热工参数测量之液位测量

第五章液位测量第一节物位测量的基本知识第二节云母水位计第三节双色水位计第四节差压式水位计第五节电接点水位计第六节液位测量系统故障分析第一节物位测量的基本知识物位液位：设备或容器中液体介质液面的高低界位：两种互不相溶液体介质分界面的高低料位：块状、粒状或粉末状物质的堆积高度液位计界位计料位计物位计物位测量确定储存量物料平衡保证产量经济核算一、物位和物位计二、物位测量的意义三、物位测量的主要方法1.压力法根据流体静力学原理，静止介质内某一点的静压力与介质上方自由空间压力之差与该点上方的介质高度成正比，因此可以利用差压来测量液位，这种方法一般只用在液位的测量。2.浮力法利用漂浮于液面上浮子随液面变化位置，或部分浸没于液体中物质的浮力随液位变化来测量液位，前者称为恒浮力法，后者称变浮力法，二者均用于液位的测量。3.电气法把敏感元件做成一定形状的电极置于被测介质中，则电极之间的电气参数，如电阻、电容等，随物位的变化则改变。这种方法既可以用于液位测量，也可以用于料位测量。4.声学法利用超声波在介质中的传播速度及在不同相界面之间的反射特性来测量物位。液位和料位的测量都可以用此方法。5.射线法放射性同位素所放出的射线穿过被测介质因被其吸收而减弱，吸收程度与物位有关。1.压力法（1）检测原理压力式物位测量方法是基于液位高度变化时，液体对容器底面产生的静压力或差压也随之变化的原理。当被测介质密度为已知时，两点的压力差ΔP或B点的表压力P与液位高度H成正比，这样就把液位的检测转化为压力差或压力的测量，选择合适的压力（差压）测量仪表可以实现液位测量。BAPPPHg若PA为大气压力，上式变为：0BPPPHg（2）实现方法直接用压力测量仪表对液位进行测量。方法是将压力仪表通过引压导管与容器底面零液位相连。要求液体密度为定值，否则会引起误差。压力测量仪表实际指示的压力是液面至压力仪表入口之间的静压力，当压力仪表与取压点（零液位）不在同一水平位置时，应对其位置高差而引起的固定压力进行修正。被测对象为常压开口容器0BPPPHg容器底面的液体压力除与液位高度有关外，还与液面上部介质压力有关。因此可以用测量差压的方法来获得液位。差压检测法的差压指示值与液位高度有关。受液体密度和差压仪表的安装位置因素影响，当这些因素影响较大时必须进行修正。被测对象为密闭容器0PPgh0PPghPPP抵消了容器上部介质压力及气压变化对测量的影响。结论（3）量程迁移压力法要求零液位与检测仪表在同一水平高度，否则会产生附加静压误差。处理方法：对压力变送器进行零点调整，使在只受附加静压力时输出为“零”。量程迁移无迁移负迁移正迁移Hh量程迁移无迁移当H为零时，差压输出为零。保证正压室与零液位等高，则gHP1负迁移形成原因：加隔离罐或采用法兰式测量压差。1210ghgHPP正压室：220ghPP负压室：BgHhhggHPPP11221)(差压：当H=0时，差压变送器的输出并不为零，而是-B。为使H=0时，差压变送器的输出为4mA，就要消除-B的影响；由于要迁移的值为负值，所以称为负迁移。液位高度变化形成的差压值迁移量例：已知31/1200mkg32/950mkgmh0.11mh0.520~3.0Hm液位高度变化形成的差压值为：所以选择差压变送器量程为40kPa。112009.8335280gHPaPaghhB372408.9950)15()(212所以负迁移量为37.240kPa，即应该将差压变送器的零点调整为-37.240kPa。迁移后差压变送器的测量范围为-37.24~2.76kPa。正迁移110PhgHgP正压室：负压室：0PP差压：111PPPHghgHgC当H=0时，差压变送器输出并不为零，而是+C。为使H=0时，差压变送器的输出为4mA，就要消除+C的影响；由于要迁移的值为正值，所以称为正迁移。