淺談影響汽包水位測量的因素及對策

孫原明

摘要：本文闡述了單室平衡容器式汽包水位計的工作原理，分析了汽包水位測量誤差產生的各種因素，介紹了汽包水位測量信號的溫度、壓力修正方法及其應用情況，并提出了水位測量裝置的安裝、調試及運行維護的重點要求。

關鍵詞：單室平和容器；汽包水位；誤差分析；技術規范

1 前言

汽包水位過高或劇烈波動會影響汽水分離效果，造成蒸汽中含水過多，蒸汽品質變差，嚴重時會使汽輪機受到水沖擊，發生動靜摩擦、葉片損壞等惡性事故；水位過低會引起排污失效，爐內加藥進入蒸汽，嚴重時會引起下降管帶汽，影響鍋爐水循環，造成爐管大面積爆裂。因此，汽包水位是影響機組安全運行的一個重要參數，而實現汽包水位的準確測量是保障單元機組安全穩定運行的前提條件。

2 汽包水位測量裝置的介紹

目前電廠常見的汽包水位測量裝置有雙色水位計、電接點水位計和差壓式水位計三種，其中雙色水位計與電接點水位計均是基于連通器原理工作的，用于水位監視；差壓式水位計則是將水位高度的變化轉換成差壓的變化實現水位測量的，用于汽包水位保護和給水自動調節，因此，其測量的準確性直接關系到鍋爐的安全運行與經濟指標，本文將以我廠的外置單室平衡容器式汽包水位測量裝置為例，闡述單室平衡容器式汽包水位計的工作原理，分析汽包水位測量誤差產生的各種因素，并探討提高水位測量準確度的技術措施。

3 測量誤差分析

差壓式水位計由單室平衡容器、差壓變送器及配套的儀表管路、閥門組成，其中單室平衡容器是實現水位與差壓轉換的核心部件，其轉換原理如圖3-1所示，具體如下：鍋爐正常運行時，汽包內的蒸汽在平衡容器內不斷的凝結，形成參比水柱，當平衡容器內的水面升高時，凝結水通過汽側連通管溢流回汽包，降低時，由蒸汽凝結水來補充，只要單室平衡容器汽水交換良好，就能保證參比水柱的高度恒定。當參比水柱的密度也確定時，正壓管中輸出壓力就為定值。而負壓管與汽包是連通的，因此，負壓管中輸出的壓頭變化就能反映汽包水位變化。

根據流體靜力學原理，當汽包水位在水位H時，平衡容器輸出的差壓值△P為：

△P=（ρa-ρs）gL-（ρw-ρs）gH 公式（3-1）

式中：ρa為平衡容器內凝結水的密度；

ρs為汽包內飽和蒸汽的密度；

ρw為汽包內飽和水的密度；

L為平衡容器內汽水平衡時參比水柱高度，也是平衡容器正、負取壓口之間的距離；

H為汽包的實際水位。

根據公式3-1可以看出，汽包水位與差壓之間不是一個簡單的線性函數關系，會受到平衡容器內凝結水的密度、汽包內飽和蒸汽密度和飽和水密度影響，這些參數發生變化時，就會導致汽包水位與差壓之間的函數關系發生變化，產生測量誤差。汽包內飽和水密度和飽和蒸汽密度受汽包壓力影響較大，當汽包壓力變化時，飽和水的密度和飽和蒸汽密度也會發生變化，導致水位指示發生較大誤差。

平衡容器內凝結水的密度受參比水柱溫度影響較大，由于平衡容器向外散熱，平衡容器及參比段內的凝結水溫度由上至下逐步降低，且溫度分布不確定，參比水柱溫度很難確定，導致平衡容器內凝結水的密度也很難確定，工程上為了實現水位測量，常用環境溫度所對應的密度來代替，就會導致產生測量誤差。為了驗證環境溫度變化對汽包水位測量的影響，假定以汽包壓力為17MPa，L為600mm，環境溫度為40℃為基準，當實際環境溫度發生時，計算水位測量偏差，其結果如表3-1所示：

