量筒中的若干个电接点组成：在锅炉启停炉过程中能准确反映汽包水位情况，广泛应用于电厂高压加热器、低压加热器、除氧器和汽包等水位的测量。在我厂，电接点水位计信号参与各种联锁及保护，因此分析电接点水位计的误差显得十分重要。二、电接点水位计误差的产生及分析1．固有误差由于屯接点(电极)以一定间距安装在测量筒上，由此决定其输出信号是阶梯式，无法反映两电极间的水位和I水位变化趋势，造成电接点水位计的固有误差。减少电接点的间距，可以减少电接点水位计的固有误差；但减少电接点的间距，也就是说增加测量筒开孔的个数，会影响测量筒的强度，增大风险。所以，减少电接点的间距是有限的，即电接点水位计的固有误差是无法消除的。2．“散热”误差由于在容器上直接安装电接点比较困难，一般都采用测量筒，将容器内的水引出，电接点装在测量筒中(见图1)。(1)直接“散热”误差由于测量筒及其引管向周围空间散热，其水柱温度实际上低于容器内水的温度，直接影响电接点水位计测量筒内水的密度ρ1，即测量筒内水的密度ρ1大于容器内水的密度ρ'，由(1)式可知电接点水位计显示的水位H，比容器内水位H低。由(2)式可以看出，电接点水位计测量筒散热越多，ρ1也就越大，因而测量误差｜△h｜越大，这种误差我们称为直接“散热”误差。为了减少直接“散热”误差｜△h｜，一般在电接点水位计测量筒的下部至水侧连通管应加以保温，以减少测量筒水柱温度与容器内水的温度之差：同时电接点水位计的汽侧连通管及电接点水位计测量筒的上部不用保温，并让汽侧连通管保持一定的倾斜度，使更多的凝结水流入测量筒，以提高电接点水位计测量筒内水的密度ρ1。(2)取样“散热”误差由式(2)可以看出，电接点水位计误差值｜△h｜与水位值H成正比，即水位值H越高(以水侧连通管作零点)，水位计误差值｜△h｜就越大，可以说存在取样“散热”误差。由图1可以看出，若容器内实际水位不变，当电接点水位计水侧取样孔及连通管向上移时(相当于零水位线上移)，容器水位示值H减少，则由式(2)可以看出，电接点水位计取样“散热”误差｜△h｜可减少。为了能测量到水位下限，电接点水位计水侧取样向上移是有限的，因此图1中取样“散热”误差是无法完全消除的。(3)工况“散热”误差随着容器压力的增高，ρ'减少，ρ增大，即在同样的散热条件下(ρ1-ρ')变大，(ρ1-ρ)变小，由式(2)可以看出测量误差｜△h｜增大，这种误差我们称为工况“散热”误差。在图1的电接点水位计中，容器的工作压力是由运行工况决定的，因此工况“散热”误差是无法消除的。从理论上讲，当ρ1=ρ'时，(1)式可以简化为H1=H，也就是说电接点水位计水位值等于容器内水位值(实际水位)：同时(2)式可以简化为△h=0，也就是说电接点水位计的三种”散热”误差均为0(无“散热”误差)。那么在什么情况下ρ1=ρ'呢?本人于2001年7月，在焦作电厂参观到一种高精度的电接点测量装置(见图2)，此装置与一般测量筒有三点不同处：(1)冷凝器：在测量筒上部，不保温，让测量筒内形成更多高温凝结水；(2)波纹管：在测量筒内部，增加换热面积，加速热交换，加热电接点测量筒内的水，其下部有引管至锅炉下降管；(3)引管：在测量筒下部，不保温，上与波纹连接，下与锅炉下降管连接，让波纹管的冷凝水顺利流至锅炉下降管，保证热交换不断进行。河南电力试验研究所在对焦作电厂高精度电接点测量装置的研究报告中提到：“在机组206MW负荷时，我们进行了新型测量筒内水样的温度测量，试验时汽包压力14．93MPa，对应杏得饱和温度342．12℃：在靠近下端的-100mm点测量筒内水样的温度测量结果为342.1℃。”从此报告可以说明，焦作电厂高精度的电接点测量装置大大提高了电接点水位计测量筒内水的温度，从而大大减少了“散热”误差。三、减少电接点水位计误差的方法1．固有误差的减少方法对于电接点水位计的固有误差，一般在正常水位附近，电接点的间距相对较小，以减少电接点水位计的固有误差。2．“散热”误差的减少方法一般高压锅炉(如300MW机组)在高水位运行时，汽包电接点水位计的“散热”误差值达100～150mm，有可能造成各种联锁及保护失效，因此对减少甚至消除“散热”误差最为关键。减少电接点水位计的“散热”误差应注意如下：(1)每一种水位计应单独取样(有单独的取样孔及连通管)：(2)容器与测量筒的连通管不宜长；(3)电接点水位计的汽侧取样管应向上向容器方向倾斜，水侧取样管应向下向容器方向倾斜，一般至少应有1:100的斜度：(4)电接点水位计汽侧取样管及测量筒的上部不用保温：(5)电接点水位计水侧取样管及测量筒下部的保温应良好：(6)锅炉汽包电接点水位计最好采用图2的装置。四、结束语从以上分析可知，电接点水位计不但存在“散热”误差(不易消除)和固有误差(无法消除)，而且存在漏点多、长期使用电极易结垢的缺点。也就是说，电接点水位计存在准确性差、安全性差的缺点。2001年12月21日，国家电力公司以国电发[2001]795号文向系统各有关单位印发了《国家电力公司屯站锅炉汽包水位测量系统配置、安装和使用若干规定(试行)》。规定中提到如下二点：(1)新建锅炉汽包应配备2套就地水位表计3套差压式水位测量装置，2套就地水位表中的1套可用电极式水位测量装置替代。在投锅炉汽包可根据现场实际和新建锅炉的配置要求进行相应的配置。(2)锅炉汽包水位的调节、报警利保护应分别取白3个独立的差变送器进行逻辑判断后的信号，并且该信号应进行压力、温度修正。(3)就地水位表可采用玻璃板式、云母板式、牛眼式。由此规定可以看山，电接点水位计开始不被广泛使用，而差压式水位计则越来越被广泛使用。目前，国外大部分火电厂的汽包水位，高、低加水位等均不采用电接点水位计，只采用差压水位计：差压水位计信号既参与水位调节，也参与水位的保护及联锁。所以，我们今后的工作重点应放在提高差压水位计的准确性利可靠性上。