第10章 汽包水位测量

• 平衡容器输出差压变化范围应满足差压计测量范围的要求， 即在汽包压力最低情况下（ρW-ρS最大，Δp最大），水 位最低时（水位与差压成反比），平衡容器输出差压最大。 此差压最大值应等于差压计的差压测量上限Δpmax,有： Δpmax=(L-l)ρW5g+lρag-LρS5g (2) 联立求解式（1）和式（2）得
第10章 汽包水位测量
• 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。
§10.1 云母水位计
1 水位计结构 水位计采用连通管原理制成。 水位计的观察窗是用云母制作的，四周用螺栓紧 固。
石英管式水位计
三窗式水位计
2 测量情况
• 当水位计中水的密度等于饱和水密度时，水位计 的水位即是重量水位。 • 水位计放置在汽包外，由于散热，使水位计中水 柱温度低于饱和水温度。说明水位计的水位已不 是重量水位，指示偏低Δh。
本改进较好地解决了水温受环境的影响。 但也存在两个问题： • 当汽包压力发生变化时，ρW-ρS会发生变化，引起Δp变化，产生 水位测量误差。 如，由图11-3曲线，在H0水位情况下，当汽包压力从8MPa降到 4MPa时，（ρW-ρS)增大，因此，Δp0增大，指示水位降低。
• 在不同水位时，（L-H0-ΔH）不同，ρW-ρS变化产生的 Δp变化不同，即水位测量误差不同。 由于双室平衡容器的L总是大于H0，使汽包压力变化的影响 存在，减小（L-H0)有助于降低汽包压力的影响。因此， 进一步的改进就需要从平衡容器的结构、尺寸上进行。
需注意： • 上述的结构改造，只能使正常水位下的差压输出Δp0受汽 包压力的影响大为减小； • 在水位ΔH（ΔH≠0）时，差压输出Δp仍受汽包压力变化 的影响。 由Δp =Δp0-ΔH(ρW-ρS)g可知，汽包压力变化时， (ρW-ρS)会变化，差压输出Δp仍会变化。 为了进一步消除汽包压力变化对差压式水位计指示值的 影响，可以进行汽包压力校正。
3）分析 • 由于存在散热，正压室内水温由上至下逐步降低， 温度分布不易确定，ρ1不易确定。 • 负压室受到正压室散热的影响，温度分布不易确 定，ρ2不易确定。 因此，根据Δp测量水位就会产生误差。
2 平衡容器的改进1
在本结构中可认为，正、负压室内的水温等于饱和水温。 差压方程： Δp=LρWg-[(L-H0-ΔH)ρSg+(H0+ΔH)ρWg] =(L-H0-ΔH)(ρW-ρS)g
(Δh+h)ρWg=hρ1g+ΔhρSg
ρ1 − ρ w ∆h = h ρw − ρs
随着水位计中水的温度降低，ρ1增大，Δh增大， 即水位指示偏差增大。
§10.2 差压式水位计
将汽包水位通过平衡容器转换为差压信号，用差 压计测量出差压的大小，求出水位的高低。 1 双室平衡容器 1）作用 将水位变化转换为压差变化。 2）测量原理 水位计标尺的分度为+ΔH— 0 — -ΔH 正常水位H0时为“0”水位，高于正常水位时为正 水位，低于正常水位时为负水位。
3 平衡容器的改进2
改进后的平衡容器结构如下。ห้องสมุดไป่ตู้
1）差压信号 • 正常水位H0时： Δp0=[(L-l)ρW+lρa]g-[H0ρW+(L-H0)ρS]g • 水位+ΔH时： Δp=[(L-l)ρW+lρa]g-[（H0+ΔH)ρW+(L-H0-ΔH)ρS]g =Δp0-ΔH(ρW-ρS)g ρa为室温、汽包压力下水的密度，受压力的影响很小。
l (K1 − K4 p) + L( K1 − K2 p) − ∆p K5 − K6 p − ∆p = H= K1 − K2 p K1 − K2 p
其中 K5=lK3+LK1； K6=lK4+LK2。 K1、K2、K3、K4、K5、K6为常数。 根据上式建立的测量系统为：
• 张玲芳等。电站锅炉汽包水位测量研究进展。自 动化仪表，2008，29（6）：1~3，8. • 刘吉川等。汽包水位测量新技木。中国电力， 2006，39（3）：102~104.
∆ p max + H 0 (1 − L = ( ∆ρ s )( ρ a − ρ w 5 ) g ∆ρ w
∆ρ s − 1 )( ρ w 5 − ρ a ) g + ( ρ w 5 − ρ s 5 ) g ∆ρ w
∆ρ s l = ( L − H 0 )( 1 − ) ∆ρ w
式中：ΔρS=ρSe-ρS5;ΔρW=ρWe-ρW5。
∴
l ( ρ a − ρ w ) g + L( ρ w − ρ s ) g − ∆p H= (ρw − ρs )g
根据图11-3的曲线，将密度差(ρa-ρW)、(ρW-ρS) 近似表示为线性关系： (ρW-ρS)g=K1-K2p (ρa-ρW)g=K3-K4p 将该两式代入上式得水位与汽包压力、差压之间 的关系：
2) 平衡容器结构尺寸确定 需确定L与l值，降低结构尺寸对于水位测量的影响。 要求：在正常水位H0下，当汽包压力从很小值变化至额定 工作压力过程中，平衡容器输出的差压Δp0保持不变。 • 在很小压力值（如0.5MPa)下： Δp05=(L-l)ρW5g+lρag-H0ρW5g-(L-H0)ρS5g ρa为室温下水的密度，受压力影响很小，可认为是常数。 下标5表示在0.5MPa压力下的参数值。 • 额定工作压力下： Δp0e＝(L-l)ρWeg+lρag-H0ρWeg-(L-H0)ρSeg 下标e表示额定压力下的参数值。 根据要求，令Δp05=Δp0e （1）
双室平衡容器
• 在正常水位(H0)时，差压方程： Δp0=Lρ1g-[(L-H0)ρSg+H0ρ2g] • 在＋ΔH水位时，差压方程： Δp=Lρ1g-[(L-H0-ΔH)ρSg+(H0+ΔH)ρ2g] = Lρ1g-[(L-H0)ρSg+H0ρ2g]-ΔHρ2g+ΔHρSg =Δp0-ΔH(ρ2-ρS)g 在ρ1、ρ2、ρS为确定值时，Δp0为常数。Δp是汽包水 位ΔH的单值函数，随着水位增高，Δp减小。
4 汽包水位信号的压力校正 根据汽包压力与密度差之间的关系，利用汽包压 力对差压输出信号进行校正计算，以校正由于汽 包压力偏离额定值所带来的误差。 对于平衡容器改进2（图11-4）的平衡容器，输 出差压方程有： Δp =Δp0-ΔH(ρW-ρS)g =L(ρW-ρS)g-l(ρW-ρS)g-H(ρW-ρS)g (H=H0±ΔH)