火电厂热工测量及常规仪表

1、作者：杨清2012年2月第一章第一章 常见的一些基本概念常见的一些基本概念第二章第二章 压力测量压力测量第三章第三章 温度测量温度测量第五章第五章 物位测量物位测量第六章第六章 机械量的测量机械量的测量第一章第一章 常见的一些基本概念常见的一些基本概念 在火力发电厂的生产中，热工测量是热力过程控制系统的一个组成部分。热工测量在控制系统中具有重要地位，通过热工参数的测量，可及时反映热力设备的运行工况，为运行人员提供操作依据；为热工自动化装置准确及时地提供信号；为运行的经济性计算提供数据。因此，热工测量是保证热力设备安全、经济运行及实现自动化的必要条件，亦是经济管理、环境保护、研究新型热力生产系统

2、和设备的重要条件。其质量的好坏直接影响着自动过程的水平，也既影响着发电机组的安全性和经济效益。 随着火力发电厂的热力设备日益向大容量、高参数的方向发展，电厂的自动化水平也日益提高，对热工测量的准确性、可靠性等的要求越来越高，测点数量也越来越多，并且随着新材料和新技术的使用，新型热工测量仪表不断涌现。据统计，600MW火力发电机组的热工测点达6000个左右，需使用DCS对大量的测量数据进行处理。 在火力发电厂的运行中要求整个测量系统长期处于投入状态，能正确而及时地反映热力设备的运行情况，并改善运行人员的劳动条件。所以，从事热工测量工作的技术人员必须充分熟悉热工测量仪表和测量系统，掌握测量方法，对

3、热力设备（即被测对象）的结构和性能也要有一定的了解。 由于测量中总是存在着测量误差，测量工作者的任务之一就是要尽量使之减小，因此应选择合理的测量方法；所用的测量单位必须是国家法定计量单位；所用的测量工具必须足够准确，并事先经过检验。 本篇主要讲述火力发电厂压力、温度、流量、转速、振动、物位等热工参数的基本测量方法，传感器的原理和性能，仪表的选用和测点的选择原则，测量系统的组成，仪表的校验和维护以等。这些内容涉及面很广，本篇只能介绍常用的测量方法和仪表，在各种实际的测量工作中，根据不同的对象来分析和解决测量问题。第二章第二章 压力测量压力测量第一节第一节 压力测量基础知识压力测量基础知识一、压力

4、的概念(一）压力的定义 垂直作用在单位面积上的分布力称为压力。 (二）压力名词术语1.绝对压力 以完全真空作零标准（参考压力）表示的压力，用pA表示。它是液体、气体或蒸汽所处空间的全部压力。2.大气压力 地球表面大气自重所产生的压力，又称气压，用pb表示。它随海拔高度、地理纬度和气象情况等不同而变化。 3.表压力 以大气压力作零标准（参考压力）表示的压力，用pg表示。当绝对压力大于大气压力时，它等于绝对压力与大气压力之差（又称正压力）。4.负压力 绝对压力低于大气压力时的表压力，它等于大气压力与绝对压力之差（又称疏空压力），用pv表示。5.真空度 绝对压力低于大气压力时的绝对压力，用符号V表示

5、。6.差压 两个相关压力之差。7.静态压力 不随时间变化的压力。由于绝对不变化是不可能的 所以规定压力随时间的变化，每秒为压力计分度值的以下的变化压力为静态压力。8.动态压力 压力随时间的变化超过静态压力所规定的限度的变化压力称为动态压力。 。 ( (二)专用弹簧管式压力仪表1.电接点压力表 电接点压力表用作电气讯号设备、连锁装置和自动控制装置。它比普通压力表多一个电接点装置，有上下限控制指针。类似电接点压力表的还有压力控制器、压力继电器、压力信号器等。2.气体压力表 为适应各种气体测试要求，在弹簧管式压力仪表中某些零件需要特殊材料，并注明用途。用途一般在表盘上用文字说明，或在衬圈、外壳上涂以

