差壓液位變送器液位測量的誤差分析

隨著工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化程度的提高，為了適應(yīng)市場需標(biāo)，控制自動(dòng)化過程的儀表的技術(shù)也在不斷提高，包括了生產(chǎn)過程中的液位計(jì)的測量、監(jiān)測與控制，目前在在全國各大發(fā)電企業(yè)中，這種現(xiàn)象特別明顯，發(fā)電廠中對(duì)于液位的測量與監(jiān)視，主要集中于水位的控制，水位是否合理與準(zhǔn)確，對(duì)于機(jī)組運(yùn)行的自動(dòng)化設(shè)備的穩(wěn)定與安全運(yùn)行是非常重要的。例如凝汽器水位、鍋爐汽包液位、加熱器水位、除氧器水位等。比如在機(jī)組剛啟動(dòng)過種中，各種液位測量值變化的幅度和頻率相對(duì)較大，會(huì)給運(yùn)行人員的操作起到誤導(dǎo)做用及影響自動(dòng)化投入率。所以，對(duì)熱工調(diào)試人員來說，正確調(diào)試和投運(yùn)設(shè)備就顯得非常重要了。
 
目前在發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)中，常用的液位計(jì)包括了差壓式液位變送器、電容式液位計(jì)、投入式液位計(jì)、浮子式液位計(jì)、超聲波液位變送器等等。本文重點(diǎn)對(duì)于差壓液位變送器和電容式液位計(jì)在液位測量過程中遇到問題進(jìn)行分析與研究，針對(duì)遇到的問題提出了相應(yīng)的解決方案，通過生產(chǎn)廠家的具體案例介紹了差壓液位變送器在投入運(yùn)行后相關(guān)的一系列情況。

 

　　2. 差壓式液位變送器

　　2.1 工作原理
　　差壓變送器工作原理就是把液位不斷變化的高度差轉(zhuǎn)變成壓力差，再通過二次轉(zhuǎn)換，變成4-20mA 模擬信號(hào)遠(yuǎn)傳到CRT，供運(yùn)行人員監(jiān)視。跟據(jù)下圖，具體分析、寫出公式。根據(jù)壓力計(jì)算公式可得如下計(jì)算式：
　　P+=ρgL P- =ρ2gH+ρ1（L-H）g
　　所以，得出正負(fù)壓側(cè)差壓計(jì)算式如下：
　　P= P+ - P- =ρgL-〔ρ2gH+ρ1（L-H）g〕
　　=gL ﹙ ρ-ρ1 ﹚ - gH ﹙ ρ2-ρ1 ﹚
　　L：正負(fù)壓側(cè)取壓點(diǎn)之間的距離。 ρ：正壓側(cè)測量管內(nèi)冷凝水密度。
　　ρ2：被測量容器內(nèi)水的密度﹙機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)﹚。
　　ρ1：被測量容器內(nèi)蒸汽的密度﹙機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)﹚。
　　H：被測量水位的高度。**********************************

　　所以，用上面的差壓式液位變送器測量水位，相對(duì)精度較高，有利于機(jī)組在正常工況下進(jìn)行水位調(diào)節(jié)，有利于熱工控制投自動(dòng)。一般多用于鍋爐汽包水位、除氧器水位測量。但也有一定因素對(duì)其測量的準(zhǔn)確度構(gòu)成影響。

