汽包水位测量和仪表原理使用与维护

液位检测与仪表
——汽包水位测量和仪表原理、使用与维护 吉林钢铁与信息自动化处
仪表技术室 2009年3月25日
目录
前言 一．浮球液位控制器 二．磁翻柱液位计 三．云母液位计 四．玻璃液位计 五．电接点液位计 六．差压式液位计
1. 双室平衡容器
2. 汽包水位测量
七．热学法 八．超声波法 九．微波法 一○．磁电法 一一．光学法 一二．其他液位计
2. 可靠性高
汽包水位测量系统应从取样开始，到信号转 换控制和保护回路，以及供电回路均应十分可靠。
此外，除了提高装置本身的可靠性外，还应 提高系统的可靠性，包括对汽包水位测量、控制和 保护系统的配置应采取严格的冗余要求，应采用两 种或以上工作原理共存的配置原则；锅炉汽包水位 控制和保护用的水位测量信号应采取三重冗余等。
电极式水位计的检测部分由一密封连通管和电极组成。它 可根据要求的测量范围,在连通管上装有很多个电极,电极用氧化 铝与管道绝缘,并用电缆线引出,连通管作为一个公共电极.也与 电缆相连。 这样实现连续测量的方法是很多个断续点测量组成 的,当测量点个数很多或无限增加时,就是连续测量。
当水位达到某一电极时,就把它和壳体接通(壳体为一个极) 短路,于是该回路中就有电流通过。经电缆4接到显示仪表3,显 示仪表有与电极相对应的一排氖灯,每灯间光线相互隔开,灯前为 有色玻璃体淹没了多少电极,就有多少氖灯燃亮,因此,根据显示 仪表中氖灯的燃亮的多少,就能非常形象地反映液位的高低。
在被测液位的金属容器上,根据要求的测量范围安 装一组电极。电极均用绝缘材料(常用聚四氟乙烯)与 容器绝缘,并用导线与灯泡连接,接上安全电压(36V或 24V),电源的另一端与容器相连接.当液位上升到某一 电极时, 因被测介质是导电液体,电路形成通路,此电 极上的灯泡点亮,从而达到测量液位的目的。
2. 电极式水位计
一．◎UQK浮球液位控制器
二．由测量和输出两部分组 成，当液位变化时，浮球 随之上下移动，从而使磁 钢摆动。根据磁性同性相 斥原理，使触点接通或断 开
二、磁翻柱液位计
UHZ-517系列磁翻柱液位计最 显著的特点是液体介质与指示器完 全隔离，所以在任何情况下都非常 安全、可靠、耐用，而且各种型号 的液位计配上液位报警、控制开关 ， 可实现液位或界位的上、下限越位 报警，控制或联锁。
五.电接点液位计
电极式液位计是一种简易的液位测量仪表。可以 自制,也有许多定型产品可供选用，与发讯装置或控制 线路配合使用。可以测量密闭容器导电液体的液位。
A. 优点：指示值受汽包压力变化的影响较小，并能方便地 远传液位信号。
B. 缺点：指示不连续。
1.电接点水位计
利用汽包内汽、水介质的电阻率相差极大的性质 来测量汽包水位。
玻璃板式液位计可以直接观察罐内液面的高度。 它是将特制耐压的厚玻璃板镶嵌于压盖与承座之间， 上下用阀门与储罐相连通，液位计上指示的液面高度 即为储罐内液面的高度；
A. 优点：可直接观察储罐内液面的高度，结构简单，制造方 便。
B. 缺点：玻璃易碎，且不能自动记录、读数，有时候读数有 假象。所以这种液位计不允许用在槽车上。
若两侧介质温度不同,可按下式进行修正: H = h(p/p')
式中：H —容器内液位高度 h —液位计读数 p‘ —液位计中介质在温度t’时的密度 p — 容器中介质在温度t时的密度
2.云母水位计的使用
A. 为了保证玻璃管(板)一旦被打碎时,上,下阀内的小 钢球能自动密封, 要求介质压力不得小于 2×105Pa(2Kgf/cm2)。 B. 液位计投入使用时,先开启连接液位计上端的阀门, 后开启连接液相的阀门.当设备停止运行时,要先停止 液位计的使用.
