壓力/差壓液位變送器的不同安裝方式對于液位測量效果

火力發(fā)電廠的凝汽器水位、除氧器水位、汽包水位、高低加水位等等，在生產(chǎn)過程中都必須進行嚴格監(jiān)視和調(diào)整。水位測量準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到水位的自動調(diào)整和準(zhǔn)確保護設(shè)備。目前使用的水位測量壓力/差壓液位變送器大部分是智能型，技術(shù)比較成熟，測量精度高，但傳統(tǒng)的安裝方式卻使液位測量存在諸多弊端，給設(shè)備的安全經(jīng)濟運行造成不利影響，為此，對液位測量變送器的安裝方式應(yīng)予以探討和改進。

 

 
1．壓力/差壓液位變送器測量水位的原理
壓力/差壓液位變送器是一個很廣泛的名詞，從詞義上理解就是“轉(zhuǎn)變、傳送的儀器”。在工業(yè)生產(chǎn)中，變送器的作用是將被測介質(zhì)的物理過程量，轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電量(0~5V/4～20mA等)，然后傳送到相應(yīng)的控制監(jiān)視系統(tǒng)。
 
在火力發(fā)電廠中使用為廣泛的液位測量壓力/差壓液位變送器是壓力／差壓變送器。其結(jié)構(gòu)多種多樣，有電容式的，有擴散硅型等等，但基本測量原理是一致的。即利用液體的壓強公式P=pgh進行計量。式中：P為壓強；ρ為液體密度，對于某一溫度下的液體，ρ基本上是不變的，如果介質(zhì)溫度變化范圍較大，可通過溫度補償修正；g為重力加速度，對于某一地區(qū)，g為一固定值；h為液體的高度或稱液位。因此，壓力/差壓液位變送器測量液體的高度h(液位)，實際上是通過測出不同液位產(chǎn)生的不同壓力(壓強)P來計算得到的。
 
壓力/差壓液位變送器安裝及測量原理如圖1所示，變送器兩端測量到的差壓值△P=(P氣體+pgH)-P氣體=ρgH。通過換算(有時加上必要的零點遷移)，我們就可以得到需要的容器內(nèi)液位高度值h。

 
 
2．壓力/差壓液位變送器安裝方式對測量精度的影響
從壓力/差壓液位變送器液位測量原理上來看是很簡單的，但實際上因工況的復(fù)雜性，會有許多因素影響水位測量的準(zhǔn)確性。在火電廠，容器內(nèi)大都是高溫、高壓的液態(tài)水，由于蒸發(fā)作用，容器上部不是非凝結(jié)性的氣體而是遇冷會凝結(jié)的蒸汽，因此汽側(cè)取樣管內(nèi)很容易形成凝結(jié)水，這樣就會在變送器的汽側(cè)產(chǎn)生1個附加的壓力，變送器兩端測量到的差壓值就變成△P=(P氣體+ρgH)-（P氣體+P凝結(jié)）<ρgH，即測量液位值比實際液位值小。
若壓力/差壓液位變送器安裝位置不當(dāng)，可能造成水側(cè)取樣管與汽側(cè)取樣管的溫度相差較大，由于壓力/差壓液位變送器結(jié)構(gòu)的原因，就會造成較大的水位測量誤差。又如水側(cè)取樣管的垂直部分產(chǎn)生了氣泡并附著在管壁上形成空段，那么因為H 針對上述情況，火電廠對于高溫、高壓容器內(nèi)液位的測量，雖然采取了多種安裝方式，但到目前為止還沒有一種方法能完全解決因為蒸汽凝結(jié)等現(xiàn)象帶來的種種問題。
 
3.壓力/差壓液位變送器安裝實例分析及措施
1)定子冷卻水箱水位的測量
定子冷卻水箱屬于低溫、低壓容器。當(dāng)前各火力發(fā)電廠普遍采用的壓力/差壓液位變送器測量水位的安裝方式如圖2a所示。在正常工況下，氣側(cè)取樣管充滿氣體，但當(dāng)水位超過容器頂部很高時，水的過高壓力足夠壓縮氣側(cè)取樣管的空氣，使水進入B段取樣管，致使壓力/差壓液位變送器測量到的差壓減小，顯示的水位也偏低，從而給出錯誤的信息。
常規(guī)的解決方法是在取樣管下部加裝一個儲水罐，但一旦水開始進入氣側(cè)取樣管，很快就可以填滿儲水罐，并進而填滿氣側(cè)取樣管，導(dǎo)致測量錯誤因此，可將儲水罐移到氣側(cè)取樣管A段，其作用由儲水改為增壓，如圖2b所示，其原理如下：

