新型雙室平衡容器在汽包水位測量中的應(yīng)用

王 寶 陳 駿

廣東省寶鋼特鋼韶關(guān)有限公司軋鋼分廠

新型雙室平衡容器在汽包水位測量中的應(yīng)用

王 寶 陳 駿

廣東省寶鋼特鋼韶關(guān)有限公司軋鋼分廠

汽包水位測量是汽包鍋爐運(yùn)行控制中的重要參數(shù)，雙室平衡容器具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、價(jià)格較低等優(yōu)勢(shì)，具有一定的補(bǔ)償能力，在汽包水位測量中一直被廣范采用。若對(duì)雙室平衡容器及其測量原理與補(bǔ)償?shù)确矫嫒狈Τ浞至私?，?huì)在測量過程中產(chǎn)生較大誤差，甚至造成嚴(yán)重后果。由于測量結(jié)果受汽包溫度、壓力及環(huán)境溫度影響較大，為了消除運(yùn)行參數(shù)變化對(duì)測量的影響，更準(zhǔn)確地測量汽包水位，引入了一種動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法。下面文中將會(huì)對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行闡述，僅供參考。

汽包水位測量；雙室平衡容器；應(yīng)用

鍋爐汽包水位不僅關(guān)系到所產(chǎn)生蒸汽的質(zhì)量，同時(shí)也是確保生產(chǎn)安全的重要參數(shù)。在工作過程中，采用雙室平衡容器測量汽包液位，是因?yàn)轱柡驼羝谀抑心Y(jié)釋放熱量，對(duì)其中正壓補(bǔ)償管和負(fù)壓管溫度進(jìn)行補(bǔ)償，并且平衡容器充分保溫，減少了熱量損失，由于正確地選擇了正壓補(bǔ)償管的高度，在汽包水位一定時(shí)，無論汽包內(nèi)的壓力如何變化，正壓補(bǔ)償管的壓力與負(fù)壓管的壓力變化值均相等，因而雙室平衡容器輸出的差壓不變。但是傳統(tǒng)雙室平衡容器的正壓側(cè)先于負(fù)壓側(cè)引出平衡容器，造成正負(fù)引壓管路在全量程測量范圍內(nèi)溫度不一致，從而產(chǎn)生一定的測量誤差。

1 雙室平衡容器

雙室平衡容器是具有一定自我補(bǔ)償能力﹑結(jié)構(gòu)簡單的汽包水位測量裝置，如圖1所示。在基準(zhǔn)杯上方有一個(gè)環(huán)形漏斗將平衡容器分割成兩部分，故稱雙室平衡容器。

1.1 工作原理

正壓頭連接導(dǎo)管將來自汽包的飽和蒸汽引入平衡容器并釋放汽化潛熱，凝結(jié)成飽和水，由導(dǎo)流盤引入基準(zhǔn)杯?；鶞?zhǔn)杯將凝結(jié)水所產(chǎn)生的壓力通過導(dǎo)管傳遞給差壓測量儀表—差壓變送器的正壓側(cè)。凝結(jié)水充滿基準(zhǔn)杯后，溢出流入溢流室使基準(zhǔn)杯中凝結(jié)水的液面高度保持衡定，如圖1所示。溢流室中過剩的凝結(jié)水通過導(dǎo)管引入鍋爐下降管，為保證溢流室與下降管間具有一定差壓，下降管開孔高度與基準(zhǔn)杯高度差一般大于10m。同時(shí)，飽和蒸汽在容器內(nèi)凝結(jié)所釋放的熱量，對(duì)整個(gè)平衡容器加熱，使平衡容器的溫度接近于汽包內(nèi)溫度。負(fù)壓側(cè)的⊥形連通器，水平部分一端與汽包相連，另一端與變送器的負(fù)壓側(cè)相連。差壓變送器通過測量正﹑負(fù)壓側(cè)的壓力差，得出汽包水位值。采用⊥形連通器保證了液體具有一定的流動(dòng)性，并能夠與平衡容器內(nèi)的溫度保持一致。

1.2 特點(diǎn)

1)水面不平穩(wěn)動(dòng)能極大的汽水混合物沖擊使水面形成漩渦﹑液柱和波浪；汽包壓力的波動(dòng)，則致使水冷壁中水沸騰的起始位置不斷發(fā)生變化。且水面各點(diǎn)液位分布不均，表現(xiàn)在汽包兩端水位低，而中部明顯的凸起。2)汽包內(nèi)加入有除垢藥品，致液面表面有泡沫存在。由以上可知：汽包水位是一個(gè)典型的較難實(shí)現(xiàn)的工藝參數(shù)，受到汽包溫度﹑壓力影響較多，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量有難度；同時(shí)也應(yīng)知道，片面地追求幾臺(tái)液位計(jì)指示完全一致是錯(cuò)誤的。

