雙室平衡容器在汽包水位測量中的應用及其動態補償

姜東旭

(北方聯合電力興安熱電有限責任公司，內蒙古 烏蘭浩特 137400)

雙室平衡容器在汽包水位測量中的應用及其動態補償

姜東旭

(北方聯合電力興安熱電有限責任公司，內蒙古 烏蘭浩特 137400)

結合現場實際情況，對雙室平衡容器測量汽包水位的原理和方法進行分析和論述。根據雙室平衡容器測量原理及工作特性，論述了其在汽包水位測量過程中的溫度、壓力補償與修正的方法和步驟，同時引入了汽包水位測量的動態補償方法，可以減小測量過程中由于運行參數變化造成的測量誤差，提高汽包水位測量的準確度。

雙室平衡容器;水位測量;動態補償

汽包水位測量是汽包鍋爐運行控制中的重要參數，雙室平衡容器具有結構簡單、運行穩定、價格較低等優勢，具有一定的補償能力，在汽包水位測量中一直被廣范采用。若對雙室平衡容器及其測量原理與補償等方面缺乏充分了解，會在測量過程中產生較大誤差，甚至造成嚴重后果。由于測量結果受汽包溫度、壓力及環境溫度影響較大，為了消除運行參數變化對測量的影響，更準確地測量汽包水位，引入了一種動態補償方法。

1 雙室平衡容器

雙室平衡容器是具有一定自我補償能力、結構簡單的汽包水位測量裝置，如圖1所示。在基準杯上方有一個環形漏斗將平衡容器分割成兩部分，故稱雙室平衡容器。

1.1 工作原理

正壓頭連接導管將來自汽包的飽和蒸汽引入平衡容器并釋放汽化潛熱，凝結成飽和水，由導流盤引入基準杯?；鶞时瓕⒛Y水所產生的壓力通過導管傳遞給差壓測量儀表——差壓變送器的正壓側。凝結水充滿基準杯后，溢出流入溢流室使基準杯中凝結水的液面高度保持衡定，如圖1所示。

圖1 雙室平衡容器測量原理圖

溢流室中過剩的凝結水通過導管引入鍋爐下降管，為保證溢流室與下降管間具有一定差壓，下降管開孔高度與基準杯高度差一般大于10 m。同時，飽和蒸汽在容器內凝結所釋放的熱量，對整個平衡容器加熱，使平衡容器的溫度接近于汽包內溫度。負壓側的⊥形連通器，水平部分一端與汽包相連，另一端與變送器的負壓側相連。差壓變送器通過測量正、負壓側的壓力差，得出汽包水位值。采用⊥形連通器保證了液體具有一定的流動性，并能夠與平衡容器內的溫度保持一致。

1.2 “水位—差壓”轉換關系計算

興安熱電公司采用江蘇太倉儀表廠B67H-250雙室平衡容器，正壓側 (P+)的壓力為汽包的靜壓力、基準杯口至L形導壓管的水平中心線間凝結水所產生的壓力和L形導壓管的水平中心線至⊥形連通器水平導管水平中心線之間凝結水所產生的壓力之和;負壓側 (P-)的壓力為汽包的靜壓力、基準杯口水平面至汽包中汽水分界線之間的飽和蒸汽產生的壓力和汽包中汽水分界線至⊥形連通器水平導管水平中心線之間凝結水產生的壓力。平衡容器輸出的壓差ΔP為

式中 P+——平衡容器正壓側輸出壓力;

P-—平衡容器負壓側輸出壓力;

ρw——飽和水密度;

ρs——飽和蒸汽密度;

ρc——環境溫度下水的密度;

H0——汽水分界線至連通器水平管中心線之間的垂直高度;

l——基準杯口至L形導壓管水平中心線的距離;

L——基準杯中至⊥形連通器導管水平中心線的距離。

將圖1所標注尺寸代入式 (1)可得:

式 (2)中的ρc隨環境溫度而變化，所以它不是一個恒定值，一般情況下，當環境溫度變化30℃左右時，經補償對汽包水位的影響在3.3～7 mm，由于興安熱電公司為室內鍋爐，在鍋爐正常運行時，全年的溫度不超過10℃，如果是室外鍋爐一年當中環境溫度在0～50℃變化，當溫度從0℃升至25℃時，環境溫度變化對水位測量結果的影響只有1.4 mm左右;當環境溫度由25℃升至50℃時，環境溫度變化對水位測量結果的影響在3.3～7 mm。這是因為水的密度隨著環境溫度的升高，變化的梯度越來越大，所選定的溫度越高，環境溫度變化對水位測量結果的影響越小。為了減小誤差，應合理選定這一溫度，盡量高一些，本文將環境溫度定為35℃。

2 建立雙室平衡容器補償公式

作為差壓式水位計，測量前應首先確定差壓變送器的量程。變送器量程是由平衡容器的測量范圍、零水位所在的位置以及補償的起始點決定的。本文以B67H-250雙室平衡容器為例，其測量范圍為±300 mm，汽包水位的零點位于連通器水平管軸線上335 mm處。因此，式 (2)中H0的上、下限分別為635 mm和35 mm。采用壓力補償方式，查飽和蒸汽、飽和水密度表，將100℃的飽和蒸汽與飽和水的密度代入式 (1)，再分別將635 mm和35 mm代入式 (2)可得:

變送器量程確定后，可確定補償的函數關系式。由式 (2)可得:

式 (5)為最終的雙室平衡容器補償公式，可見它是一個靜態的補償，ρw、ρs是在汽包額定參數下飽和水、飽和蒸汽的密度 (可通過飽和水、飽和蒸汽密度表查到)，是固定值。當汽包壓力偏離額定值時，測量會產生誤差，特別是當機組滑參數啟動時，誤差更大。為進一步提高水位測量的準確性，消除汽包壓力變化引起的測量誤差，可以采用動態補償的方式。

3 動態補償

飽和蒸汽、飽和水密度隨壓力變化的規律［2］如圖2所示，ρw、ρs和壓力之間的關系都不呈線性，因此，在不同的壓力變化范圍內，ρw、ρs值也不一樣?？梢岳谜劬€函數將汽包壓力與密度的關系分成幾段來逼近實際值。以興安熱電公司鍋爐及控制系統為例說明汽包水位的動態補償。

表1 不同壓力下飽和蒸汽與飽和水的密度

圖2 飽和蒸汽、飽和水密度與汽包壓力的關系

興安熱電公司采用的DCS系統是北京和利時公司的“MACSV系統”，利用“MACSV系統”所提供的內部折線函數功能塊“HSCHARC”，能很方便地實現飽和蒸汽、飽和水密度隨汽包壓力而變化。I1為輸入端，AV為輸出端。查《飽和蒸汽、飽和水密度表》可得不同壓力下飽和蒸汽與飽和水的密度［3］。

將汽包壓力分為10個區間，0～2，2～4，4～6，…，12～13，所對應的飽和水、飽和蒸汽密度如表1所示，各分段區間可近似認為是線性關系。壓力與飽和水或飽和蒸汽的密度之間就形成了一個函數關系，用x和y來表示，即y=kx，y為飽和水或飽和蒸汽的密度，x為壓力?？捎?0段折線來表示，這樣每個區間段可以近似看成線性直線關系，只是斜率k不同。函數就可以根據x值的不同，來自動選擇相應的k值并計算出y值。首先利用CFC語言，定義一個程序名稱 (CBSWBC)，選擇折線函數模塊并定義為 HSCHARC-1、HSCHARC-2。然后再對其變量進行賦值。

HSCHARC-1:HSCHARC:=(PS:=11，x:=0，2，4，6，8，10，10.5，11，11.5，12，13， y:= 957.85， 850.34， 798.72， 758.15，722.54， 688.71， 680.27， 671.59， 663.75，654.88，638.16)

HSCHARC-2:HSCHARC:=(PS=11，x:=0，2，4，6，8，10，10.5，11，11.5，12，13，y:=0.598， 10.101， 20.104， 30.833， 42.510，55.439，58.90，62.481，66.177，70.019，78.159)

圖3 功能塊組態圖

功能塊組態圖如圖3所示。

通過上述方法，完成了雙室平衡容器汽包水位測量的動態補償，“BCL10”為補償后的汽包水位值。在應用過程中應根據生產現場實際情況、所選平衡容器的實際尺寸和工作要求進行計算，如半封閉廠房和全封閉廠房的環境溫度及全年的溫差都很大，在計算時都要考慮，不可生搬硬套。必要時也可在輸出端加系數k，用來補償系統固定偏差。

4 結束語

汽包水位是鍋爐及其控制系統中的重要參數之一，雙室平衡容器在汽包水位測量中一直被廣泛采用。根據雙室平衡容器的工作原理及工作特性，結合現場實際，論述了雙室平衡容器在汽包水位測量中補償系統的建立方法與步驟，同時引入了動態補償的方法。興安熱電公司運行1年多以來，汽包水位測量較準確，效果良好。

［1］ 陳勤奇，康倫定.熱力過程自動化［M］.北京:水利電力出版社，1986.

［2］ 吳永生，方可人.熱工測量及儀表［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［3］ 高啟繁.鍋爐汽包水位平衡容器的選型和壓力校正問題探討 ［J］.熱力發電，2003，32(9):17-20.

The Application and Dynamic Compensation of the Dual Condensation Chamber in Measurement of Drum Water Level

JIANG Dong-xu
(North United Power Xingan Power Limited Liability Company，Ulanhot，Inner Mongolia 137400，China)

Combined with years of on-site situation，this paper analyzes and discusses the working principles and application methods of dual-chamber equilibrium container drum water level measurement.Based on the measuring principles and operating characteristics of dual-chamber equilibrum container，the paper discusses the methods and procedures of compensation and correction of the temperature and pressure in process of dual-chamber equilibrium container drum water level measurement.At the same time，the paper introduces the method of dynamic compensation for drum level measurement to reduce the measurement errors caused by the changes of operating parameters in the measurement process and further improve the accuracy of drum water level measurement.

Double room balance container;Level measurement;Dynamic compensation

TK222

A

1004-7913(2013)03-0045-03

姜東旭 (1971—)，男，大專，工程師，主要從事電廠熱工自動控制方面工作。

2012-11-25)