6、所规定的颜色来表示：氧气天蓝色、氢气深绿色、氨气黄色、氯气褐色、乙炔白色、其它可燃性气体红色、其它惰性气体或液体黑色。3.耐高温压力表4.带校验指针的压力表 为使设备不超过某一工艺要求，仪表盘上标有红线或校验指针，便于操作者观察。另外装有可以移动的校验指针。5.耐振压力表 将仪表内充灌阻尼液，使仪表指针和传动机构均浸在油液内，这样可减少环境振动、冲击引起指针的摆动，同时可以润滑传动机构。二、膜盒式压力表 膜盒式压力表具有结构简单、灵敏度高的特点，用于气体介质的微压测量。其准确度比较低，有1.5级、2.5级和4级。三、弹簧式压力仪表的主要误差 (一)非线性误差 (二)机械摩擦引起的误差 (三)表

7、盘分度误差 (四)示值判断误差 读取示值时引入的误差。与仪表表盘的分度细度、表针宽度及读数方法有关。在读取示值时，应使指针尖端准确对准，指针刀锋面垂直表盘平面，精密压力表按分度值的1/10估读，一般压力表按分度值的1/5估读。 (五)温度变化引起的误差 (六)安装位置引起的误差 (二)压力仪表的安装 安装前应仔细核对型号、量程、准确度等级是否符合要求。安装前应仔细核对型号、量程、准确度等级是否符合要求。 对于有腐蚀性介质的、或有高温介质的、或压力有剧烈波动的情况下，均应采取一定的保对于有腐蚀性介质的、或有高温介质的、或压力有剧烈波动的情况下，均应采取一定的保护措施。如测量腐蚀性介质时，压力表前

8、须加装隔离容器；测量高温蒸汽压时，在压力表前须护措施。如测量腐蚀性介质时，压力表前须加装隔离容器；测量高温蒸汽压时，在压力表前须加装冷凝装置；测量含尘气体压力时，在压力表前须加装灰尘捕集器。加装冷凝装置；测量含尘气体压力时，在压力表前须加装灰尘捕集器。 压力仪表的安装位置，应符合安装状态要求，且便于维护和检修。仪表表盘一般不应该呈水平状态，不然游丝将失去对齿轮间隙的控制作用。仪表取压点应在被测介质流动的直线管道上，仪表取压管口应与被测介质的流动方向垂直，与管道内壁平齐，而不能在急弯、阀门、死角或涡流处，不能有凸出物和毛刺，这是为了保证准确测量介质的静压力所必须的；对于被测介质为蒸汽时，应在工艺

9、管道的两侧；对于被测介质为液体时，应在工艺管道的下部；对于被测介质为气体时，应在工艺管道的上部。若取压点和仪表安装位置不在同一水平面上，应对液柱高度差所引起的压力值进行修正。 取压点和仪表安装处之间的距离应尽量短，以免指示迟缓。信号管路在取压点处应装有隔离阀，信号管路的敷设应有一定的坡度，测量液体或蒸汽压力时，信号管路的最高处应有排气装置，测量气体压力时，信号管路的最低处应有排水装置。应检查传压导管、阀门、接头及焊接处的严密性，如有泄露及时消除。启动压力表时，应先开一次门。当传压导管内的被测介质的温度接近室温时，方可开启二次门。开启阀门时，应缓慢进行，以避免造成仪表受冲击而损坏，全开后要倒回半

10、圈。(三)压力仪表的使用 1.仪表应有封印，精密表应具有未超过有效期的检定证书。 2.专用仪表严禁做其他用途使用，也严禁在没有特殊可靠的装置上进行测量，更严禁用一般压力表作特殊介质的压力测量。 3.在振动较大的设备上应选用杠杆机构的压力表。 4.仪表工作时应处于正常的工作状态。 第三节 压力（差压）变送器 把压力变换为规定的标准信号（420mA）而输出的压力传感器，就是压力变送器。目前，电厂普遍采用带HART通迅的智能型变送器，常见的品牌有Rosemount、西门子、ABB、横河川仪等。我厂选用的是横河川仪的EJA系列的压力/差压变送器。下面以我厂使用的压力（差压）变送器 为例介绍一下(一)主

11、要性能1.测量范围：(00.14)MPa至(030)MPa。2.精度度等级：0.065%（包括从零点开始的线性、滞后性和重复性）3.输出： (420)mA直流电流。4.供电电源：10.542V DC(普通型和隔爆型)10.530V DC(本安型、n型或非易燃型)10.532V DC(带避雷保护时)BRAIN和HART协议通讯时至少16.4V DC。5.负载(输出信号代码为D 和 E 时 )250600数字通讯01335工作状态6.阻尼时间常数总阻尼时间常数等于放大器部件和膜盒的阻尼时间常数之和。放大器部件阻尼时间常数在0. 264 秒范围可调。(二)主要功能1.在线通讯功能。2.半自动调零功能