2 新型雙室平衡容器

由上述可知，雖然傳統(tǒng)雙室平衡容器具有自我補(bǔ)償特性，但想獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果，仍需要進(jìn)行復(fù)雜的溫度補(bǔ)償運(yùn)算。針對(duì)傳統(tǒng)雙室平衡容器的缺陷和弊端，介紹了一種新型雙室平衡容器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。與傳統(tǒng)雙室平衡容器相比，改進(jìn)后容器的正負(fù)壓側(cè)同時(shí)輸出平衡容器，使容器正負(fù)引壓管路在全量程測量范圍內(nèi)溫度保持一致，從而消除了溫度對(duì)液位測量結(jié)果的影響。由圖2可知，改進(jìn)后的平衡容器正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè)均由底部引出，保證了正負(fù)壓側(cè)在同一個(gè)溫度。

圖1 雙室平衡容器測量原理圖

圖2 新型雙室平衡容器結(jié)構(gòu)示意

改進(jìn)后的平衡容器正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè)均由底部引出，保證了正負(fù)壓側(cè)在同一個(gè)溫度。負(fù)壓側(cè)壓力為：

正壓側(cè)壓力為：

差壓為：因而相對(duì)于規(guī)定的零水位的汽包液位：

式中：h3— —連通器水平軸到正負(fù)壓側(cè)引出點(diǎn)的距離，mm。

由雙室平衡容器的特點(diǎn)可知，飽和蒸汽在凝結(jié)的過程中釋放的熱量補(bǔ)償了容器熱量的散失，同時(shí)通過充分的保溫措施可使容器內(nèi)的溫度與汽包內(nèi)溫度保持一致，因而對(duì)于特定的汽包，ρw和ρs為定值，又由于h2是容器本身制造尺寸為常數(shù)，因而由式可知，改造后的雙室平衡容器其測量結(jié)果與變送器的差壓成線性關(guān)系，消除了溫度對(duì)測量結(jié)果的影響。

3 運(yùn)行中遇到的實(shí)際問題

3.1 汽包未連續(xù)工作時(shí)，液位指示偏差較大

通過觀察發(fā)現(xiàn)，在汽包啟用﹑停止﹑排空時(shí)誤差較大，表現(xiàn)為和玻璃板參照數(shù)值指示偏差大，恢復(fù)時(shí)間較長，需要人為進(jìn)行灌水。

3.2 保溫對(duì)比裝置其他類型儀表，發(fā)現(xiàn)雙室平衡容器對(duì)保溫需求更高

究其原因，是雙室平衡容器對(duì)溫度變化敏感所致。當(dāng)容器外部保溫較薄時(shí)，由于熱輻射作用凝汽室內(nèi)無法維持和汽包內(nèi)汽水混合物相同的近300度高溫，凝結(jié)水的速度會(huì)加快，自然對(duì)流狀態(tài)依然在進(jìn)行，但已不能如實(shí)反映汽包內(nèi)的動(dòng)態(tài)平衡過程，測量的準(zhǔn)確性大打折扣。建議將平衡容器本體和聯(lián)通管路均進(jìn)行保溫，厚度和汽包本體保溫厚度一致。

3.3 安裝在外取熱汽包和蒸汽發(fā)生器的雙室平衡容器的安裝方式不同

根據(jù)安裝要求，雙室平衡容器的下放空要接至汽包的下降管上，以保證平衡本體和汽包內(nèi)的工況一致。如果將其放空誤接入汽包的排污線中，當(dāng)排污線的閥門動(dòng)作，平衡容器內(nèi)溫度和壓力急劇變化無法正常反映液位，只能選用不帶有下放空的雙室平衡容器或?qū)⑾路趴者M(jìn)行封堵。

通過對(duì)雙室平衡容器結(jié)構(gòu)﹑工作原理的介紹，推導(dǎo)出容器正負(fù)壓室的差壓計(jì)算公式，并通過計(jì)算公式證明傳統(tǒng)雙室平衡容器的自身缺陷及對(duì)測量結(jié)果的影響；提出了一種新型的雙室平衡容器，并證明其測量結(jié)果只與變送器的差壓有關(guān)，且成線性關(guān)系，消除了溫度對(duì)傳統(tǒng)雙室平衡容器測量結(jié)果的影響。實(shí)踐證明，改進(jìn)后的雙室平衡容器具有很高的實(shí)用價(jià)值。

[1]吳業(yè)飛，時(shí)敏.雙室平衡容器汽包水位測量及其補(bǔ)償系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表，2004，07：35-39.

[2]仇廣金，張鑫，李勝利.新型雙室平衡容器在汽包水位測量中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2016，03：84-86.