锅炉汽包水位测量原理的介绍

1、锅炉汽包水位测量原理的介绍 杨忠学杨忠学 20132013年年1010月月1010日日 第一章 简述 汽包锅炉的汽包水位会因负荷、燃烧工况和给水 压力等参数的变化而波动，汽包水位是汽包锅炉 运行中一个非常重要的监控参数，它间接反映了 锅炉负荷（即锅炉所产生的蒸汽量）和给水量之 间的物质平衡关系，保持汽包内的正常水位在一 定的允许范围内是保证锅炉和汽轮机安全运行的 最重要条件之一。 当汽包水位过高时，一方面由于汽包内蒸汽空 间高度减少，会增加蒸汽携带的水份，另一方 面水位过高也会影响汽包内汽水分离装置的正 常工作，造成出口蒸汽中水份过多，蒸汽品质 变坏，从而极易引起过热器管壁和汽轮机叶片 沉结盐

2、垢而使之过热，导致蒸汽管金属强度降 低而发生爆管、过热器烧坏和汽机效率的下降。 严重满水时，会使主汽温急剧下降，直接影响 机组运行的经济性和安全性，若蒸汽带水严重， 则会使蒸汽管道和汽机受到水或冷蒸汽的冲击， 甚至造成汽机叶片断裂事故，损毁汽轮机设备。 水位过低则会破坏锅炉的正常水循环工况，使水 冷壁管的安全受到威胁。如果在炉水循环泵的进 口水中带有蒸汽，就可能发生泵的汽蚀现象，使 泵的正常工作遭到破坏。如果出现严重缺水而又 未能及时进行正确处理时，则可能因水冷壁管供 水不足而引起水冷壁管壁烧坏破裂。可见，在锅 炉运行中，对汽包水位监控不当，或设备存在缺 陷而发生缺水、满水事故时，都会造成巨大

3、的损 失。尤其对于现代大型锅炉，汽包水容积相对较 小，而蒸发量又大，如给水中断而锅炉继续运行， 则只需不到十秒钟，汽包水位就会消失。如果不 是给水中断，而只是给水量与蒸发量不相适应， 则也会在几分钟之内发生缺水或满水事故。 由此可见，锅炉汽包水位的控制是十分重要的。 第二章汽包水位的测量方式 火力发电厂中在汽包水位的测量中经常采 用的方法为双色水位计、差压式水位计以及电 接点水位计。其中双色水位计用到就地显示， 利用工业电视技术在主控实现监视；差压式水 位计最为常用，作为水位调节的被调参数；因 为电接点式水位计在汽包水位的测量中用的较 少，本章着重介绍双色水位计和差压式水位计。 一、双色水位计

4、 1.工作原理 由光源发出的光通过红、绿滤色镜片，射向 水位计本体液腔。在腔内汽相部分，红光射向 正前方，而绿光斜射到壁上被吸收。而在腔内 液相部分，由于水位的折射使绿光射向正前方， 而红光斜射到壁上，因此在正前方观察，显示 汽红水绿。 （ 绿 色 ） （ 红 色 ） 红 色 绿 色 有 水 状 态 绿 色 红 色 无 水 状 态 压力压力MPa12 D:mm40 测量情况： 当水位计中水的密度等于饱和水密度时， 水位计的水位即是重量水位。 水位计放置在汽包外，由于散热，使水位 计中水柱温度低于饱和水温度。说明水位计的 水位已不是重量水位，指示偏低h。 (h+h)Wg=h1g+hSg h（1W

5、)（WS）*h 随着水位计中水的温度降低，1增大，h 增大，即水位指示偏差增大。 二、差压式水位计 汽包水位测量广泛采用差压式水位计的测 量，其平衡容器通常有单室平衡容器、双室平衡 容器以及内置式平衡容器，本节将着重介绍这三 种平衡容器。 、单室平衡容器 、单室平衡容器 单室平衡容器又叫简单平衡容器 ,如图 1 所 示 ,其结构简单 ,安装方便 ,但测量误差较 大 。当锅炉在额定汽压运行 ,水位为正常水 位时 ,其输出的差压p 比较稳定 ,测量较准 确 ; 当汽压下降时 (即使此时的水位保持不 变 , 正压侧压力 ( p+) 变化不大) , 负压侧 的压力( p-) 将显著增大 ,致使平衡容器

6、输出 差压减小 ,水位表指示偏高 。 由图 1 可以得到水位测量关系式 : p = p + - p- = L (c- s) g - H (w- s) g (1) 或 HL (c- s) g (w- s) g (2) 图 1 和式 (1) 、式中 :c为平衡容器内水密 度 ,kg/m3; w为汽包内饱和水密度 ,kg/ m3; s为汽包内饱和汽密度 ,kg/ m3; g 为重力加速度 ,m/ s2; H 为汽包水位 ,m ; 为平衡容器输出差压 ,kPa ; L 为水位计量程 ,m。 由图 1 可以看出 ,正压侧压力 p + 由恒定的水柱 高度维持 (汽包内的蒸汽经过正压侧一次门“1” 注入平衡

