第九章-水位测量

第九章汽包水位测量及仪表水位保护的重要性（汽包锅炉）汽包是汽水的分界处。汽包水位是锅炉运行是否正常的重要标志之一。准确测量和控制汽包水位在规定的范围之内是保证锅炉安全运行的必要条件。水位过高：将破坏汽水分离效果，使饱和蒸汽湿度增大，含盐量加大，造成过热器受热面及汽轮机通流部分结垢；严重时会造成过热器和再热器超温爆管，蒸汽带水及汽轮机水冲击等破坏事故。水位过低：锅炉水循环将遭破坏，水冷壁安全受到威胁。以300MW自然循环汽包锅炉为例，其锅筒内径一般为1775mm左右，锅炉正常运行中要求维持正常水位在±50mm以内，当水位超出0±50mm时发出报警Ι值；当水位超出或达到±150mm发出报警Ц值。因此，电站锅炉水位计应保证锅炉参数变化时能够准确反映水位，并可实现远距离测量。测量汽包实际水位，涉及问题较多：汽包水位很不稳定，总是上下波动；汽水界面不明显（水侧含汽泡，汽侧含水滴）；沿汽包横向及轴向各处水位不一致；锅炉负荷突然变化会造成虚假水位。加热器水位•水位过高，会降低经济性。当水位不正常升高时，有可能是加热器管子破裂。而加热器水位过低，蒸汽将由疏水管流出。本级的高温高压疏水将排挤下一级加热器的部分抽汽，造成整个机组的回热经济性下降，另高速汽流冲刷疏水管还会加速管道损坏。除氧器水位•水位过高将引起溢流管大量跑水，若溢流不及，会造成除氧头振动；水位过低，会引起给水泵汽化。锅炉~汽机发电机机低加高加凝汽器机除氧器凝泵给泵煤粉空气凝汽器水位•水位过高时，凝结水将淹没部分凝汽器铜管，从而造成凝汽器真空值下降。水位过低，会引起凝结水泵入口压力降低造成泵汽化。汽包水位的测量•汽包水位过高会造成蒸汽带水，使蒸汽品质恶化，轻则使管道和汽轮机结垢加重，降低效率，重则使机组发生严重事故。水位过低会破坏锅炉水循环，使水冷壁局部过热甚至发生爆管。水位计种类云母水位计双色水位计差压式水位计电接点水位计补充：液位计的类型•直读式：如玻璃管液位计、玻璃板液位计直读•浮力式：如浮球式液位计直读•静压式：如差压式液位计连续测量、调节•电磁式：如电接点液位计导电液体、断续信号•电容式液位计连续测量•超声波液位计非接触式液位测量仪、连续测量•辐射式液位计非接触式液位测量仪、连续测量第一节云母水位计和双色水位计云母水位计是玻璃水位计的一种，属于直读式液位计。云母水位计主要用于高压锅炉汽包水位测量，对于中压或低压锅炉，连通管可采用平板玻璃制造，称为玻璃水位计。重量水位概念重量水位：将水位上、下联管间的测量段上的汽水混合物密度，折合成汽包工作压力下饱和水密度时相应的水位，称为重量水位。1、基本结构水位计的上部与汽包的蒸汽空间相通，水位计的下部与汽包的饱和水相通，构成一个连通器。根据连通器原理，水位计中的水面高度与汽包水位相同，因此从水位计的水面高度便可看出汽包的水位值。一、云母水位计2、测量误差云母水位计处于汽包外，由于散热，水位计中水的平均温度低于汽包压力下的饱和水温度。存在测量误差。上部水由于蒸汽不断凝结，温度接近饱和温度，下部水温度较低。云母水位计中水的平均密度ρav和汽包中饱和水的密度ρw不同；云母水位计指示值He和汽包重力水位H不同，其差值：swsaveHH由于水位计向周围空间散热，连通器内水柱温度低于汽包内的饱和水温度，其密度大于相同压力下的饱和水密度ρ’，因此水位计指示的水位值，比汽包内实际水位要低水位越高，云母水位计指示值越偏离汽包实际水位。保温效果对测量产生影响。3、云母水位计的使用(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2×10^5Pa(2Kgf/cm^2)。(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，要先停止液位计的使用。(3)定期清洗玻璃管(板)内外壁污垢，使液位显示清晰。(4)用根据被测介质的压力和温度合理选用液位计，不得把低压产品用在高压设备上。