12、。3.远程设定、监视功能。4.自我诊断功能。(三)使用与维护1.压力（差压）变送器的接线为二线制，即电源线也是信号线，分正负接入变送器相应的端子。附接线端子图。2.安装完毕，确认无误后开启一次门。对于压力变送器，如无泄露即可缓慢开启二次门，使变送器投入运行。对于差压变送器，则应先开平衡门，再开正、负压门，再关上平衡门。对于测量蒸汽的变送器，开启一次门后，需等导压管冷却后才能开启二次门，以防止损坏变送器。3.变送器应密封良好，以防止灰尘进入变送器磁钢中而影响测量准确度。4.要定期检查导压管路是否畅通，密封性是否良好。5.防爆仪表必须有防爆合格证，外壳上有永久性防爆标记。6.变送器退出运行的操作顺

13、序与投运时的顺序相反。(四)调整1.零点调校：接通电源后，当变送器通大气时，输出应为4mA，否则调整调零使输出为4mA。2.量程调校：给变送器送入满量程压力信号，变送器的输出应为20mA，否则应调整量程。然后将压力降为零，重新调整变送器使输出为4mA，再输入满量程信号，使输出电流为20mA，如此反复调整至合格。3.迁移调整：先将变送器量程调整好，然后再进行迁移调整。4、阻尼调整。 注：以上调整都可以用手操器在通迅在相应的菜单下进行调整。第三章第三章 温度测量温度测量第一节 温度与温标 温度是用来表征物体冷热程度的物理量。热力学温度是国际单位制（SI）的七个基本量之一。 热力学温度符号为T，单位

14、名称为开尔文，单位符号为K，定义为水三相点热力学温度的1/273.16。 摄氏温度符号为t，单位名称为摄氏度，符号为，其大小等于开尔文，即温差可以用开尔文或摄氏度来表示。 温标的定义为：温度的量值表示方法。固定点、内插仪器以及函数关系构成温标的主要内容，简称为温度的“三要素”。 1991年7月1日起，我国施行“1990年国际温标（IST90）”。 1990国际温标是以热力学温度为基础，用其测定的任何温度，数值上更加接近热力学温度值，且这种测量容易实现并有较高的复现性。 热力学温度与摄氏温度的关系为 t=T-273.15第二节 热电偶 随着科学技术的不断发展，热电偶已成为目前温度测量领域中应用最

15、广泛的感温元件之一。其主要优点是：测量温度范围广，可以1K到2800的广阔温域内进行测量；性能稳定、准确可靠。此外，结构简单、热惯性小、动态响应速度快、信号能够远距离传送和多点测量等这些优点，便于实现集中检测与控制。 一热电偶工作原理 两种成分不同的导体组成一个闭合的回路，当回路中温度不同时（即存在温差），即产生了热电势，这个现象称作热电效应。热电偶就是利用这个原理来测量温度的。 二热电偶的种类 热电偶按用途可分为工业热电偶和标准热电偶。而工业热电偶按结构不同又可分为普通热电偶和铠装热电偶。 热电偶按热电极的材料可分为不同分度号的热电偶。 我国采用国际标准（IEC）生产的热电偶有以下8 种：

16、铂铑10铂热电偶（S型）； 铂铑13铂热电偶（R型）； 铂铑30铂铑6热电偶（B型）； 镍铬镍硅热电偶（K型）； 镍铬硅镍铬热电偶（N型）； 镍铬铜镍合金（康铜）热电偶（E型）； 铁铜镍合金（康铜）热电偶（J型）； 铜铜镍合金（康铜）热电偶（T型）； 以上8种热电偶的分度表、分度公式以及热电势对分度表的允许误差都与IEC标准相同 六热电偶的安装及维修 1热电偶的安装 热电偶的安装是否正确合理，对测量结果有着重要影响。通常要求尽量做到测量准确、安全可靠、维修方便。热电偶安装时应遵守以下原则： (1)热电偶的测量端应处于能够真正代表被测介质温度的地方。在管道上安装热电偶时，应使保护管末端超过管道中

