高壓鍋爐汽包水位精確測量探討

李明玉

摘 要：文章針對高壓鍋爐汽包水位測量方面的虛假水位、誤差產生的原因進行分析，闡述精確測量汽包水位的思路和方法，重點論述水位測量補償系統建立的方法和過程，以實現精確測量高壓鍋爐汽包水位的目標。

關鍵詞：汽包水位測量；壓差；誤差；精確；補償

中圖分類號：TK229.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）15-0111-02

Abstract： In this paper， the causes of false water level and errors in high pressure boiler drum water level measurement are analyzed， the ideas and methods of accurately measuring steam drum water level are expounded， and the method and process of establishing water level measurement compensation system are emphatically discussed， in order to achieve the goal of accurately measuring the water level of high pressure boiler drum.

Keywords： drum water level measurement； pressure difference； error； accuracy； compensation

1 概述

高壓鍋爐汽包通常溫度高、壓力高，采用浮力式液位計的壽命較短，且工作較不穩定、故障較多，大多采用壓差法進行測量。采用雙室平衡容器取壓裝置對高壓鍋爐汽包水位測量是較為常用的測量方式。本文主要以雙室平衡容器壓差法測量高壓汽包水位的方法進行論述。

2 系統組成

我公司汽包水位測量裝置由唐山信德鍋爐集團有限公司的H/H0=600/300雙室平衡容器，其結構和安裝圖如圖1，與HONEYWELL的STD924智能差壓變送器一起組成現場檢測裝置。其轉換顯示部分由DCS系統完成。DCS對來自現場變送器的信號進行折線、壓力補償運算處理，最終實現汽包水位的精確測量。

3 雙室平衡容器差壓的計算

在此，近似認為：凝汽室、基準杯及其底部位于容器內部的導壓管中的介質溫度與汽包中的介質溫度是相等的，即γw=γ′w，γs=γ′s（γ′w為平衡容器內介質水的密度，γ′s為平衡容器內介質蒸汽的密度）。

這個公式（1）是用來計算差壓變送器測量范圍的基本公式。通常，我們在計算液體液位與差壓的關系時也是這樣進行推導，也用來反算某一特定工況下差壓變送器所受實際差壓值與變送器檢測的差壓是否一致的計算方法。但對于高壓鍋爐汽包水位測量不能進行簡單套用。

4 誤差分析

現以汽包正常工況來計算差壓變送器的參數設置范圍。我公司高壓鍋爐汽包設計工況工作壓力10.96MPa，溫度290℃左右，在此工況下的蒸汽為飽和蒸汽。

鍋爐汽包內的水、飽和蒸汽在不同工況壓力下與其密度間存在固有特性，其數據有規律可循，具體數據均可從相關工藝手冊中查到。

在此，以鍋爐在11MPa壓力下的工況來計算差壓變送器的壓差范圍。γs取63.77kg/m3，γw取671.99kg/m3，γc取常溫常壓下的近似值1000kg/m3。分別把空液位hw取0mm和滿液位hw取600mm下的數據代入公式（1），計算得出變送器的測量范圍為：374.5～-9.5mmH2O。

再以100℃，0.1MPa下的工況數值，γs取0.6kg/m3，γw取958.6kg/m3，γc取常溫常壓下的近似值1000kg/m3。分別把空液位和滿液位下的數據代入公式（1），計算得出變送器的測量范圍為：479～-96mmH2O。

一般差壓變送器的量程范圍設置常以正常工況下的參數進行設置，這里以11MPa壓力下的工況來設置。假設現在的工況是處在剛開車過程中，汽包處在100℃，0.1MPa下工況，現在的汽包水位實際液位為300mm，理論上應該顯示50%的液位，這時差壓變送器實際輸入壓差值為191.67mm H2O，而變送器輸出的百分數由下式可得實際顯示值：

（191.67-374.5）/（-9.5-374.5）*100%=47.6%

再以以上工況下實際液位為0和600mm（即0和100%）的情況，計算得到變送器輸出的信號百分數為：-27.2%和122.4%。

由以上所舉的工況條件下計算的變送器測量值與汽包實際液位值偏差很大，這主要是不同工況下水、飽和蒸汽的密度不同造成的。這是用常規方法無法精確測量工況變化較大汽包水位的主要原因。

5 補償系統

從以上的誤差分析不難看出：采用簡單的壓差測量水位，汽包冷態下的空液位與正常工況下的空液位測量偏差近30%，其冷態下的滿液位與正常工況下的滿水位偏差在20%以上。產生較大誤差的主要原因是把整個生產過程中的密度看成不變。公式（1）是建立在工況穩定，介質密度不變的前提之下的。實際上，汽包的壓力、溫度是在不斷變化，公式（1）中的γs、γw都成了變量，即造成蒸汽以及水的密度也不斷變化。致使不同壓力、溫度下，在同一液位下差壓變送器受到的壓差值是不同的。

雙室平衡容器補償系統建立的基礎是根據雙室平衡容器的工作特性。得出雙室平衡容器工作特性的方法，查《飽和水與飽和水蒸汽密度表》獲得各種工況壓力下水與飽和水蒸汽的密度。分別把0、100、200、300、400、500、600mm汽包水位值代入（1）式，得到容器輸出的一系列壓差值，計算得到表1：雙室平衡容器固有補償特性參數表。建立補償系統時將表1的數據輸入DCS系統。

從表1可以得出以下結論：（1）水位為300mm左右時，在不同工況下，它所對應的差壓只在一個較小的范圍內波動。（2）在同一壓力下，雙室平衡容器輸出差壓與液位成線性關系。（3）不同工況壓力下，同一液位，雙室平衡容器輸出的差壓不同。工況差異較大時，雙室平衡容器輸出的差壓值變化很大，即變送器檢測到的差壓信號偏差也較大。

首先計算差壓變送器的輸出信號對應的雙室平衡容器輸出的差壓信號。計算差壓變送器的測量范圍主要依據廠家提供的雙室平衡容器圖紙，從《飽和水與飽和水蒸汽密度表》中查出100℃時的飽和水與飽和水蒸汽的密度代入（1）式，再分別將600mm和0mm代入（1）式，得出差壓變送器的測量范圍，在此不做細算。

特別說明，這里建立的數學模型公式（1）是基于如圖1的配管方式，如果配管方式不一樣建立的數學模型中涉及的數據就不一樣，它的模型就有所不同。

6 結束語

高壓鍋爐汽包水位的測量要達到及時、精確，必須首先對檢測的對象特性要深入了解、分析，找出規律、主要矛盾。再對所采用的測量儀器、設備的原理、特性、用途進行分析，最后綜合相關信息，建立數學模型，靈活應用計算機技術、DCS功能實現對所需要測量參數的精確測量。

參考文獻：

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