關于磁翻板液位計在蒸汽鍋爐中的測量問題及解決方案
發布時間：2019-04-01 發布作者：
在公用電廠進行的較關鍵的測量之一是鍋爐汽包中的水位。通常使用各種裝置來監測該鼓水位。當汽包壓力不達到設計值時，基于差壓的液位裝置（甚至視鏡）會出現測量誤差。對于在較低壓力下運行的鍋爐，這些壓力變化可能會被忽略，但對于大多數電站鍋爐和許多工業鍋爐而言，應該糾正這些不準確性。關于這一主題的一個很好的信息來源是ISA技術報告ISA-TR77.42.02-2009，化石燃料發電廠補償差壓基汽缸液位測量。
蒸汽鼓水平測量概述
典型的基于汽油壓差的液位測量裝置如圖1所示。圖中的汽包
磁翻板液位計檢測下鼓測量抽頭和頂部測量抽頭之間的壓差。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，但環境溫度或接近 - 環境溫度。差壓的這種差異也稱為位移。因為溫度相同的較好的時間是鼓冷，
到20世紀50年代，通過純機械裝置測量鼓水平差壓。當時的許多測量設備都是在磁翻板液位計上與機械流體直接接觸的機械浮子。浮子在連桿的幫助下轉動了一根主軸。經過壓力填料和壓蓋后，主軸驅動機械指針。機械指針通常連接到氣動裝置，該氣動裝置可直接產生控制輸出或將氣動信號發送到另一位置。
這種性質的典型裝置是Bailey LH水平機構。這些設備運行良好，但需要定期清潔和校準，因為它們依靠純機械手段來指示水平。這些裝置也可能具有與它們相關的顯著位移，這就是參考腿上的儲液器（也稱為冷凝罐）的原因（參見圖1）。沒有（或不顯著）位移的現代差壓變送器不需要該儲液器。
需要測量補償
純機械液位測量裝置的限制是，在它們的基本配置中，它們不能補償蒸汽鼓壓力或環境溫度的變化。這些與壓力和溫度相關的測量誤差通常通過校準鼓磁翻板液位計來解決，以使其對于鼓正常操作壓力和假定的環境參考腿溫度（通常為100F）是正確的。這對于較低的鼓壓應用通常是足夠好的，但隨著汽包壓力的增加，必須找到機械解決方案以更好地處理這種現象。
許多制造商采用雙管齊下的方法解決了這個問題。為了適應變化的鼓壓力，差壓測量裝置還需要包括壓力測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量指針的主軸引起的運動的增益。Bailey LH儀表使用13H級螺旋線圈補償器機構進行壓力補償。Yarway公司在其指針儀表中使用了一個波登管來執行相同的功能。
為了解決環境溫度變化的問題，制造商開發了參考腿儲液器的增強版本。這些增強型儲層被稱為溫度補償參考柱，溫度均衡柱或溫度補償恒定頂室。其他制造商可能已經為這些設備提供了其他名稱，但就本文而言，它們將被稱為溫度均衡色譜柱。
對溫度均衡色譜柱的擔憂
許多這些溫度均衡柱可能是有問題的，因為在鍋爐操作期間它們將參考腿保持在高溫下。結果，參考支路的一部分可以在快速壓力降低（負荷增加）時閃蒸成蒸汽，并且該反應將暫時導致錯誤的高水平測量，這增加了鍋爐膨脹效應。一些柱的設計可能不太容易受到這種閃光現象的影響，因為其目的是使柱保持恒定溫度，意味著略低于鼓飽和溫度。測量誤差也可能與這些柱的使用有關，因為參考腿的溫度需要假定的溫度。
制造商在20世紀60年代開始停止銷售這些儀器，但它們仍然可以在許多發電廠中使用。在我們南部公司的一個工廠的兩個蒸汽桶的管道中發現了兩個不同制造商的溫度均衡柱。這些設備的照片，去除了絕緣層，如圖2所示。
壓力補償方程
對于所有類型的基于汽包差壓（dP）的液位測量，液位變送器測量的dP與汽包中的水位成反比。隨著水位上升，感應腿水柱接近參考腿水柱的高度。當蒸汽鼓中的水位達到與參考腿頂部相同的高度時，兩條腿的高度相同，如果兩條腿都是兩條腿，則發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量的相同溫度，并且這是與該測量技術相關的誤差的主要來源。
使用圖4所示的布置，由汽包磁翻板液位計測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 =用于校準變送器的68F水的比重（磅/英尺3）
該公式是可用于大多數數字控制系統的鍋爐汽包壓力補償算法的基礎，說明了參考支路中水的比重（W wo）是補償計算的重要部分。圖4顯示了當使用特定類型的溫度均衡柱來開發用于差壓測量的參考支柱時的實際水和蒸汽條件。圖4表示Bailey Meter Co.和Republic Flow Meters過去的溫度均衡柱設計。
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，在這個特定的應用中，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。
當然，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，蒸汽可能永遠不會冷凝形成所需的參考腿，或者參考腿的高度會隨壓力不斷變化而變得不可預測。這些色譜柱的每個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（蒸汽質量低）。蒸汽是濕的，因為蒸汽的壓力與滾筒中的壓力相同，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。
這種濕蒸汽條件對壓力補償方程沒有太大影響，因為塔中的水和蒸汽與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代表汽包中的水位。壓力補償方程中的未知數是參考腿的溫度。必須假設該參考腿溫度是多少，并且必須基于溫度均衡柱的設計進行該假設。
減少測量誤差
Bailey Meter Co.和Republic Flow Meter柱設計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.的設計和絕緣方法有點不同，因為該公司的理念是將參考腿溫度保持在飽和度和環境溫度之間的大約一半，根據為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所示的現有裝置中。然而，為了進行這種改進，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參考支柱進行伴熱跟蹤，則必須將熱電偶放置在參考支管的另一側，以免受熱追蹤。然后，該熱電偶和與其相鄰的參考腿管應隔熱并防風雨。然后可以將熱電偶帶入控制系統并結合到鼓水平測量壓力補償算法中。
參考腿溫度測量也可以改裝到現有的溫度均衡柱安裝（參見圖4和圖2的右側）。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。對于Yarway溫度補償恒定頭腔（如圖2左側所示），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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