　　2.2 影響因素和解決方法
　　2.2.1 壓力影響及解決辦法
　　機(jī)組啟動(dòng)或停運(yùn)時(shí)，水位變化較大，同時(shí)被測容器內(nèi)的壓力也相對(duì)變化較大，當(dāng)水位較高時(shí)，容器內(nèi)的壓力相對(duì)也較高，特別是負(fù)壓則P- 壓力值變化很大，同時(shí)會(huì)引起△ P 跟著變化，但是ρ1和ρ2 變化率是不一樣的，而且變化方向相反，水位H 升高時(shí)，P-隨容器工作壓力的下降而增大，△ P 就會(huì)減小，水位測量發(fā)生正誤差。然而，水位H 較低時(shí)，影響不是很大。解決辦法如下：
　　(1)差壓式液位變送器 利用DCS 功能進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，根據(jù)工作壓力與﹙ ρ2-ρ1﹚之間的關(guān)系，對(duì)輸出的差壓值進(jìn)行修正計(jì)算，就是采用數(shù)字計(jì)算進(jìn)行補(bǔ)償。
　　(2) 在正壓則增加擴(kuò)展容器與被測平衡容器聯(lián)通，使正壓側(cè)頭部始終保持充滿飽和蒸汽，不斷吸收飽和蒸汽冷凝時(shí)釋放出來的氣化熱能，這樣可以確保正壓側(cè)測量管內(nèi)的溫度與負(fù)壓側(cè)相對(duì)保持溫度一致，不會(huì)導(dǎo)致溫度相差太大，這樣，就可以保證汽水密度變化率相對(duì)平衡。
　　2.2.2 溫度影響及解決辦法
　　在大多電廠里，差壓變送器的正負(fù)測量管路引出的都較長，常溫下，測量管路向外散熱快，且是離取壓點(diǎn)越遠(yuǎn)，溫度相對(duì)越低，引起溫度從上至下分部不均，導(dǎo)致壓差轉(zhuǎn)換偏差，水位顯示基本上是偏低的。根據(jù)環(huán)境不同，影響也不同，在我國南方相對(duì)影響較小，但在北方，特別是冬季，影響特別明顯，所以，只能對(duì)測量管路進(jìn)行保溫處理才能解決問題。保溫時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
　　(1) 在我國南方如廣東，基本上不需要保溫，一年四季溫度相對(duì)較高，只需把差壓式液位變送器安裝在保溫箱中就行，設(shè)罝加熱裝罝，一但遇到天氣突發(fā)降溫，就投入加熱裝罝;(2) 在我國中部地區(qū)，要進(jìn)行儀表管路保溫，但是，千萬不能把測量筒、擴(kuò)展容器保溫，否則蒸汽無法冷凝成水，導(dǎo)致測量水位輸出不穩(wěn)定，CRT 顯示跳變;(3) 在北方，如北京、寧夏等地，儀表管路一定要保溫，而且要加裝伴熱帶，同時(shí)變送器要安裝在保溫箱中，保溫箱內(nèi)也要加裝加熱溫控器。

　　2.3 差壓式液位變送器冷態(tài)時(shí)的投用方法及注意事項(xiàng)
　　2.3.1 投用前確認(rèn)正負(fù)壓管路無交叉，一次閥、二次閥、排污閥全部關(guān)閉，平衡閥打開。
　　2.3.2 對(duì)照雙色水位計(jì)或磁翻板，找水位中心點(diǎn)相對(duì)位置、做好標(biāo)記和記錄。
　　2.3.3 用卷尺測量實(shí)際量程，確保變送器量程設(shè)罝與CRT 一致。
　　2.3.4 一定要等容器沖洗結(jié)束后，才能開始第一次投運(yùn)，避免水臟，堵死管路。
　　2.3.5 待容器滿水后，先打開正負(fù)壓側(cè)一次閥，再開排污閥，等排出的水干凈后，關(guān)排污閥，開二次閥，給測量管注水，此時(shí)，把正壓側(cè)變送器排氣孔稍開一點(diǎn)，同時(shí)用工具輕擊管路，減少氣泡存于管路中。注水結(jié)束后用萬用表測量變送器輸出電流，如與4mA 相差較大，說明測量管水沒注滿，應(yīng)繼續(xù)注水。
　　2.3.6 測量筒如果有排氣閥或孔，可人工注水。
　　2.3.7 從凝結(jié)水引一路管子連到測量筒的注水口，可穩(wěn)定自動(dòng)注水（適合除氧器、凝汽器、低壓加熱器采用差壓液位變送器測量時(shí)所用）。
　　2.3.8 待水注滿后，關(guān)閉平衡閥，此時(shí)變送器已投運(yùn)。讓操作員給被測容器放水，若電流輸出下降，說明差壓式液位變送器投運(yùn)成功。
　　2.3.9 機(jī)組運(yùn)行過程中，注意巡檢，確保排污閥、各接頭連接處無滲漏。

