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    磁翻板液位計(jì)應(yīng)用于蒸汽鍋爐中液位測(cè)量的問題及解決方案

    發(fā)表時(shí)間：2019-09-29 ??點(diǎn)擊次數(shù)：703? 技術(shù)支持：1560-1403-222
        在公用電廠進(jìn)行的非常關(guān)鍵的測(cè)量之一是鍋爐汽包中的水位。通常使用各種裝置來監(jiān)測(cè)該鼓水位。當(dāng)汽包壓力不達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，基于差壓的液位裝置（甚至視鏡）會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差。對(duì)于在較低壓力下運(yùn)行的鍋爐，這些壓力變化可能會(huì)被忽略，但對(duì)于大多數(shù)電站鍋爐和許多工業(yè)鍋爐而言，應(yīng)該糾正這些不準(zhǔn)確性。關(guān)于這一主題的一個(gè)很好的信息來源是ISA技術(shù)報(bào)告ISA-TR77.42.02-2009，化石燃料發(fā)電廠補(bǔ)償差壓基汽缸液位測(cè)量。

    蒸汽鼓水平測(cè)量概述
        典型的基于汽油壓差的液位測(cè)量裝置如圖1所示。圖中的汽包磁翻板液位計(jì)檢測(cè)下鼓測(cè)量抽頭和頂部測(cè)量抽頭之間的壓差。由于滾筒充滿了蒸汽，并且沒有流過傳感線，蒸汽將在參考腿中冷凝并用水填充該腿。這意味著變送器實(shí)際上是在飽和溫度和壓力下比較水的高度加上滾筒中的蒸汽高度與飽和壓力下參考支管中的水的高度之間的壓力差，但環(huán)境溫度或接近 - 環(huán)境溫度。差壓的這種差異也稱為位移。因?yàn)闇囟认嗤姆浅：玫臅r(shí)間是鼓冷，
     
        到20世紀(jì)50年代，通過純機(jī)械裝置測(cè)量鼓水平差壓。當(dāng)時(shí)的許多測(cè)量設(shè)備都是在磁翻板液位計(jì)上與機(jī)械流體直接接觸的機(jī)械浮子。浮子在連桿的幫助下轉(zhuǎn)動(dòng)了一根主軸。經(jīng)過壓力填料和壓蓋后，主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)械指針。機(jī)械指針通常連接到氣動(dòng)裝置，該氣動(dòng)裝置可直接產(chǎn)生控制輸出或?qū)鈩?dòng)信號(hào)發(fā)送到另一位置。
     