A. 最大优点:结构简单直接反映汽包水位，,使用直观、方便可靠,价格 便宜,可以自制; 在液位测量中得到广泛应用。
B. 缺点:是玻璃强度低,液位显示信号不够清晰只能就地监视不能远传和 记录,而且不适用于粘稠及有深色的液位测量。
1. 云母水位计的工作原理
2. 云母水位计的使用
1. 工作原理
玻璃液位计的上端通过阀门与被测容器中的气相 连接,下端经阀门与被测容器中液相连接。按照连通器 液柱静压平衡的原理,只要被测容器内和玻璃管内液体 的温度相同,两边的液柱高度必然相等。
在锅炉应用方面，差压式水位计
6-1
准确测量汽包水位的关键是水位与差
压之间的准确转换，这种转换是通过
平衡容器实现的，常用的双室平衡容
器结构示意图如图6-1所示。
根据流体静力学原理,有以下关系:
即: △P = PB - PA = γ·g·h 式中：PB —容器底部的压力，Pa PA —容器上部气相压力，Pa γ —被测介质密度，Kg/m3 G —重力加速度，m/s2 h —液位高度，m △P—差压，Pa
C. 定期清洗玻璃管(板)内外壁污垢.使液位显示清晰.
D. 用根据被测介质的压力和温度合理选用液位计,不 得把低压产品用在高压设备上.
E. 当以液位指示值来计算大容器内的介质数量时,应 考虑到介质温度,压力等影响及容器形状不规则而 引起的误差。
四.玻璃液位计
玻璃液位计是根据连通器原理制成的直读式液位 计，有玻璃管和玻璃板两种。
顶装式磁翻柱液位计
液位计根据浮力原理和磁性耦 合作用研制而成。
当液位上升时,翻柱由白色转为 红色，红、白界位处为容器内介质 液位的实际高度，从而实现液位的 指示。
结构原理
一．根据浮力原和磁性耦合作用 研制而成。
二．当被测容器中的液位升降时， 液位计主导管中的浮子也随之 升降，浮子内的永久磁钢通过 磁耦合传递补到现场指示器， 驱动红、白翻柱翻转180°,当 液位上升时,翻柱由白色转为红 色，红、白界位处为容器内介 质液位的实际高度，从而实现 液位的指示。
结构原理：在与汽包形成连通管的水位测量筒圆周上以 120°的夹角分三排，沿高度交错排列与筒壁绝缘的电极，筒 壁为公共电极。当水位到达某一电极处，接通它与公共电极之 间形成的电控点，供远距离显示水位、报警，或者为调节系统 提供水位信号。结构示意图如5-1。
为了保证电极能在高温、高压以及具有强烈腐蚀性的炉水 中长期工作，要求电极和绝缘材料有良好的耐腐蚀性能，电极 和绝缘材料之间又很好的密封性。电极的寿命还与炉水的水质 有关。
锅炉汽包内部结构A图
锅炉汽包内部结构B图
汽包水位对象特性无论从静态和动态分析都是十 分复杂的，进出汽包的汽水不平衡、汽包内压力的变 化以及燃烧工况的变化都会影响汽包水位的变化，而 且在各种扰动下的变化特性有着很大的差异，不弄清 它的种种特性就不可能正确设计和安装汽包水位测量 系统，在锅炉运行时也往往难于判别汽包水位计异常 的真正原因，例如，当几套汽包水位计示值出现较大 偏差时，到底是测量系统的问题，还是锅炉运行方式 的问题？如果是测量系统的问题，那到底是测量装置 本身的问题，还是安装的问题;如果是运行方式的问题， 就需要运行人员重新调整运行方式，等等。因此，深 刻了解锅炉汽包水位测量对象的静态和动态特性是我 们研究汽包水位测量系统，防止汽包满、缺水事故的 首当其冲的重要任务。
3. 维护性好
锅炉汽包水位测量系统的维护应简单、维护 工作量应尽可能少，而且应便于进行在线实际水位 信号的保护联动试验等。
锅炉汽包水位测量的对象特性
一．概述
现代大型锅炉汽包内部结构如下图所示。汽包长达20m 左右，汽包内部结构十分复杂。锅炉水冷壁的上升管经联箱汇 集后，通过较少的管路沿汽包长度方向均匀分布地与汽包相联， 而下降管则直接沿汽包长度方向均匀分布地与汽包相联,两侧端 头处不联接上升管和下降管。汽包内装有旋风分离器，从上升 管来的汽水混合物送入旋风分离器，分离出来的蒸汽通过汽包 顶部的蒸汽导管引出至过热器，余下的水落入汽包内，再通过 与汽包底部联接的下降管至下降管联箱再回到水冷壁受热面继 续受热。锅炉连续排污的连通管和加药管的连通管布置在汽包 正常水位线下不远的地方。
前言
在容器中液体介 质的高低叫液位。容 器中固体或颗粒状物 质的堆积高度叫料位。 测量液位的仪表叫液 位计,测量料位的仪表 叫做料位计。而测量 两种密度不同,互不相 溶液体介质的界面的 仪表叫界面计。上述 三种仪表统称为物位 仪表。
