左右汽包水位偏差原因的分析及修正方法论文

左右汽包水位偏差原因的分析及修正方法【摘要】本文以实践为基础，重点剖析了双室平衡容器的工作原理与特性，以及产生测量偏差的原因，同时指出了应用中的修正方法。

【关键词】汽包水位；双室平衡容器；偏差；修正方法

0.前言

汽包水位是锅炉及其控制系统中最重要的参数之一，我厂常用的测量方式有电接点式、差压式。其中双室平衡容器是差压式测量的关键设备。一个汽包往往有多个水位测量系统。但在使用过程中发现它们之间的测量结果并不一致，有时相差很大，造成操作人员无所适从，严重时影响锅炉的安全运行。为了查清原因首先介绍它的工作原理。

1.双室平衡容器的工作原理

1.1简介

双室平衡容器是一种结构巧妙，具有一定自我补偿能力的汽包水位测量装置。在基准杯的上方有一个圆环形漏斗结构将整个双室平衡容器分隔成上下两个部分，故称为双室平衡容器[1]。为便于介绍，这里结合各主要部分的功能特点，将它们分别命名为凝汽室、基准杯、溢流室和连通器，另外文中把双室平衡容器汽包水位测量装置简称为容器。

1.2凝汽室

理想状态下，来自汽包的饱和水蒸汽经过这里时释放掉汽化潜

热，形成饱和的凝结水供给基准杯及后续环节使用。

1.3基准杯

它的作用是收集来自凝汽室的凝结水，并将凝结水产生的压力导出容器，传向差压测量仪表——差压变送器（后文简称变送器）的负压侧。基准杯的容积是有限的，当凝结水充满后则溢出流向溢流室。由于基准杯的杯口高度是固定的，故而称为基准杯。

1.4溢流室

溢流室占据了容器的大部分空间，它的主要功能是收集基准杯溢出的凝结水，并将凝结水排入锅炉下降管，在流动过程中为整个容器进行加热和蓄热，确保与汽包中的温度达到一致。正常情况下，由于锅炉下降管中流体的动力作用，溢流室中基本上没有积水或少量的积水。

1.5连通器

倒t字形连通器，其水平部分一端接入汽包，另一端接入变送器的正压侧。毋庸置疑，它的主要作用是将汽包中动态的水位产生的压力传递给变送器的正压侧，与负压侧的（基准）压力比较以得知汽包中的水位。它之所以被做成倒t字形，是因为可以保证连通器中的介质具有一定的流动性，防止其延伸到汽包之间的管线冬季发生冻结。连通器内部介质的温度与汽包中的温度很可能不一致，致使其中的液位与汽包中不同，但是由于流体的自平衡作用，对使汽包水位测量没有任何影响。

1.6差压的计算

通过前面的介绍可以知道，凝汽室、基准杯及其底部位于容器内部的导压管中的介质温度与汽包中的介质温度是相等的，本文以热一车间4#锅炉所采用的测量范围为±300mm双室平衡容器为例加以介绍。故而不难得到容器所输出的差压。容器负压侧输出的压力等于基准杯口所在水平面以上总的静压力，加上基准杯口至l形导压管的水平轴线之间这段垂直区间的凝结水压力，再加上l形导压管的水平轴线至连通器水平轴线之间，位于容器的外部的这段垂直管段中的介质产生的压力。显而易见，其中的最后部分压力，由于其中的介质为静止的且距容器较远，因此其中的介质密度应为环境温度下的密度。因此：

p_＝pj +h1ρ凝ｇ+h2ρ冷ｇ

式中p_—容器负压侧输出的压力

pj—基准杯口以上总的静压力

ρ凝—容器中的介质密度

ρ冷—环境温度下水的密度

h1—基准杯口至l形导压管的水平轴线之间的距离

h2—l形导压管的水平轴线至连通器水平轴线之间的距离。通常情况下可以认为这是一个定值。

正压侧的压力等于基准杯口所在水平面以上总的静压力，加上基准杯口水平面至汽包中汽水分界面之间的饱和水蒸汽产生的压力，再加上汽包中汽水分界面至连通器水平轴线之间饱和水产生的压力，即：

p＋＝ pj+(h－h`)ρ汽g + h`ρ液g

式中p＋—容器正压侧输出的压力

h—容器有效测量高度

h`—汽水分界线至连通器水平管中心线之间的垂直高度

ρ汽—汽包中饱和水蒸汽的密度

ρ液—汽包中饱和水的密度

因此差压：

δp＝p+－p－＝(h－h`)ρ汽g+ (h`-h1)ρ液g- h2ρ冷ｇ（1）

这里有一点需要说明，(1)式中环境温度下水的密度ρ冷，它会随着季节的变化而变化，它的变化将会影响变送器量程的准确性。通常情况下这样的误差是可以忽略的，也就是说可以认为这里的温度是恒定的。

（1）式中h、h1、h2只和容器本身有关，只要容器生产出来了它们就是固定不变的。只有h`是变化的，所以差压δp最终由h`和介质密度以及当地的重力加速度有关。

2.偏差的原因

在一个汽包上安装两套容器测量水位，如果由于各种原因造成容器１和容器２之间的相对位置不在同一个平面上，那么它们各自的汽水分界线至连通器水平管中心线之间的垂直高度就不相等，即1h`≠2h`。由（1）式可知：δp１≠δp２所以变送器的输出就不相等，从而造成显示水位之间的偏差。

3.偏差的修正

3.1硬件的方法

在停炉检修期间重新为容器进行找平。这里介绍一种巧妙的方法：将两台容器的基准杯分别连接于同一台变送器的正负压侧，然后把基准杯加满水，调整容器的相对位置，使变送器的差压显示为零。最后固定容器。

3.2软件的方法

锅炉运行当中无法调整容器的位置，可以通过迁移变送器的量程来进行修正。方法如下：

假设1h`-2h`＝x

那么它们的量程δp＝（h-2x）(ρ液-ρ汽)g

各自的迁移量

位置较高的容器h(ρ汽-ρ冷)g

位置较低的容器h(ρ汽-ρ冷)g+x(ρ液-ρ冷)g

这里我们看到经过迁移后变送器的量程变小了，也就是测量的有效范围变小了，但仍然远大于警戒水位，这里就不再叙述了。由于锅炉运行中一般要求控制在０水位处，所以可以满足要求。

【参考文献】

［１］施引萱,王丹君.仪表维修工[s].北京化工出版社.2004.

［２］辽宁省电力工业局.热工仪表及自动化装置[s].中国电力出版社.1996.

［３］赵恒侠等.热工仪表与自动调节[s].中国建筑工业出版