正负迁移的实质是改变变送器的零点，并且同时改变测量范围的上下限，而量程不变。液位高度变化形成的差压值迁移量2.浮力法浮力法分为恒浮力法与变浮力法两种形式。恒浮力法的基本原理：通过测量漂浮于被测液面上的浮子（也称浮标）随液面高度变化而产生的位移测量液位，测量过程中浮力维持不变。变浮力法的基本原理：利用沉浸在被测液体中的浮筒（也称沉筒）所受的浮力与液面位置的关系测量液位。恒浮力法恒浮力法包括浮标法、浮球法和翻板法等各种方法。浮球用不锈钢制作，安装在浮筒内，其上端连接有连杆，连杆顶端置有磁钢。当水位发生变化时，浮球带动连杆顶端磁钢在调整箱组件中非导磁的管道中上、下移动，当磁钢移动到上下限水银开关处，与水银开关上装有的磁钢相作用，带动水银开关动作，从而实现开关量控制。浮标式液位计翻板式液位计浮球液位计调整箱组件浮筒浮球连杆非导磁管下限水银开关磁钢上限水银开关正常工作的条件1.浮子不沉入液下2.浮子不脱离液面3.吃水线在浮子中央4.在液位最低时仍能保证绳索张紧而不松驰引起误差的因素•绳索长度的变化•摩擦阻力标尺读数的问题变浮力法变浮力法中典型的敏感元件是浮筒，它是利用浮筒由于被液体浸没高度不同以致所受的浮力不同来检测液位的变化。)(0xxCgAhmg0CxmgxhH当浮筒重力与弹簧弹力达到平衡时，当浮筒的一部分被液体浸没时，浮筒受到液位对它的浮力作用而向上移动。根据力平衡可得xCgAh由于hΔx，所以H=h，则xgACH弹簧的位移量与液位高度变化成正比。浮筒的连杆上连接有一铁芯，随着浮筒的位移在差动变压器内上下移动输出位移信号。3.电气法利用敏感元件直接把物位变化转换为电参数的变化。由两个长度为L，半径分别为R和r的圆筒金属导体组成。当两圆筒间充以介电常数为ε1的气体时，则由该圆筒组成的电容器的电容量为：rRLCln210如果两圆筒形电极间的一部分被介电常数为ε2的液体所浸没，设被浸没的电极长度为H，此时的电容量为121202()2lnlnLHHCCCCCRRrrHrRCln)(212电容式圆筒形电容器几何尺寸一定，电容器电容增量与液位高度H成正比；两种介质的介电常数的差值越大，△C越大，灵敏度越高。1•对于被测介质为导电性液体，则电极将被导电的液体短路。因此，只用一根电极作为电容器的内电极，一般用紫铜或不锈钢，外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作为绝缘层，而导电液体和容器壁构成电容器的外电极。•电容式物位计主要由电极（敏感元件）和电容测量电路组成。由于电容的变化量较小，因此准确检测电容量是物位测量的关键。目前在物位测量中，常见的电容测量方法主要有交流电桥法、充放电法和谐振电路法等。结论•电容法的基本原理：将物位的变化转换为由插入电极所构成的电容器的电容量的改变。结构简单，安装要求低。当被测介质粘度较大时，液位下降后，电极表面仍然会粘附一层被测介质，从而造成虚假液位示值，严重影响测量精度。被测介质的温度、湿度等变化都能影响测量精度，当精度要求较高时，应该采用修正措施。由于固体粉粒容易滞留在极间，所以此种方法不适于固体物位的测量。电容式物位计的特点测量极低温度下的液态气体时，由于被测介质的介电常数接近空气的介电常数，一个电容灵敏度太低。可以取同轴多层电极结构，把奇数层和偶数层的圆筒分别连接在一起成为两组电极，变成相当于多个电容并联的形式，以增加灵敏度。特殊场合的特殊安装形式测量大直径容器或介电系数较小的介质时，为增大测量灵敏度，通常只用一根电极，将其靠近容器壁安装，使它与容器壁构成电容器的两极。测量大型容器或非导电容器内装非导电介质时，可用两根不同轴的圆筒电极平行安装构成电容。电阻式工作原理：基于液位变化引起电极间电阻变化，通过测量电阻变化反映液位。液位计电阻棒材料、结构与尺寸一定时，电阻大小与液位高度成正比。