锅炉汽包水位测量偏差分析

锅炉汽包水位测量偏差分析

计控处石军昌

摘要从理论上分析了锅炉汽包水位测量偏差产生的原因，并提出了相应的解决办法。关键词锅炉汽包液位测量偏差分析

锅炉汽包液位是确保安全生产及提供优质合格蒸汽的重要控制参数。大型锅炉由于蒸发量的提高，汽包容积相对减小，水位的变化速度很快，稍不注意就会造成汽包满水位或烧干锅。水位过低会影响自然循环的正常进行，严重时个别上升管会形成自然水面，产生流动的停滞，致使水冷壁局部过热而爆管。汽包水位过高，蒸汽空间减小，会使蒸汽带水，蒸汽品质恶化，以致过热器管内产生盐垢沉积，管子过热，金属强度降低发生爆破。汽包满水时，蒸汽大量带水，使蒸汽温度降低，引起联锁停车，更严重时则会使汽轮机叶片受到水击，造成设备损坏。因此，锅炉汽包液位的测量十分重要。本文就对我公司锅炉汽包水位测量偏差进行分析。

1汽包水位原始状况

我公司有2台160t/h锅炉，汽包水位的测量有两种类型的仪表，一种为差压式变送器，每台锅炉有3台，用于水位的3冲量控制及2/3联锁；另一种为玻璃板式双色水位计（1台），通过工业电视在中控室显示。

水位测量量程：－335~＋335mmH2O

高低报警：±125 mmH2O

高低联锁值：±250 mmH2O

水位正常控制范围：0±50 mmH2O

在同一条件下校验的3台差压表，安装后相差较大，约为0~±60 mmH2O，超过了控制误差。况且该表的测量值在额定工况下（即12.16MPa，324.7℃）为有效，其余工况均为虚假值。在锅炉冷态启动时，水位指示值为满量程（即无效），而由于受上水温度、压力、流量及送出蒸汽压力波动的影响，该表无法准确反映水位，并产生虚假水位，影响工艺操作。

玻璃双色水位计总比差压水位计指示偏低，长期观察发现此偏差是变量，且随外界环境温度变化较大。

这样测量液位的4个表计，相互之间偏差较大，给工艺控制操作带来极大不便，以哪个表计为控制基准难以确定，且液位联锁也不能投用。（联锁投用已误动作停车几次）

2双色水位计偏差分析

2.1环境温度产生的偏差

双色水位计受环境温度影响较大，其水位指示和汽包液位的偏差是环境温度的一个函数。图1是双色水位计测量原理图。

图1 双色水位计测量原理图

H──汽包水位测量量程，670 mmH2O，仪表显示量程为－355~0~＋355 mmH2O；

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P ──额定工况下的汽包压力，12.16MPa ； T ──额定工况下的汽包内温度，324.7℃； r s ──额定工况下汽包饱和蒸汽密度，0.070； r w ──额定工况下汽包饱和水密度，0.655；

w

r '──双色水位计内不饱和水密度，w r '=f(t)； h ──汽包真实水位； h′──双色水位计指示水位。 根据连通器原理，可得

s w

s w )()(r h H r h r h H r h ⋅'-+'⋅'=⋅-+⋅ (1) 设汽包真实水位和双色水位计指示值之差为

h h h '-=∆ （2）

把（2）代入（1），得

h r r r r h ⨯-'-'=

∆s

w w w

（3） 由于w

r '是一个温度函数，)(w t f r ='，故取双色水位计内几组不同温度下的w r '值代入（3），得出

以下几组偏差h ∆值：

①T =260℃，='w

r 0.793 88.127670070

.0793.0655

.0793.01=⨯--=

∆h mmH 2O

②T =270℃，='w

r 0.7768 45.115670070

.07768.0655

.07768.02=⨯--=∆h mmH 2O

③T =280℃，='w

r 0.7593 3.101670070

.07593.0655

.07593.03=⨯--=

∆h mmH 2O

④T =300℃，='w

r 0.719 07.66670070

.0719.0655

.0719.04=⨯--=∆h mmH 2O

⑤T =310℃，='w

r 0.696 8.43670070

.0696.0655

.0696.05=⨯--=

∆h mmH 2O

⑥T =320℃，='w

r 0.669 15670070

.0669.0655

.0669.06=⨯--=

∆h mmH 2O

由以上几组数据可知，当双色水位计内温度越接近汽包温度324.7℃时，其指示偏差越小。冬天测量双色水位计外壁上部温度为270℃左右，设内外温度差为10℃，那么双色水位计内部温度为280℃，其指示值比汽包真实液位低101.3mmH 2O 。 2.2 安装产生的偏差

双色水位计安装不当也可产生偏差。在图2a 中，汽包水位中心和双色水位计中心在同一水平线上，此为正确安装；在图2b 中，双色水位计汽相和液相连通管上斜，使双色水位计中心高于汽包水位中心，双色水位计指示偏低；图2cb 相反，使双色水位计指示偏高。

图2 双色水位计安装示意图

3 差压式变送器偏差分析

差压式变送器在非额定工况下产生的测量偏差上文中已分析过，下面着重分析变送器在安装过程中由于汽相导通管安装不当所产生的偏差。

如图3为差压式变送器测量原理图，图中参数说明如下：

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w

r ''──冷凝液密度，其值为1； ΔH ──汽相导通管上斜引起变送器负压侧导压管增加的高度。其它参数说明见图1。

正确安装时，汽相导通管为水平状态，即ΔH =0，汽包液位运算如下：

s w )(r h H h r P ⋅-+⋅=正

H

r P ⋅''=w 负

图3 差压式变送器测量原理图

H r r h r

r P P P ⋅''-+⋅-=-=∆)()(w s s w 负正 .

)(s

w s w

r r P H r r h -∆+⋅-''=

∴

ΔP 为变送器所测差压。

当ΔH ＞0时，即汽相导压管上斜时，

s w )(r h H h r P P ⋅-+⋅=='正正

H

r H r P ∆⋅''+⋅''='w w 负. 负

正P P P '-'='∆ H r H r r h r r ∆⋅''-⋅''-+⋅-=w w s s w )()( H r P ∆⋅''-∆=w

.

s

w s w

)(r r P H r r h -'∆+⋅-''=

'∴

s

w w s w

)(r r H r P H r r -∆⋅''-∆+⋅-''=

s

w w

r r H r h -∆⋅''-

=.

式中，h ──汽包真实液位；h ′──图3中

变送器指示值。

把本厂额定工况下的参数w

r ''、r w 、r s 代入上式，得

H h H

h h ∆-=-∆⨯-

='7.1070

.0655.01

由此可以看出，气相连通管上斜越大，即

ΔH 越大，变送器指示越低。

由于连通管一般长度为2m ，假

设上斜20mm ，即ΔH =20mm ，那么变送器指示值偏低1.7×20=34mm.

4 解决办法

对上面几种偏差应采取不同的解决办法： a. 对于双色水位计由于温度产生的偏差，我们对该表加强保温，使之同汽包内温差降低到最低，同时把我们观测的经验值和偏差产生原理告知工艺人员，以便他们操作。

b. 对于安装引起的双色水位计的偏差，我们用乳胶管进行水平标定，找出偏差，进行机械校正，使本偏差降低到最小。

c. 差压变送器的安装偏差（即ΔH 引起的偏差）解决办法同方法b ，使3块变送器的测量值趋于一致。

d. 对变送器的非连续测量（即非额定工况外的测量），对该表的组态加入温压补偿运算，使之满足连续测量的要求。

经过以上改进后，汽包液位的测量已基本满足了锅炉的长周期、安全平稳运行。对于引