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磁翻板液位计应用于蒸汽锅炉中液位测量的问题及解决方案

发表时间：2019-09-29 点击次数：653 技术支持：1560-1403-222

在公用电厂进行的非常关键的测量之一是锅炉汽包中的水位。通常使用各种装置来监测该鼓水位。当汽包压力不达到设计值时，基于差压的液位装置（甚至视镜）会出现测量误差。对于在较低压力下运行的锅炉，这些压力变化可能会被忽略，但对于大多数电站锅炉和许多工业锅炉而言，应该纠正这些不准确性。关于这一主题的一个很好的信息来源是ISA技术报告ISA-TR77.42.02-2009，化石燃料发电厂补偿差压基汽缸液位测量。

蒸汽鼓水平测量概述

典型的基于汽油压差的液位测量装置如图1所示。图中的汽包磁翻板液位计检测下鼓测量抽头和顶部测量抽头之间的压差。由于滚筒充满了蒸汽，并且没有流过传感线，蒸汽将在参考腿中冷凝并用水填充该腿。这意味着变送器实际上是在饱和温度和压力下比较水的高度加上滚筒中的蒸汽高度与饱和压力下参考支管中的水的高度之间的压力差，但环境温度或接近 - 环境温度。差压的这种差异也称为位移。因为温度相同的非常好的时间是鼓冷，

到20世纪50年代，通过纯机械装置测量鼓水平差压。当时的许多测量设备都是在磁翻板液位计上与机械流体直接接触的机械浮子。浮子在连杆的帮助下转动了一根主轴。经过压力填料和压盖后，主轴驱动机械指针。机械指针通常连接到气动装置，该气动装置可直接产生控制输出或将气动信号发送到另一位置。

这种性质的典型装置是Bailey LH水平机构。这些设备运行良好，但需要定期清洁和校准，因为它们依靠纯机械手段来指示水平。这些装置也可能具有与它们相关的显着位移，这就是参考腿上的储液器（也称为冷凝罐）的原因（参见图1）。没有（或不显着）位移的现代差压变送器不需要该储液器。

需要测量补偿

纯机械液位测量装置的限制是，在它们的基本配置中，它们不能补偿蒸汽鼓压力或环境温度的变化。这些与压力和温度相关的测量误差通常通过校准鼓磁翻板液位计来解决，以使其对于鼓正常操作压力和假定的环境参考腿温度（通常为100F）是正确的。这对于较低的鼓压应用通常是足够好的，但随着汽包压力的增加，必须找到机械解决方案以更好地处理这种现象。

许多制造商采用双管齐下的方法解决了这个问题。为了适应变化的鼓压力，差压测量装置还需要包括压力测量波登管或螺旋线圈。该附加装置连接到使用鼓压力的连杆，以改变施加到水平测量指针的主轴引起的运动的增益。Bailey LH仪表使用13H级螺旋线圈补偿器机构进行压力补偿。Yarway公司在其指针仪表中使用了一个波登管来执行相同的功能。

为了解决环境温度变化的问题，制造商开发了参考腿储液器的增强版本。这些增强型储层被称为温度补偿参考柱，温度均衡柱或温度补偿恒定顶室。其他制造商可能已经为这些设备提供了其他名称，但就本文而言，它们将被称为温度均衡色谱柱。

对温度均衡色谱柱的担忧

许多这些温度均衡柱可能是有问题的，因为在锅炉操作期间它们将参考腿保持在高温下。结果，参考支路的一部分可以在快速压力降低（负荷增加）时闪蒸成蒸汽，并且该反应将暂时导致错误的高水平测量，这增加了锅炉膨胀效应。一些柱的设计可能不太容易受到这种闪光现象的影响，因为其目的是使柱保持恒定温度，意味着略低于鼓饱和温度。测量误差也可能与这些柱的使用有关，因为参考腿的温度需要假定的温度。

制造商在20世纪60年代开始停止销售这些仪器，但它们仍然可以在许多发电厂中使用。在我们南部公司的一个工厂的两个蒸汽桶的管道中发现了两个不同制造商的温度均衡柱。这些设备的照片，去除了绝缘层，如图2所示。