(5)当以液位指示值来计算大容器内的介质数量时，应考虑到介质温度，压力等影响及容器形状不规则而引起的误差。•优点：直接测量水位，使用方便，在液位测量中得到广泛应用。••缺点：只能就地监视，液位信号不能远传和记录，而且不适用于粘稠及有深色的液位测量。二、双色水位计是在云母水位计的基础上，利用光学系统改进其显示方式的一种连通式水位计；水和蒸汽对光的折射率不同，使汽水分界面显示成红、绿两色，即汽柱显红色，水柱显绿色，提高了显示清晰度。•1．双色水位计工作原理2．工业电视监视汽包水位双色水位计可在就地监视水位，还可以采用工业电视系统远传至控制室进行水位监视。•3、双色水位计的安装•每个水位测量装置都应具有独立的取样孔•水位测量装置安装时，均应以汽包同一端的几何中心线为基准线•就地水位表的零水位线应比汽包内的零水位线低，降低的值取决于汽包工作压力4、故障分析与处理方法第二节差压水位计压力可用液柱高度来表示；反之，液柱高度(即液位)也可用压力(或差压)来表示。差压式水位计就是将液位高度变化转换成差压信号来测量水位的。水位信号首先由水位－差压转换容器转换成差压信号，差压计测出差压值的大小，并指示出水位的高低。差压式水位计由水位－差压转换容器（平衡容器）、压力信号导管及差压计组成。•由水位-差压转换容器(又称平衡容器)、压力信号导管及差压计三部分组成的中间件显示件传感器工作原理gHgppp)'()(L1由式可以看出，水位越高，差压越小，两者之间成反比关系。如果在正常水位的输出差压为△P0，则水位偏离正常水位所输出差压可表示为：Hgpps)(20差压式水位计准确测量汽包水位的关键在于水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。正压负压汽包的上连通管与宽容器相连，引出正压头；汽包的下连通管与负压管相连；由于汽包内的饱和蒸汽在宽容器中不断散热凝结，宽容器中水面高度是定值。负压管内水位高度随汽包水位H而变化。双室平衡容器结构当平衡容器结构确定后（L为已知常数），ρ1ρ2ρs确定时，正常水位时的差压输出△P0就是常数，平衡容器的差压输出△P是汽包水位变化△H的单值函数。水位增高，输出差压减小。要想保持△P与H成单值线性关系，必须使ρ1ρ2ρs为恒定值。ρ1：正压容器中水的密度ρ2：负压容器中水的密度Ρs：汽包压力下饱和蒸气密度•【例5-1】已知图5-6中双室平衡容器的汽水连通管之间的跨距L=300mm，汽包水位分别为H1=100mm，H2=150mm，H3=200mm，饱和水密度ρ’=680.075kg/m3，饱和蒸汽密度ρ”=59.086kg/m3，正压室中水的密度=962.83kg/m3，试求此时平衡容器的输出差压为多少?•解按力学原理，当汽包水位在任意值时，平衡容器的输出差压为•△p=p+-p-•由此可得，在不同水位时平衡容器的输出差压分别为•△pl=0.3×(962.83-59.086)×9.81-0.10×(680.075-59.806)×9.81=2678.7(Pa)•△p2=0.3×(962.83-59.086)×9.81-0.15×(680.075-59.806)×9.81=1746.9(Pa)•△p3=0.3×(962.83-59.086)×9.81-0.20×(680.075-59.806)×9.81=1442.8(Pa)【例5-1】•解在不同水位时平衡容器的输出差压分别为•H1=100mm，△p1=2678.7(Pa)•H2=150mm，△p2=1746.9(Pa)•H3=200mm，△p3=1442.8(Pa)•水位越高，差压越小【例5-2】已知图5-6中双室平衡容器的汽水连通管之间的跨距L=550mm，汽包正常水位H0=300mm，要求计算：（1）汽包压力10.5MPa，正压室水温40℃，汽包在正常水位时的输出差压值；（2）汽包压力10.5MPa，正压室水温80