        這種性質(zhì)的典型裝置是Bailey LH水平機(jī)構(gòu)。這些設(shè)備運(yùn)行良好，但需要定期清潔和校準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈円揽考儥C(jī)械手段來指示水平。這些裝置也可能具有與它們相關(guān)的顯著位移，這就是參考腿上的儲(chǔ)液器（也稱為冷凝罐）的原因（參見圖1）。沒有（或不顯著）位移的現(xiàn)代差壓變送器不需要該儲(chǔ)液器。
    20190401100658.jpg
    需要測(cè)量補(bǔ)償
        純機(jī)械液位測(cè)量裝置的限制是，在它們的基本配置中，它們不能補(bǔ)償蒸汽鼓壓力或環(huán)境溫度的變化。這些與壓力和溫度相關(guān)的測(cè)量誤差通常通過校準(zhǔn)鼓磁翻板液位計(jì)來解決，以使其對(duì)于鼓正常操作壓力和假定的環(huán)境參考腿溫度（通常為100F）是正確的。這對(duì)于較低的鼓壓應(yīng)用通常是足夠好的，但隨著汽包壓力的增加，必須找到機(jī)械解決方案以更好地處理這種現(xiàn)象。
        許多制造商采用雙管齊下的方法解決了這個(gè)問題。為了適應(yīng)變化的鼓壓力，差壓測(cè)量裝置還需要包括壓力測(cè)量波登管或螺旋線圈。該附加裝置連接到使用鼓壓力的連桿，以改變施加到水平測(cè)量指針的主軸引起的運(yùn)動(dòng)的增益。Bailey LH儀表使用13H級(jí)螺旋線圈補(bǔ)償器機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓力補(bǔ)償。Yarway公司在其指針儀表中使用了一個(gè)波登管來執(zhí)行相同的功能。
        為了解決環(huán)境溫度變化的問題，制造商開發(fā)了參考腿儲(chǔ)液器的增強(qiáng)版本。這些增強(qiáng)型儲(chǔ)層被稱為溫度補(bǔ)償參考柱，溫度均衡柱或溫度補(bǔ)償恒定頂室。其他制造商可能已經(jīng)為這些設(shè)備提供了其他名稱，但就本文而言，它們將被稱為溫度均衡色譜柱。
    對(duì)溫度均衡色譜柱的擔(dān)憂
        許多這些溫度均衡柱可能是有問題的，因?yàn)樵阱仩t操作期間它們將參考腿保持在高溫下。結(jié)果，參考支路的一部分可以在快速壓力降低（負(fù)荷增加）時(shí)閃蒸成蒸汽，并且該反應(yīng)將暫時(shí)導(dǎo)致錯(cuò)誤的高水平測(cè)量，這增加了鍋爐膨脹效應(yīng)。一些柱的設(shè)計(jì)可能不太容易受到這種閃光現(xiàn)象的影響，因?yàn)槠淠康氖鞘怪３趾愣囟?，意味著略低于鼓飽和溫度。測(cè)量誤差也可能與這些柱的使用有關(guān)，因?yàn)閰⒖纪鹊臏囟刃枰俣ǖ臏囟取?/div>
        制造商在20世紀(jì)60年代開始停止銷售這些儀器，但它們?nèi)匀豢梢栽谠S多發(fā)電廠中使用。在我們南部公司的一個(gè)工廠的兩個(gè)蒸汽桶的管道中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)不同制造商的溫度均衡柱。這些設(shè)備的照片，去除了絕緣層，如圖2所示。
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    壓力補(bǔ)償方程
        對(duì)于所有類型的基于汽包差壓（dP）的液位測(cè)量，液位變送器測(cè)量的dP與汽包中的水位成反比。隨著水位上升，感應(yīng)腿水柱接近參考腿水柱的高度。當(dāng)蒸汽鼓中的水位達(dá)到與參考腿頂部相同的高度時(shí)，兩條腿的高度相同，如果兩條腿都是兩條腿，則發(fā)射器的兩條腿之間的壓差為零在相同溫度下（圖3）。但是，如前所述，這些支腿通常不是用于蒸汽鼓水平測(cè)量的相同溫度，并且這是與該測(cè)量技術(shù)相關(guān)的誤差的主要來源。
        使用圖4所示的布置，由汽包磁翻板液位計(jì)測(cè)量的壓差由以下等式表示：
        dP =（H x W wo） - [（H w x W wd）+（H s x W sd）] 