一、浮球液位控制器
◎UQK-RE液位浮动开关 采用意大利MAC3公司的 元件组装。利用重力与浮力的 原理设计。主要包括浮标和微 动开关，当液位变化，浮标内 的开关通、断。
锅炉汽包水位测量的重要性
保持锅炉汽包水位在正常范围内是锅炉运行的一项 重要的安全性指标。由于负荷、燃烧工况及给水流量的 变化，汽包水位会经常变化。众所周知，水位过高或急 剧波动会引起蒸汽品质恶化和带水，造成受热面结盐， 严重时会导致汽轮机水冲击振动、叶片损坏；水位过低 会引起排污失效，炉内加药进入蒸汽，甚至引起下降管 带汽，影响炉水循环工况，造成炉管大面积爆破。由于 汽包水位测量和控制问题而造成的上述恶性事故的情况 时有发生，严重影响设备的安全运行。
1. 准确性好
众所周知，锅炉汽包水位相对主蒸汽压力、温度这 类参数而言，并不是需要精确控制的参数，一般情况下， 二个汽包水位测量示值偏差在30mm以内是可以接受的。 而在正常条件下保持这样的精确度不是十分困难的。但 是，由于汽包水位测量对象十分复杂，而汽包水位测量 采用的联通管式或差压式测量原理，使得汽包压力和测 量参比条件变化时会造成远远超出上述要求的非常大的 误差。所以长期以来，保证汽包水位测量准确性一直是 摆在我们面前的一个难点和关键问题。
双色水位计 原理：红光和绿光在水和蒸汽中折射 率的差别。图4-1表示了双色水位计双色显示的原 理。
图4-1
实例：锅炉汽包水位检测
锅炉汽包水位测量对于锅炉的安全运行极为重要，水 位过高、过低都将引起蒸汽品质变坏或水循环恶 化，甚至造成严重事故。尤其在机炉启停过程中， 炉内参数变化很大水位变动亦大，水位的及时监 视就更为重要了。这里所说的汽包水位，实际上 是指将水位上、下联管的测量得到汽水混合物密 度，折合成汽包工作压力下饱和水密度时相应的 水位，称为“重量水位”。目前主要采用连通管 式云母（玻璃）水位计或双色水位计测量锅炉汽 包水位。
2.测量对象的静态特性
锅炉在稳态负荷下(即静态时)，汽包的真实 汽、水界面有时是“模糊”的，界面介质的密 度处于饱和汽和水之间；汽包水位也并不是一 个平静的水平面，而是激烈波动的；而且更值 得关注的是，汽包水位沿其长度方向常常是不 一致的，甚至会有很大偏差，其原因是：
A. 汽包安装条件的影响
按照锅炉制造厂的要求，亚临界锅炉汽包安装时 的水平度应≤5mm，也就是说汽包两侧中心线的高度 差应≤5mm。锅炉投入运行后，随着时间的推移，会 受到各种因素的影响，如锅炉支架的不平衡下沉等， 使得汽包的水平度变差，也就是汽包两侧中心线的高 度差变大，有的锅炉运行二、三年后，水平度已达到 15～20mm，如果以汽包中心线的位置来看，汽包内 的水面是个斜面。因此，汽包两侧的水位表安装时都 应分别以汽包两侧的中心线为基准来定值，这样才能 真实反映汽包内相对于汽包中心线的水位，但因此就 造成两侧水位表有偏差，这个偏差应当说是客观存在 的、正常的。
逻辑判断电路是用 于判断那一个电接点是 高水面最近接通了的电 接点。判断逻辑条件为： 该点接通，该点上面相 邻点未接通，该点下面 相邻点6-接1 通。
5-1
六.差压式液位计
原理：压力可用液柱高度来表示; 反之,液柱高度(即液位)也可用压力(或 差压)来表示。将液压高度变化转换成 差压变化来测量水位，静压液位计就 是以这一原理为基础的液位测量仪表。
锅炉运行中，我们是通过水位测量系统来监视和控 制汽包水位的。当汽包水位超出正常运行范围时，报警 系统将发出报警信号，保护系统将立即采取必要的保护 措施，以确保锅炉和汽轮机的安全。因此，汽包水位测 量系统是锅炉安全运行的极端重要的系统。
锅炉汽包水位测量的基本要求
根据锅炉汽包水位测量的重要性和测量技术的特点， 锅炉汽包水位测量系统至少应满足下列基本要求：
磁性液位控制器
一．◎UQK磁性液位控制器 二．利用磁性浮子随液位变化
而升或降，使检测管内的干 簧管开关动作，送出接点信 号。
1. 结构简单，易于安装维修。 2. 应用广泛，价格低廉。
三、云母水位计
云母水位计是玻璃水位计的一种, 实际上就是一根 连通管。在锅炉应用方面：对低压锅炉，可以用玻璃 作水位计观察窗，对高压锅炉，炉水对玻璃有较强的 腐蚀性，会使玻璃透明度变差而不利于水位监视，故 常见优质云母片作观察窗，因而称为云母水位计。属 于直读式液位计。