℃，汽包在正常水位时的输出差压值；（3）汽包压力5MPa，正压室水温40℃，汽包在正常水位时的输出差压值；（4）汽包压力0.5MPa，正压室水温40℃，汽包在正常水位时的输出差压值；已知10.5MPa时，饱和水密度ρ’=680.075kg/m3，饱和蒸汽密度ρ”=59.086kg/m3，5.0MPa时，饱和水密度ρ’=777.73kg/m3，饱和蒸汽密度ρ”=25.374kg/m3，0.5MPa时，饱和水密度ρ’=915.08kg/m3，饱和蒸汽密度ρ”=2.668kg/m3，10.5MPa，40℃，正压室中水的密度ρ1=996.81kg/m3，10.5MPa，80℃，正压室中水的密度ρ1=976.37kg/m3，【例5-2】•解按力学原理，当汽包水位在任意值时，平衡容器的输出差压为•△p=p+-p-•由此可得，在不同水位时平衡容器的输出差压分别为•△p1=3231.9(Pa)•△p2=3121.6(Pa)•△p3=3027.2(Pa)•△p3=2678.7(Pa)双室平衡容器实际使用中存在的问题环境温度越低，冷凝水密度越大，差压越大，指示水位下降，指示带有负误差。平衡容器温度由上往下，不断降低。负误差增加量跟平衡容器尺寸、结构型式有关。减小影响——保温差压式水位计误差分析由于汽包工作压力变化以及环境温度变化都将使密度发生变化，因而产生测量误差。密度变化是产生水位测量误差的主要原因。饱和水的状态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。散热引起的误差采取对平衡容器及汽水连通管加保温汽包压力低于额定值时，差压式水位计指示偏低；误差还与水位、平衡容器结构尺寸有关；低水位比高水位误差大；在机组启、停或滑压运行时不能使用差压式水位计。平衡容器改进为了使正压管中水位恒定，加大正压容器的截面积，并在其上安装凝结水漏盘；用蒸汽对正压容器加热，接近饱和温度；在设计平衡容器时，如果能确定恰当的L和l值，使汽包压力从很小值(例如0.5MPa)变至额定工作压力时，正常水位下平衡容器输出的差压不变，那么就可消除差压式水位计的零位漂移。平衡容器的改进S800mm工作原理只要在设计平衡密器时，通过确定适当的L和L值，可使得在汽鼓压力从很小的值(例如5公斤力／厘米)变到额定工作压力时，正常水位下平衡容器输出的差压△P。不变。从而消除差压式水位计的零位漂移问题题。汽包水位信号的压力校正汽包压力与密度差近似为线性关系，利用函数发生器将其输出与差压信号进行校正计算，可消除ρsρw变化对△P的影响，即消除由于汽包压力偏离额定值带来的误差。采取的主要措施是对平衡容器及汽水连通管加保温及通过设计合理的结构尺寸达到对汽包压力的补偿。通过测取汽包压力，环境温度及它们对饱和水密度，饱和蒸汽密度，冷凝水密度影响的计算公式可以做到更理想的补偿。第三节电接点水位计电接点水位计在水位测量中广泛应用，它采用电信号，便于远传，而且结垢简单、迟延小，能够适应锅炉变参数运行，在锅炉启停过程中都能准确地显示汽包水位。输出信号是不连续的开关信号，一般只做水位显示，或在水位越限时进行声光报警，不宜用作调节信号优点：•电信号，便于远传指示•结构简单、迟延小、反应灵敏•能够适应锅炉变参数运行•无机械传动部件•缺点：•输出的信号是不连续的开关信号•电接点失灵故障一、工作原理•电接点水位计是利用汽包内汽、水介质的电阻率相差很大的性质来测量汽包水位的。•纯水，电阻率104Ω·m•饱和蒸汽，电阻率106Ω·m•炉水含盐量大，电阻率约10Ω·m工作原理由水位容器、电接点和水位显示器等组成。电接点安装在水位容器的金属壁上，电极芯与金属壁绝缘，显示器内有氖灯，每一个电接点的中心极芯与一个相应氖灯组成一条并联支路。水位容器中，汽水界面以下的电接点被水淹没，而汽水界面以上的电接点处于饱和蒸汽中。饱和水和饱和蒸汽的导电性能有很大差别，当某一电极被淹没在水下时，因水的导电性能