新型雙室平衡容器在汽包水位測量中的應用

王 寶 陳 駿

廣東省寶鋼特鋼韶關有限公司軋鋼分廠

新型雙室平衡容器在汽包水位測量中的應用

王 寶 陳 駿

廣東省寶鋼特鋼韶關有限公司軋鋼分廠

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。下面文中將會對相關內容進行闡述，僅供參考。

汽包水位測量；雙室平衡容器；應用

鍋爐汽包水位不僅關系到所產生蒸汽的質量，同時也是確保生產安全的重要參數。在工作過程中，采用雙室平衡容器測量汽包液位，是因為飽和蒸汽在凝汽室中凝結釋放熱量，對其中正壓補償管和負壓管溫度進行補償，并且平衡容器充分保溫，減少了熱量損失，由于正確地選擇了正壓補償管的高度，在汽包水位一定時，無論汽包內的壓力如何變化，正壓補償管的壓力與負壓管的壓力變化值均相等，因而雙室平衡容器輸出的差壓不變。但是傳統雙室平衡容器的正壓側先于負壓側引出平衡容器，造成正負引壓管路在全量程測量范圍內溫度不一致，從而產生一定的測量誤差。

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。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10m。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 特點

1)水面不平穩動能極大的汽水混合物沖擊使水面形成漩渦﹑液柱和波浪；汽包壓力的波動，則致使水冷壁中水沸騰的起始位置不斷發生變化。且水面各點液位分布不均，表現在汽包兩端水位低，而中部明顯的凸起。2)汽包內加入有除垢藥品，致液面表面有泡沫存在。由以上可知：汽包水位是一個典型的較難實現的工藝參數，受到汽包溫度﹑壓力影響較多，實現準確測量有難度；同時也應知道，片面地追求幾臺液位計指示完全一致是錯誤的。

2 新型雙室平衡容器

由上述可知，雖然傳統雙室平衡容器具有自我補償特性，但想獲得準確的測量結果，仍需要進行復雜的溫度補償運算。針對傳統雙室平衡容器的缺陷和弊端，介紹了一種新型雙室平衡容器，其結構如圖2所示。與傳統雙室平衡容器相比，改進后容器的正負壓側同時輸出平衡容器，使容器正負引壓管路在全量程測量范圍內溫度保持一致，從而消除了溫度對液位測量結果的影響。由圖2可知，改進后的平衡容器正壓側和負壓側均由底部引出，保證了正負壓側在同一個溫度。

圖1 雙室平衡容器測量原理圖

圖2 新型雙室平衡容器結構示意

改進后的平衡容器正壓側和負壓側均由底部引出，保證了正負壓側在同一個溫度。負壓側壓力為：

正壓側壓力為：

差壓為：因而相對于規定的零水位的汽包液位：

式中：h3— —連通器水平軸到正負壓側引出點的距離，mm。

由雙室平衡容器的特點可知，飽和蒸汽在凝結的過程中釋放的熱量補償了容器熱量的散失，同時通過充分的保溫措施可使容器內的溫度與汽包內溫度保持一致，因而對于特定的汽包，ρw和ρs為定值，又由于h2是容器本身制造尺寸為常數，因而由式可知，改造后的雙室平衡容器其測量結果與變送器的差壓成線性關系，消除了溫度對測量結果的影響。

3 運行中遇到的實際問題

3.1 汽包未連續工作時，液位指示偏差較大

通過觀察發現，在汽包啟用﹑停止﹑排空時誤差較大，表現為和玻璃板參照數值指示偏差大，恢復時間較長，需要人為進行灌水。

3.2 保溫對比裝置其他類型儀表，發現雙室平衡容器對保溫需求更高

究其原因，是雙室平衡容器對溫度變化敏感所致。當容器外部保溫較薄時，由于熱輻射作用凝汽室內無法維持和汽包內汽水混合物相同的近300度高溫，凝結水的速度會加快，自然對流狀態依然在進行，但已不能如實反映汽包內的動態平衡過程，測量的準確性大打折扣。建議將平衡容器本體和聯通管路均進行保溫，厚度和汽包本體保溫厚度一致。

3.3 安裝在外取熱汽包和蒸汽發生器的雙室平衡容器的安裝方式不同

根據安裝要求，雙室平衡容器的下放空要接至汽包的下降管上，以保證平衡本體和汽包內的工況一致。如果將其放空誤接入汽包的排污線中，當排污線的閥門動作，平衡容器內溫度和壓力急劇變化無法正常反映液位，只能選用不帶有下放空的雙室平衡容器或將下放空進行封堵。

通過對雙室平衡容器結構﹑工作原理的介紹，推導出容器正負壓室的差壓計算公式，并通過計算公式證明傳統雙室平衡容器的自身缺陷及對測量結果的影響；提出了一種新型的雙室平衡容器，并證明其測量結果只與變送器的差壓有關，且成線性關系，消除了溫度對傳統雙室平衡容器測量結果的影響。實踐證明，改進后的雙室平衡容器具有很高的實用價值。

[1]吳業飛，時敏.雙室平衡容器汽包水位測量及其補償系統的應用[J].自動化儀表，2004，07：35-39.

[2]仇廣金，張鑫，李勝利.新型雙室平衡容器在汽包水位測量中的應用[J].石油化工自動化，2016，03：84-86.