压力补偿方程

对于所有类型的基于汽包差压（dP）的液位测量，液位变送器测量的dP与汽包中的水位成反比。随着水位上升，感应腿水柱接近参考腿水柱的高度。当蒸汽鼓中的水位达到与参考腿顶部相同的高度时，两条腿的高度相同，如果两条腿都是两条腿，则发射器的两条腿之间的压差为零在相同温度下（图3）。但是，如前所述，这些支腿通常不是用于蒸汽鼓水平测量的相同温度，并且这是与该测量技术相关的误差的主要来源。

使用图4所示的布置，由汽包磁翻板液位计测量的压差由以下等式表示：

dP =（H x W wo） - [（H w x W wd）+（H s x W sd）]

W w

哪里：

dP =变送器测量的差分（H 2 O）

H =水龙头之间参考腿的高度（英寸）

H s =滚筒中蒸汽柱的高度（英寸）

H w =滚筒中水柱的高度（英寸）

W sd =滚筒饱和压力下的蒸汽比重（磅/英尺3）

W wd =滚筒饱和压力下的比重（磅/英尺3）

W wo =水龙头间参考腿的水的比重（磅/英尺3）

W w =用于校准变送器的68F水的比重（磅/英尺3）

该公式是可用于大多数数字控制系统的锅炉汽包压力补偿算法的基础，说明了参考支路中水的比重（W wo）是补偿计算的重要部分。图4显示了当使用特定类型的温度均衡柱来开发用于差压测量的参考支柱时的实际水和蒸汽条件。图4表示Bailey Meter Co.和Republic Flow Meters过去的温度均衡柱设计。

在图4中，围绕参考腿下部的温度均衡柱中的水与蒸汽鼓中的水平衡。水可以寻求自己的水平; 然而，在这个特定的应用中，塔中的水比滚筒中的水稍冷，因此需要较短的冷却水柱与滚筒中的水平衡。

当然，工厂操作员希望将连接温度均衡柱和滚筒的管线隔离。然而，如果他们要做好柱子本身的绝缘工作，蒸汽可能永远不会冷凝形成所需的参考腿，或者参考腿的高度会随压力不断变化而变得不可预测。这些色谱柱的每个制造商都有自己的柱绝缘要求。

由于温度均衡柱比滚筒稍冷，位于图中平衡水上的蒸汽是湿蒸汽（蒸汽质量低）。蒸汽是湿的，因为蒸汽的压力与滚筒中的压力相同，但温度低于饱和温度; 基本上，它在平衡水上方空间的柱子里下雨。

这种湿蒸汽条件对压力补偿方程没有太大影响，因为塔中的水和蒸汽与滚筒中的水和蒸汽保持平衡，因此滚筒液位变送器处的传感腿压力仍应代表汽包中的水位。压力补偿方程中的未知数是参考腿的温度。必须假设该参考腿温度是多少，并且必须基于温度均衡柱的设计进行该假设。

减少测量误差

Bailey Meter Co.和Republic Flow Meter柱设计和绝缘方法是使参考腿尽可能接近饱和温度。相比之下，Yarway Corp.的设计和绝缘方法有点不同，因为该公司的理念是将参考腿温度保持在饱和度和环境温度之间的大约一半，根据为Yarway工作的PE的David A. Kalix说道。他在1995年的ISA论文“密度误差及其在锅炉汽包水平指示中的校正”中涵盖了这一主题。

参考支腿温度测量可以通过添加与参考支腿的管道外皮接触的热电偶改装到如图1所示的现有装置中。然而，为了进行这种改进，该热电偶需要连接在蒸汽鼓的顶部和底部连接之间的中间的高度处。如果为了防冻目的而对参考支柱进行伴热跟踪，则必须将热电偶放置在参考支管的另一侧，以免受热追踪。然后，该热电偶和与其相邻的参考腿管应隔热并防风雨。然后可以将热电偶带入控制系统并结合到鼓水平测量压力补偿算法中。

参考腿温度测量也可以改装到现有的温度均衡柱安装（参见图4和图2的右侧）。在这种情况下，热电偶将连接到顶部和底部柱连接之间的柱状表层，并且绝缘体将放置在其顶部之上。对于Yarway温度补偿恒定头腔（如图2左侧所示），必须将热电偶放置在与不锈钢下方的参考腿（也称为恒定头管）直接接触的位置钢夹克。

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