双室平衡容器

GJT －D Ⅰ双恒单室平衡容器简介

淮安维信仪器仪表有限公司

高维信

为了给汽包水位差压式测量提供准确稳定的参照物——参比水柱，提高水位自动调节系统的准确性与稳定性，提高CRT 水位计的可信性，淮安维信仪器仪表有限公司独家研发、独家制造的最新专利产品GJT －D Ⅰ双恒单室平衡容器。

1. 汽包水位差压平衡容器概述

差压水位计测量原理是，由平衡容器形成参比水柱，比较汽包内水柱与参比水柱的高度差，将高度差转换为静压差△P 1，从而实现“水位－差压”变换，再由传输环节将差压送至变送器，测量显示水位。

差压变送器准确性与稳定性很高，故差压水位计测量系统

问题主要在于，传统单、双室平衡容器不能为“水位－差压”变

换提供准确稳定的参比水柱，即参比水柱密度变化较大，参比水

柱高度不恒定。

配套凝结球式单室平衡容器（见图1）的差压式水位计测量

系统主要问题是，必须进行参比水柱平均温度修正。而准确修正

难度之大由（1）式可见。

平均温度T c p ＝(t h /m L)(1- e - m L

)＋T c ------（1）

式中：t h —饱和水温度；T c —环境温度；m ＝[(αU)/(λ

S)]0.5 ，α是参比水柱管放热系数，S 、D 、U 是参比水柱管的几何参数，S —截面积，D —直径，U —周长；λ—导热系数；L —参比水柱高度；t h 、λ又与汽包压力有关，放热系数α是变量、

且量值不易确定。

所以，以参比水柱平均温度计算法确定温度修正参数，既困难，又不实用。目前只能以简单的温度给定，或以简易的温度测量进行温度修正初步设定,投入运行后按云母水位计、电接点水位计指示进行修正参数调整。现场试验调整工期长，工作量大，修正误差大。因此，参比水柱温度修正是差压水位计准确测量主要难点。

因此，《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》(DRZ/T01-2004)

在 3.2指出，“中差压式水位表应充分考虑平衡容器下取样管参比水柱温度

对水位测量的影响，应采用参比水柱温度稳定、接近设定温度的平衡容器，或

采用经实践证明有成功应用经验的参比水柱温度接近饱和温度的平衡容器。”

传统双室平衡容器（见图2）的优点是，参比水柱如同在汽包内一样，

温度等于饱和温度，“水位－差压”变换不受环紧温度影响，则不需温度(密度)

修正补偿。主要缺陷是在汽包压力大幅度变化时参比水柱高度恒定性差，在

安全门动作时加剧了差压水位计假水位显示。解释如下： ① 安全门动作时，水冷壁中的汽泡密度随着汽包压力降低而减小，汽泡

膨胀导致大量的汽水混合物进入汽包，使汽包内水位阶跃升高，升高值俗称为“锅炉假水位”。这是由工质特点决定的，不可避免。目前在用的几种水位计必然会显示“锅炉假水位”。 ② 由于参比水柱为饱和水，在汽包压力降低后，饱和水密度随着汽包压力降低而增大，参比水柱收缩使高度降低，相当于负压管中水位升高，形成“仪表假水位”，加剧了假水位显示。 ③ 由于传统双室平衡容器结构设计对参比水柱补水量小，所以需要较长时间才能复原参比水柱高度延长了“仪表假水位”持续时间。

2.双恒单室平衡容器原理

为了给汽包水位差压式测量提供准确稳定的参照物——参比水柱，淮安维信仪器仪表有限公司独家图2 传统双室平衡容器 图1单室平衡容器系统

研发、独家制造的最新专利产品，研制出GJT－DⅠ双恒单室平衡容器，可使使参比水柱温度恒等于汽包内的饱和水温度，避开普通单室平衡容器参比水柱温度修正的难点，即在实现“水位－差压”测量变换中不需要进行参比水柱本身温度的修正，只需要进行热工人员都已熟悉的压力修正即可；2.使参比水柱高度恒定，不受压力变化的影响。“双恒”的含义就在于此。