        W w
        哪里：
        dP =變送器測(cè)量的差分（H 2 O）
        H =水龍頭之間參考腿的高度（英寸）
        H s =滾筒中蒸汽柱的高度（英寸）
        H w =滾筒中水柱的高度（英寸）
        W sd =滾筒飽和壓力下的蒸汽比重（磅/英尺3）
        W wd =滾筒飽和壓力下的比重（磅/英尺3）
        W wo =水龍頭間參考腿的水的比重（磅/英尺3）
        W w =用于校準(zhǔn)變送器的68F水的比重（磅/英尺3） 
        該公式是可用于大多數(shù)數(shù)字控制系統(tǒng)的鍋爐汽包壓力補(bǔ)償算法的基礎(chǔ)，說明了參考支路中水的比重（W wo）是補(bǔ)償計(jì)算的重要部分。圖4顯示了當(dāng)使用特定類型的溫度均衡柱來開發(fā)用于差壓測(cè)量的參考支柱時(shí)的實(shí)際水和蒸汽條件。圖4表示Bailey Meter Co.和Republic Flow Meters過去的溫度均衡柱設(shè)計(jì)。
        在圖4中，圍繞參考腿下部的溫度均衡柱中的水與蒸汽鼓中的水平衡。水可以尋求自己的水平; 然而，在這個(gè)特定的應(yīng)用中，塔中的水比滾筒中的水稍冷，因此需要較短的冷卻水柱與滾筒中的水平衡。
    20190401100354.jpg
        當(dāng)然，工廠操作員希望將連接溫度均衡柱和滾筒的管線隔離。然而，如果他們要做好柱子本身的絕緣工作，蒸汽可能永遠(yuǎn)不會(huì)冷凝形成所需的參考腿，或者參考腿的高度會(huì)隨壓力不斷變化而變得不可預(yù)測(cè)。這些色譜柱的每個(gè)制造商都有自己的柱絕緣要求。
        由于溫度均衡柱比滾筒稍冷，位于圖中平衡水上的蒸汽是濕蒸汽（蒸汽質(zhì)量低）。蒸汽是濕的，因?yàn)檎羝膲毫εc滾筒中的壓力相同，但溫度低于飽和溫度; 基本上，它在平衡水上方空間的柱子里下雨。
        這種濕蒸汽條件對(duì)壓力補(bǔ)償方程沒有太大影響，因?yàn)樗械乃驼羝c滾筒中的水和蒸汽保持平衡，因此滾筒液位變送器處的傳感腿壓力仍應(yīng)代表汽包中的水位。壓力補(bǔ)償方程中的未知數(shù)是參考腿的溫度。必須假設(shè)該參考腿溫度是多少，并且必須基于溫度均衡柱的設(shè)計(jì)進(jìn)行該假設(shè)。
    減少測(cè)量誤差
        Bailey Meter Co.和Republic Flow Meter柱設(shè)計(jì)和絕緣方法是使參考腿盡可能接近飽和溫度。相比之下，Yarway Corp.的設(shè)計(jì)和絕緣方法有點(diǎn)不同，因?yàn)樵摴镜睦砟钍菍⒖纪葴囟缺３衷陲柡投群铜h(huán)境溫度之間的大約一半，根據(jù)為Yarway工作的PE的David A. Kalix說道。他在1995年的ISA論文“密度誤差及其在鍋爐汽包水平指示中的校正”中涵蓋了這一主題。
        參考支腿溫度測(cè)量可以通過添加與參考支腿的管道外皮接觸的熱電偶改裝到如圖1所示的現(xiàn)有裝置中。然而，為了進(jìn)行這種改進(jìn)，該熱電偶需要連接在蒸汽鼓的頂部和底部連接之間的中間的高度處。如果為了防凍目的而對(duì)參考支柱進(jìn)行伴熱跟蹤，則必須將熱電偶放置在參考支管的另一側(cè)，以免受熱追蹤。然后，該熱電偶和與其相鄰的參考腿管應(yīng)隔熱并防風(fēng)雨。然后可以將熱電偶帶入控制系統(tǒng)并結(jié)合到鼓水平測(cè)量壓力補(bǔ)償算法中。
        參考腿溫度測(cè)量也可以改裝到現(xiàn)有的溫度均衡柱安裝（參見圖4和圖2的右側(cè)）。在這種情況下，熱電偶將連接到頂部和底部柱連接之間的柱狀表層，并且絕緣體將放置在其頂部之上。對(duì)于Yarway溫度補(bǔ)償恒定頭腔（如圖2左側(cè)所示），必須將熱電偶放置在與不銹鋼下方的參考腿（也稱為恒定頭管）直接接觸的位置鋼夾克。


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