從表3-1可知，如果參比水柱的設定溫度為40℃，當參比水柱的實際溫度達到80℃時，水位測量誤差為33.2mm，達到120℃時，水位測量誤差為91.4mm。由此可見，若不對參比水柱進行溫度補償，或者設定為一個固定的溫度進行補償，就會導致水位測量不準。

4 解決方法

為了實現汽包水位的準確測量，除了要采用汽包壓力和環境溫度修正外，還要做好汽包水位測量裝置的安裝、維護工作，下面將介紹汽包水位修正方法并探討水位測量裝置的安裝、維護的技術要求和注意事項。

4.1 水位修正

工程上常采用汽包壓力和環境溫度來修正汽包水位信號，以消除或減小汽包壓力和參比水柱溫度變化對測量的影響，將參比水柱溫度近似為室溫，在測量平衡容器差壓信號的同時，測量汽包壓力信號，根據飽和水及飽和蒸汽性質表，得到該壓力下對應的飽和蒸汽和飽和水的密度，并系帶入公式3-1，即可實現汽包水位測量信號的壓力修正。

采用汽包壓力和環境溫度進行水位修正的方法在工程上較為普遍，不再詳細敘述，下面重點探討水位測量裝置的安裝、維護的技術要求。

4.2 安裝、維護要求

汽包水位測量裝置安裝主要對安裝距離、水位基準線、引壓管的坡度方向、保溫及伴熱管線敷設等方面提出要求，具體如下：單室平衡容器在選型時應采用容器為300～800ml、直徑約為100mm的球體或球頭圓柱體，若是選用的平衡容器容積過小，會造成容器內液面高度波動過大而影響測量；單室平衡容器應垂直安裝，保證其零刻度線與汽包零水位線處在同一水平上，注意汽包零水位線是機組運行時，汽包水位實際應在的高度，切不可和汽包幾何中心線混為一談；水位測量裝置的取樣孔應相互獨立，取壓口間距盡量大些，以減小水位測量裝置間的相互影響，切不可采用加連通管的方法增加取樣點；取樣管路敷設坡度應大于1：100，做到一次門前的汽側取樣管應使取樣孔側低，水側取樣管應使取樣孔側高，確保平衡容器和汽包之間汽水交換正常，參比水柱的高度恒定；為防止在閥門處發生“氣塞”或“水塞”，導致壓力傳導不暢，取源閥門應水平安裝；單室平衡容器及參比水柱所在的管道不應采取保溫措施，平衡容器水平引出管盡量長些，有利于參比水柱溫度接近室溫，減少測量誤差；取樣管路保溫不正確也會影響測量，應將正、負壓側取樣管共同保溫，且保證兩根取樣管介質沒有溫差，因為正、負壓側取樣管內介質有溫差時，就會導致因密度不同而產生壓力差，影響水位測量?？傊?，在安裝水位測量裝置時，處理好這些細節問題，是保證汽包水位準確測量的前提條件。

總之，要達到汽包水位測量準確的效果，既要設定適當的環境溫度做好水位修正，更要在設備細節上下功夫，分析誤差產生的原因并進行消除。

5 總結

本文以我廠的單室平衡容器式汽包水位測量裝置為例，從該裝置的工作原理入手分析影響汽包水位測量的各種因素，介紹了汽包水位溫度、壓力修正方法，并探討了水位測量裝置的安裝、調試及運行維護的重點要求，以提高汽包水位測量的準確度。

參考文獻：

[1]侯子良，劉吉川，侯云浩，呂錫江.鍋爐汽包水位測量系統，中國電力出版社，2005.

[2]DL/1393—2014.電力建設施工技術規范第4部分：熱工儀表及控制裝置.中國電力出版社，2014.