17、心线约（510）mm。 (2)热电偶应有足够的插入深度。一般最少不小于热电偶保护管外径的810倍。 (3)为防止热损失，热电偶保护管露在设备外部应尽可能短，并加保温层。 (4)若被测介质具有负压或为有害气体时，热电偶安装必须严格密封，以免外界冷空气进入影响测量的准确性，或有害气体溢出污染空气。 (5)热电偶的安装地点，应尽量避开其他热源、强磁场、电场等，防止外来干扰。 (6)热电偶安装位置应尽量保持垂直，防止保护管在高温下产生变形。但在有流速情况下，热电偶必须倾斜安装，如有可能，尽量安装在管道的弯曲处。若需水平安装时，则应该有耐火砖或耐热金属支架加以支撑。 2热电偶的维修 热电偶通常是与测量仪

18、表配套组成测量回路来实现测温的。因此，故障现象往往是通过测量仪表反应出来。这就需要首先分析故障是产生在热电偶回路方面还是测量仪表方面。为此，可将补偿导线与测量仪表连接处拆开，用万用表测量热电偶回路电阻，观察线路电阻是否正常，然后用便携式电位差计测量输出电势，若输出电势值正常则故障在测量仪表方面。若输出电势不正常，根据故障现象及可能的原因对热电偶及连接导线各部分进行检查和修复。第三节 热电阻一、工作原理 电阻温度计在科研和生产中经常用来测量-200+600的温度。它具有测温范围宽、测温精度高、稳定性好、能远距离测量、便于实现温度控制和自动记录等优点，是使用较为广泛的一种测温仪表。热电阻是利用导体

19、或半导体的电阻随温度而变化的原理测量温度的。当温度变化时，感温元件的电阻随之而变化，将变化的电阻值作为信号，输入显示仪表中，来测量或控制被测介质的温度 。二、热电阻种类（一）铂热电阻 Pt10和Pt100是我国按照国际标准生产的铂热电阻温度计，0时的电阻值分别为10和100。 (二)铜热电阻 铜热电阻温度计没有国际标准，Cu50和Cu100是依照我国专业标准生产的热电阻温度计，0时的电阻值分别为50和100。（三）镍热电阻 镍热电阻温度计分为：Ni100、Ni300和Ni500三种，0时的电阻值分别为100、300和500。 热电阻与热电偶一样，分为普通工业热电阻温度计和铠装热电阻温度计。目前

20、电厂使用的热电阻大多都是Pt100三、热电阻的选择原则 热电阻的选择原则与热电偶相似，热电阻的选择必须综合考虑测温范围、测温准确度，测温环境和成本等技术经济指标。选择标准如下： 四、热电阻测温注意事项 用热电阻测温的注意事项，与热电偶相比，在许多方面是相同的，归纳起来如下 第三节 双金属温度计一、工作原理 双金属温度计是由两种不同膨胀系数彼此牢固结合的双金属片制成感温元件的温度计。双金属温度计感温元件通常绕成螺旋形，一端固定，另一端连接指针轴，当温度变化时，由于双金属片受到温度的作用使感温元件的去曲率产生变化，通过指针轴带动指针偏转，在标度盘上显示温度值。二、双金属温度计的测温范围及准确度等级

21、 双金属温度计的测温范围为-80600。准确度等级为1.0、1.5、2.5三种。工业双金属温度计的测量范围和分度值见下表：三、双金属温度计的种类1、轴向、径向万向型双金属温度计WSS-401 WSS-481 WSS-4112、电接点双金属温度计WSSX-4003、防爆型双金属温度计WSSB-4114、带热电偶热电阻的双金属温度计WSSE-4011、什么是差压式流量计利用流体在节流元件前后的压力变化情况来测量流量的流量计，称为差压式流量计。差压式流量计是目前火电厂使用最多的流量测量方法。流体充满管道的流动称为管流。在管流中放置一特制的中间有孔的节流件，流体流经节流件时，其压力和流速都发生了变化。

22、常见的节流件有：孔板和喷嘴、长径喷嘴。2、流量公式： 3、差压式流量计的工作过程是：n管流流量经节流装置转换为差压信号；n再经过开方转换为流量测量值；n如有必要，再由积算器积算后，输出累积流量 五、电磁流量计（如图）1、工作原理 电磁流量计测量原理是基于法拉第电磁感应定律。流量计的测量管是一内衬绝缘材料的非导磁合金短管。两只电极沿管径方向穿通管壁固定在测量管上。励磁线圈由双向方波脉冲励磁时，将在与测量管轴线垂直的方向上产生一磁通量密度为B的工作磁场。此时，如果具有一定电导率的流体流经测量管，将切割磁力线感应出电动势E。电动势E正比于磁通量密度B，测量管内径d与平均流速v的乘积。电动势E（流量信