　　2.4 熱態(tài)時(shí)的投用方法及注意事項(xiàng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，特別是高溫、高壓下，液位經(jīng)常會(huì)跳變、不準(zhǔn)等情況，此時(shí)，就需重新投運(yùn)變送器。首先要解除水位邏輯保護(hù)。
　　2.4.1 液位顯示跳變，一般可用以下方法消除：用小活口扳手，分別把差壓變送器正負(fù)排氣孔慢慢打開一點(diǎn)，進(jìn)行排汽，可看到有白色、乳白色氣泡流出。再對(duì)正負(fù)壓側(cè)進(jìn)行排污，排污時(shí)間不能太長，以免損壞閥芯。重新投運(yùn)時(shí)，先投負(fù)壓，再投正壓，但間隔不能太長，以免差壓式液位變送器感壓元件或平衡閥閥芯損壞。
　　2.4.2 液位顯示偏差，可能原因：
　　(1) 測量管正、負(fù)壓側(cè)各連接頭或排污閥有滲漏;(2) 變送器感壓單元損壞;(3) 變送器平衡閥閥芯損壞;(4) 變送器量程與CRT 不一致;(5) 零點(diǎn)飄移;(6) 信號(hào)回路絕緣下降。

　　2.5 實(shí)際投運(yùn)案例
　　北京草橋二期鍋爐高、中、低壓汽包液位采用4 只差壓變送器及一只雙色水位計(jì)測量，差壓式液位變送器安裝在汽包下一層保溫箱內(nèi)，當(dāng)鍋爐水沖洗干凈后，第一次投用時(shí)（正負(fù)取壓管都沒有保溫），變送器投用正常（這之前，正負(fù)壓管路確認(rèn)無交叉，對(duì)照雙色水位計(jì)，水位中心點(diǎn)、量程等都已拉過水平、測量并做好記錄）。但是慢慢的，水位開始偏差大。消缺時(shí)，發(fā)現(xiàn)部份排污閥關(guān)不死或內(nèi)漏，處理后問題解決。
　　但在機(jī)組點(diǎn)火、升溫升壓后，水位開始跳變，重新投用，問題依舊。重新檢查管路，發(fā)現(xiàn)從取壓點(diǎn)至排污閥所有管路全部保溫（北方冬季氣溫低，業(yè)主要求管路保溫），正壓管水蒸汽無法順利冷凝，導(dǎo)致水位跳變，拆除正壓測量筒保溫后問題解決。

 

　　3. 電容式液位計(jì)

　　3.1 工作原理
　　電容式液位計(jì)是采用測量電容的變化來測量液面的高低的。它是一根金屬棒插入盛液容器內(nèi)，金屬棒作為電容的一個(gè)極，容器壁作為電容的另一極。兩電極間的介質(zhì)即為液體及其上面的氣體。由于液體的介電常數(shù)ε1 和液面上的介電常數(shù)ε2 不同，比如：ε1>ε2，則當(dāng)液位升高時(shí)，電容式液位計(jì)兩電極間總的介電常數(shù)值隨之加大因而電容量增大。反之當(dāng)液位下降，ε 值減小，電容量也減小。

　　3.2 校驗(yàn)及投用注意事項(xiàng)
　　電容式液位計(jì)主要是對(duì)液位的零點(diǎn)和滿度對(duì)行標(biāo)定，當(dāng)容器液位為零時(shí)，把電容式液位計(jì)輸出信號(hào)設(shè)為4mA，對(duì)應(yīng)零液位。把被測容器注滿液位，輸出信號(hào)設(shè)為20mA，對(duì)應(yīng)滿液位。電容式液位計(jì)根據(jù)廠家及型號(hào)的不同，具體參數(shù)設(shè)罝也不同，只要嚴(yán)格根據(jù)廠家資料設(shè)罝，正常投用時(shí)，測量是比較準(zhǔn)確的。

　　3.3 實(shí)際投運(yùn)案例
　　北京草橋項(xiàng)目二期，主油箱油位采用西門子生產(chǎn)的E+H、型號(hào)FMI51 電容式液位計(jì)測量，開始沒按要求標(biāo)定，因主油箱注油、排油麻煩，且油位尺度不易把握，只對(duì)油箱不為零時(shí)進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)果測量誤差較大，最后，我們做了一只小容器，容器內(nèi)注滿從油箱取來的潤滑油，按照說明書要求，把液位計(jì)放進(jìn)容器內(nèi)，模擬油箱油位標(biāo)定零位和滿度后問題解決。
 

　　4. 結(jié)束語

　　通過以上對(duì)液位計(jì)的投用分析、解決問題的方法，證明所做的分析和解決問題的方法是正確的，對(duì)以后的工作起到了一定的借鑒做用，使今后的工作少走彎路。