02()RHhRKhA两根电极由两根材料、横截面积相同的，具有大电阻率的电阻棒组成，电阻棒两端固定并与容器绝缘。则其阻值为电阻式液位计既可以进行定点液位控制，也可以进行连续测量。所谓定点控制指液位上升或下降到一定位置时引起电路的接通或断开，引发报警器报警。电感式工作原理：利用电磁感应现象，液位变化引起线圈电感变化，感应电流也发生变化。电感式液位计既可进行连续测量，也可以进行液位定点控制。上限线圈浮子下限线圈超声波检测原理超声波发射换能器（探头）被置于容器底部，当它向液面发射短促的脉冲时，在液面处产生反射，回波被超声接收换能器接收。若超声发射换能器和接收换能器到液面的距离为H，声波在液体中的传播速度为v，则12Hvt声波法火力发电厂生产过程1.汽包水位是保证锅炉设备安全经济运行的重要指标。•水位过高，影响汽水分离装置的汽水分离效果，使锅炉出口饱和蒸汽湿度增加，含盐量增多，蒸汽品质恶化，造成过热器和汽轮机通流部分结垢，引起过热器管壁超温爆管，使汽轮机效率降低，轴向推力增加。•水位过低，影响锅炉水循环效果，使锅炉水冷壁某些部位过热发生爆管。2.促进蒸汽品质的研究和炉内过程改进工作的进行。五、锅炉汽包水位测量的意义对水位的要求：水管锅炉最低水位应高出最高受热面不少于100mm；横烟管锅炉应高出燃烧室或烟管顶部不少于75mm；竖烟管锅炉应不低于1/2烟管高度；混合式锅炉应高出热水管不小于50mm。横倾4o满足要求。水管锅炉最低显示水位应低于最低工作水位50mm。工作水位一般位于中段为宜。通常每台锅炉装设两只水位计，分设在左、右两侧。若两只水位计均已损坏，锅炉应立即熄火。最高工作水位最低工作水位最低危险水位炉水正常工作水位在此范围波动汽包水位：以汽包的底面作为参考平面时，蒸汽和液体间的界面与参考平面间的高度。自然循环锅炉中进行汽水分离和蒸汽净化，组成水循环回路并蓄存一定水量的长筒形容器。汽包六、锅炉汽包水位测量的概念2.实际水位：在汽包内的垂直方向上，介质湿度变化最快的位置与汽包底面间的高度。3.重力水位：若将汽包内的汽和水分别折算成汽中无水滴、水中无汽泡的单相状态，其中汽水“分界”面与汽包底面间的高度。1.理想水位：水位测量仪表保温条件好、没有散热，汽包内汽侧水滴分离出、水侧的汽泡逸出情况下的水位，即汽包内汽、水明显的分界面与汽包底面间的高度。在火力发电厂中，由于沿汽包轴向和横向汽水混合物引入管分布不均匀，各处水位不一致，而且由于虚假水位现象，汽包内很难确定真正的汽、水分界面，因此利用各种水位测量仪表测量的实际上是汽包的“重力水位”！一、玻璃管水位计1-玻璃管2-通汽阀(常开)3-止回阀4-通水阀(常开)5-冲洗阀(常闭)第二节云母水位计-利用连通器的静力平衡原理，液体内某一点的静压力与其所在位置的深度有关。结构简单，价格便宜，使用方便。水位显示不清晰，承压能力低(0.8MPa的锅炉)。特点二、云母水位计1'swsHH按照连通器液柱静压平衡的原理，只要汽包内和玻璃管内水的温度相同，两边液柱高度相等。1''wsgHgHHgHQ由于水位计向周围空间散热，云母水位计测量管内水柱的平均温度低于饱和水温度，则，所以H大于H’。1w设ρs-汽包内饱和蒸汽的密度；ρw-汽包内饱和水的密度；ρ1-云母水位计测量管内水柱的平均密度。sw1（一）基本测量原理（二）故障分析水位计中水位很快上升到顶部。水位计中水蒸气较缓慢地凝结，水位计中水位在值班期内无显著变化。通水管路堵塞或通水管路和通汽管路都堵塞。1.锅炉水位正常，如果通汽管路堵塞，2.锅炉水位正常，如果通水管路堵塞，3.如果水位计中水位静止不动，是因为（三）水位计的使用1.为了保证玻璃管(板)一旦被打碎时,上、下阀内的小钢球能自动密封,要求介质压力不得小于2×105Pa(2Kgf/cm2)。2.液位计投入使用时,先开启连接液位计上端的阀门,后开启连接液相的阀门。当设备停止运行时,要先停止液位计