7、容器内并凝结成水 ,利用溢流原理将多余 的水流回汽包 。) ,负压侧压力p-则随汽包水 位变化而变化 ,所以p 即随汽包水位而变化 。 但是 ,由于汽包内的饱和水与平衡容器内的冷凝水 温度不同 (即密度不同) ,会导致测量误差 。为了 减少此误差 ,通常是使平衡容器的安装标高 (正负 压取样管的垂直距离 L ) 与二次显示仪表的刻度 全量程一致 ,并在二次表校验时 ,按运行额定参数 和环境平均温度 ,考虑密度影响的修正值 。单室 平衡器一般用于测量低温 、低压容器的水位 ,在 用于测量锅炉汽包水位时 ,要运用水位测量的汽压 自动校正系统才能实现较准确的测量 。 二、双室平衡容器 双室平衡容器

8、(简单双室平衡容器) 的结构如 图 2所示 。 双室平衡容器的正压侧与单室平衡容器一样 , 维持恒定水柱高度 ,负压侧置于平衡容器内 , 上部比正压管下缘高 10 mm 左右 ,下部与汽包 的水室相连通 ,其水柱高度随着汽包水位的变 化而变化 。双室平衡容器的优点是内外 2 根 管内水的温度比较接近 ,减少了采用单室平衡 容器因正负压取样管内水的密度不同所引起的 测量误差 ,但是 ,由于平衡容器内的温度远远 低于汽包内的温度 ,故负压管内的水位比汽包 实际水位偏低 ,因而产生测量误差 。当汽压和 平衡容器环境温度变化时 ,此误差是个变数 。 双室平衡容器的水位测量关系式与单室平衡容 器相同 。

9、 第三章火力发电厂关于汽包水位测 量的要求 为了保证火力发电厂锅炉的安全运行，根据防 止电力生产重大事故的二十五项重点要求中的 “防止锅炉汽包满水和缺水事故”的有关要求， 对汽包水位的测量提出以下要求。 、水位测量系统的配置、水位测量系统的配置 .新建锅炉汽包应配备2套就地水位表和3 套差压式水位测量装置，2套就地水位表中的1 套可用电极式水位测量装置替代。在役锅炉汽 包可根据现场实际和新建锅炉的配置要求进行 相应的配置。 .锅炉汽包水位的调节、报警和保护应分 别取自3个独立的差压变送器进行逻辑判断后 的信号，并且该信号应进行压力，温度修正。 .就地水位表可采用玻璃板式、云母板式、 牛眼式。

10、. .水位测量装置的安装水位测量装置的安装 .每个水位测量装置都应具有独立的取样孔。 不得在同一取样孔上并联多个水位测量装置，以 避免相互影响，降低水位测量的可靠性。 .水位测量装置安装时，均应以汽包同一端的 几何中心线为基准线，采用水准仪精确确定各水 位测量装置的安装位置，不应以锅炉平台等物作 为参比标准。 .安装水位测量装置取样阀门时，应使阀门阀 杆处于水平位置，水位测量装置汽侧取样管与水 侧取样管间可加装连通管。 .水位测量装置的开孔位置、取样管的管径应 根据锅炉汽包内部部件的结构，布置和锅炉的运 行方式，由锅炉制造厂负责确定和提供 .就地水位表的安装 就地水位表的零水位线应比汽包内的零

11、水位 线低，降低的值取决于汽包工作压力,若现役锅炉 就地水位表的零水位线与锅炉汽包内的零水位线 相一致，应根据锅炉汽包内工作压力重新标定就 地水位表的零水位线，具体降低值应由锅炉制造 厂负责提供。 安装汽水侧取样管时,应保证管道的倾斜度不 小于100：1，对于汽侧取样管应使取样孔侧高， 对于水侧取样管应使取样孔侧低(见图1)。 汽水侧取样管、取样阀门和连通管均应良好 保温。 .差压式水位测量装置的安装 差压式水位测量装置的平衡容器应为单室平 衡容器，即直径约lOOmm的球体或球头圆柱体(容 积为300-800ml)，容器前汽水侧取样管可有连通 管。 安装汽水侧取样管时，应保证管道的倾斜度 不小

12、于100：1，对于汽侧取样管应使取样孔侧低， 对于水侧取样管应使取样孔侧高(见图2)。 禁止在连通管中段开取样孔作为差压式水位 测量装置的汽水侧取样点图3 连通管中段开取样 孔的示意图 汽水侧取样管、取样阀门和连通管均应良好保温。 平衡容器及容器下部形成参比水柱的管道不得保 温。引到差压变送器的两根管道应平行敷设共同 保温，并根据需要采取防冻措施。 .水位测量装置的运行和维护水位测量装置的运行和维护 1差压式水位测量装置进行温度修正所选取的 参比水柱平均温度应根据现场环境温度确定，并 且应定期根据环境温度变化对修正回路进行设定。 2锅炉启动前，应确保差压式水位测量装置参比 水柱的形成。锅炉汽包水位的监视应以差压式水 位测量装置显示值为准。 3定期(每班)核对额定汽压下差压式水位测量装 置零水位与就地水位表的零水