23、号）由电极检出并通过电缆送至转换器。转换器将流量信号放大处理后，可显示流体流量，并能输出脉冲，模拟电流等信号，用于流量的控制和调节。2、特点 测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高。 第五章第五章 物位测量物位测量一、概述 在容器或设备中的物料（包括液体或固体）的高度称为物位。在火力发电厂，以液位参数（水位、油位等）居多。其它常见的水位测量还有高加水位、低加水位、除氧器水位、凝汽器水位、各种水箱水位等。固体料位主要包括煤位、粉位、灰位。 物位测量可用于三种目的，一是生产监视；二是控制；三是计量。 汽包锅炉是我国火电机组的

24、主力设备，汽包水位是汽包锅炉的重要测量参数。当汽包水位过高时，容易引起汽轮机的水冲击和叶片结垢；当汽包水位过低时，可引起水冷壁水循环恶化，造成水冷壁爆管。而高加水位、低加水位、除氧器水位、凝汽器水位也都关系到机组运行的安全性和经济性。因此，准确地测量水位是热工测量的重要内容，是保证机组安全运行和延长机组使用寿命的重要基础工作 。二、水位测量的分类 (一)直读式液位计：这是使用最早、结构最简单的液位计。常见的类型有：玻璃管式、玻璃板式、云母式等。另外，这类液位计还可以配合工业电视系统进行远传显示。 (二)差压式水位计：这是大型火电机组上最常用的水位计。对于敞口容器，只要用压力表（或压力变送器）测

25、出其液柱的压头，由液体的重度，即可得到液位的高度。对于密闭容器，则需要用差压表（或差压变送器）来进行测量。火电厂中的液位测量多属于密闭容器类。差压式水位计测量的过程是： 1、把水位转换成差压信号； 2、把差压信号转换成电信号； 3、把代表差压信号的量值经过计算，转换成代表水位信号的量值。 (三)浮子式水位计：常用磁性材料制造。在水容器壁内部装一个可随水位升降的浮子，水容器壁外部装有一个感应部件。当浮子的高度低于感应部件时，输出为某种状态；当浮子高于感应部件时，输出切换为另一种状态。这类水位计是开关量输出，原理和结构都比较简单。 (四)电接点式水位计：电接点式水位计是利用蒸汽和水的电导率不同进行

26、工作的。其外形是一个圆周柱筒，筒上装有一系列电极。当水面埋没某个电极时，电路则导通；当水面低于该电极时，电路断开。通过显示仪表，即可看出水面的处于哪两个电极之间。 (五)电容式物位计：它常用于测量粉状固体物料的物位。通过检测物料所处的两电极间的电容（其中一个电极插在物料中，另一电极常常是容器壁）来测量物位的。其探头从上部插入物料中，发送器常常装在容器的顶盖上。具有远传和连续输出功能。 (六)超声波物位计：常用于测量煤仓的煤位或粉仑的粉位。从探测器发出的超声波经过物料表面的反射由接收器接收后，把从发射波到回波所用的时间换算成探测器与物料之间的距离，即得到物料物位的高度了。 应该强调指出：各种直读

27、式水位计（主要包括电接点式水位计和磁翻板水位计）比（经过汽包压力补偿计算的）差压式水位计的测量误差大几倍。实际工作中，应以差压式水位计为主，以直读式水位计为辅 。三、 汽包水位测量的一次转感器平衡容器 平衡容器的任务是完成水位测量的一步，负责把汽包水位信号转化成差压信号。其外形多为园柱形的金属筒，称为平衡容器。常见的平衡容器有单室、双室、双室带补偿三种类型。平衡容器一般由主设备配套供应和管理。但因其结构和各部分的尺寸是补偿计算所必须使用的数据， 四、水位计算公式第六章第六章 机械量的测量机械量的测量一、概述 目前，我国投产的200MW、300MW、600MW汽轮发电机组，大多采用德国飞利浦公司（PHILIPS）或美国本特利公司（BENTLY）生产的3300和BN7200(北京测振仪表厂生产的的HZ-8500可直接替代之)系列旋转机械监测保护故障诊断系统，以及与之相配套的国产仪器设备，进行机械量的监控。 二、 机械量的基础知识 所谓机械量就是指以位移量为基础的量。亦即： 1.汽轮机转速状