設(shè)氣側(cè)取樣管內(nèi)徑ф14mm，長度為5000mm，則氣側(cè)取樣管的容積為769690mm。如果我們選擇內(nèi)徑為ф140mm，高度為100mm的增壓罐，則增壓罐的容積為1539380mm，是氣側(cè)取樣管容積的2倍。即使水位大大超過水箱頂部，水要進入氣側(cè)取樣管B段，也必須將增壓罐內(nèi)的空氣全部壓入氣側(cè)取樣管。根據(jù)氣體公式PV/T可知，由于氣體體積壓縮至原來的1/3，壓強則要增至原來的3倍。若在正常工況下，氣側(cè)取樣管與水箱上部氣體相通時，氣體的壓力高于大氣壓力P。，則水要進入B段取樣管，H段的水壓必須大于2P。，那么H的高度必須大于20m，這種情況在火電廠是不會出現(xiàn)的。而當(dāng)水位回復(fù)正常時，增壓罐內(nèi)的水則流入水箱，氣側(cè)取樣管仍保持通暢，與水箱上部相通，無需排污。經(jīng)上述改造，定子冷卻水箱水位測量準(zhǔn)確，達到了預(yù)期效果。
 
2)汽包水位的測量
汽包屬于高溫、高壓容器，目前一般采用平衡容器的安裝形式，見圖3a。

 
由于汽包內(nèi)的水密度不是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，所以必須對測量出來的液位根據(jù)壓力(汽包內(nèi)是飽和蒸氣，壓力與溫度對應(yīng))進行修正。同時，因為平衡容器和汽側(cè)取樣管的參比水柱H的密度與汽包內(nèi)的水密度也不一樣，故還需要對此進行補償。根據(jù)國電公司25項重要反措給出的汽包水位測量公式：
 

 
式中：Pa為參比水柱平均水溫時的密度；Ps為飽和蒸氣密度；Pw為飽和水密度，kg／m3。
由于參比水柱H的溫度較高，其密度受環(huán)境溫度的影響，很難給出一個準(zhǔn)確值，所以只能用平均水溫(60℃左右)時的密度來代替，這就給測量帶來一定的誤差。而更重要的是，在實際運行中，我們發(fā)現(xiàn)：因為露天環(huán)境的影響，A、B側(cè)平衡容器的溫度可以相差幾十度，致使同一時間內(nèi)，兩側(cè)水位測量值出現(xiàn)較大偏差(達到80mm)。究其根本原因是因為，這種傳統(tǒng)安裝方式的汽側(cè)需要蒸汽凝結(jié)成水后，提供一個固定的參比水柱，因此平衡容器不可能安裝得離汽包太遠，而且L段的取樣管不能太細，以免形成水柱。
 
針對以上情況，設(shè)計了如圖3b所示的安裝方式：將壓力/差壓液位變送器的位置放到與汽側(cè)取樣管平齊，汽側(cè)取樣段采用普通的ф14mm或ф16mm的取樣管，并有一微小的朝下角度。壓力/差壓液位變送器遠離汽包，使得汽側(cè)取樣管有足夠的長度來冷卻蒸汽，汽側(cè)取樣管中的水柱，因為沒有高度，所以不會對壓力/差壓液位變送器產(chǎn)生壓強。水側(cè)取樣管的段實際上與汽側(cè)取樣管是平齊的。依圖安裝后，第1次的投入使用步驟如下：
 
首先鍋爐上水，汽包內(nèi)有0．2～0．5MPa壓力后，打開壓力/差壓液位變送器本體上的排污口。讓汽包內(nèi)的水填滿水側(cè)取樣管，并從壓力/差壓液位變送器的排污口流出，此時關(guān)閉變送器本體排污口。這樣，由于排污口已封閉，即使汽包內(nèi)的水位下降到取樣口以下，水側(cè)取樣管內(nèi)的水也不會流回汽包。這就給變送器提供了一個固定的參比水柱H。因該參比水柱不是依靠蒸汽凝結(jié)形成的，因此只要合理選擇D段長度可使參比水柱的溫度等于環(huán)境溫度，基本上是穩(wěn)定的。
此外，因為不再需要安裝平衡容器，其受環(huán)境溫度影響的問題也就不再存在。
 
該安裝方式也適合除氧器的水位測量。安裝時應(yīng)注意的事項及其優(yōu)點如下：
(1)保證汽側(cè)取樣管內(nèi)有水柱，并有足夠的長度，避免壓力/差壓液位變送器兩側(cè)測量介質(zhì)出現(xiàn)溫度差，壓力/差壓液位變送器的壓力傳感部分對溫度是很敏感的。
(2)水側(cè)取樣管內(nèi)如果出現(xiàn)了氣泡，只要它上升到了段，就不會對測量產(chǎn)生影響。
(3)此種安裝方式的干擾因素少于平衡容器安裝方式，擁有更高的測量精度。