GJT－DⅠ双恒单室平衡容器的结构特点是设置有叉式参比水柱组件和伸高自冷凝室。测量系统见图4。

（1）参比水柱温度恒等于汽包内饱和水温度的机理

叉式参比水柱组件置于平衡容器饱和汽室中。来自汽包的饱和汽经平衡容器汽侧取样管进入饱和蒸汽室中，加热或冷却参比水柱组件，使参比水柱温度等于汽包内饱和水温度。

平衡容器的器壁散热，使饱和汽室中的饱和汽凝结成水，凝结水经排水管流至汽包下降管。由于排水管裸露在空气中，其中水的密度大于饱和水密度，合理选择排水管道与下降管的连接点标高(距汽包中心线20米)，可使汽包压力很低时排水管中的冷水不会进入饱和汽室，不会降低参比水柱平均温度。而传统双室平衡容器的安装，按某些规定，排水管道与下降管的连接点标高距汽包中心线10米，会导致压力在1-6Mpa时排水管中水上升到平衡容器中，降低水柱下部温度，降低整段参比水柱平均温度。

GJT－DⅠ双恒单室平衡容器本身带有伸高自冷凝器，可产生的大量的凝结水，其温度为饱和水温度。大量凝结水由底部进入参比水柱管，从管口溢出，使98％以上的参比水柱为向上流动的饱和水柱。

根据饱和水和饱和汽的物理特性知，饱和汽与饱和水的温度与压力

是一一对应的。当汽包压力变化时，饱和汽的温度跟随压力突变。注入

参比水柱管的饱和汽凝结水温度也发生突变。由于伸高式冷凝室高度较

高，冷凝面积大，注入凝结水流量大，那么，对原有参比水柱的置换率

也大，极有利于参比水柱温度快速跟踪汽包内的饱和水温度。

从饱和汽与参比水柱的热交换角度分析。当汽包压力P升高时，饱

和汽温度T升高，则饱和汽加热参比水柱；当P降低时，饱和汽温度T

降低，则冷却参比水柱。由于叉管的管壁薄，蓄热量较小，则参比水柱

温度变化迟延小。

上述两种作用使参比水柱温度过渡到对应压力下饱和汽温的时间

短，测量动态特性好。那么，参比水柱如同在汽包内一样，温度恒等

于饱和水温度。则不需温度修正补偿，只需压力修正即可。

由于参比水柱处于饱和汽室中，水柱温度不受环紧温度影响。

图3. 双恒单室平衡容测量系统（2）参比水柱高度恒定的机理

在保证参比水柱管口始终有较大流量的凝结水溢出条件下，管口标高就钳制住了流动的参比水柱长度，维持参比水柱高度的恒定。

当汽包压力从P0阶跃升高P1，饱和汽温度从T0阶跃升到T1时，则平衡容器内饱和汽加热参比水柱，使其温度由t升到t1= T1，水柱密度减小而膨胀，只是增加水柱溢出量而已，仍维持参比水柱高度的恒定。在此过程中，参比管中水柱温度t低于或等于周围的饱和汽温度，参比水柱不会出现内沸腾而影响参比水柱(正压室)的静压输出。

当汽包压力从P0阶跃降低至P2，饱和汽温度从T0阶跃降到T2时，则平衡容器内饱和汽冷却参比水柱，使其温度由t降到t2= T2，水柱密度增大而收缩，但由于从参比管不断有新凝结水注入，只不过是减小了短臂口的溢出量而已，仍能维持参比水柱设计高度。在此过程中，虽然参比水柱温度t高于周围的饱和汽温度T2，但GJT－DⅠ双恒单室平衡容器的整体设计可有效抑制参比水柱内沸腾，不影响参比水柱(正压室)的静压输出。解释如下：1，饱和汽温度是随压力突降而阶跃下降到T2，T2低于或等于t2，饱和汽不断冷却参比水柱；2，伸高式自冷凝器内的饱和汽及其凝结水温度也突降而阶跃下降到T2，大量的低温（T2）凝结水从管底部更换温度高的参比水柱；3，注入管和参比管实际上是双参比水柱管，在过度过程开始的瞬间即便有内沸腾，但由于注入管中沸腾水柱将瞬时升高，不会极快从参比管溢出，此时注入管水柱静压为双恒单室平衡容器的输出，可大大减小压力阶跃降低对测量的影响。

3. GJT－DⅡ双恒双室平衡容器

为了提高水位自动调节系统的差压水位计信号稳定性，有的用户要求在GJT－D Ⅰ双恒单室平衡容器