减少差压式汽包水位测量误差的一种方法

1、减少差压式汽包水位测量误差的一种方法吴京军（贵溪发电有限责任公司 335400）摘 要：对汽包内置式平衡容器测量汽包水位的原理进行分析和研究。以贵溪300MW机组应用实例，通过采用汽包内置式平衡容器，提高了差压式汽包水位测量的精确度，取得良好的改造效果。关键词：平衡容器 锅炉 汽包水位 测量 误差分析1 引言：汽包水位是保证锅炉安全运行的指标之一，准确测量和保持汽包水位在规定范围内有其重要意义。由于汽包水位的对象特性复杂，水位测量存在很大的不确定性，其规律难以掌握，汽包差压水位测量存在较大的技术问题。对汽包水位测量存在的问题，科研单位、电厂一直在进行研究与改进。曾经进行过的改造主要有两种方法。

2、控制系统采用组装仪表时期，在差压式水位测量上，采用改进型双室平衡容器和带蒸汽罩补偿式平衡容器，目的是力求将参比端温度接近饱和水温度，但是，由于增加了下降管与排水管连接，使测量系统复杂，影响因素增多，水位补偿根据额定工况及零水位值设计，导致调试复杂，锅炉启动时和汽包压力与额定值偏差大时，产生测量误差。水位偏离正常值时，产生测量误差。不能满足高参数汽包水位测量要求。控制系统采用DCS系统时期，在DCS系统引入汽包压力信号补偿，消除汽包压力对饱和蒸汽密度和饱和水密度的影响，提高了测量的准确性，使普通外置单室平衡容器广泛应用，但参比水柱的温度变化对水位测量的影响没有很好的办法消除。近几年，在汽包水位测

3、量技术理论研究上取得了突破与创新， “多测孔接管”技术，解决了安装多套水位取样孔问题。无盲区低偏差双色水位计和高精度电接点水位计采用补偿原理，解决了测量筒温度低于汽包内饱和水温度造成测量值偏低问题，就地水位计可信赖度得到提高。汽包内置式平衡容器，克服了传统单室平衡容器的参比水柱温度变化造成测量误差，提高了差压式汽包水位测量的精确度。在汽包内设计平衡容器的新思想，引起了电厂技术人员极大兴趣，汽包内置平衡容器经理论研究与应用实践表明，是目前减少差压式水位测量误差的最好方法之一。2、汽包内置平衡容器测量原理分析图一 汽包内置平衡容器原理图差压水位计测量原理是在容器上安装平衡容器，利用液体静力学原理把

4、水位高度变化转换成差压变化来测量水位，这种转换是通过平衡容器形成参比水柱来实现，参比水柱温度变化，引起密度值发生变化，导致差压值变化，影响测量结果。内置平衡容器是将平衡罐安装在汽包内，使平衡罐及引出水接近饱和水温度，这样可以通过压力补偿，有稳定的计算参数，可以消除因参比水温度变化对水位测量的影响。在内置式平衡容器中，由于参比水柱的平均密度等于汽包内水的密度，变送器所测得的差压值为浸泡在汽段的参比水柱（饱和水）所形成的静压和相同高度的饱和汽所形成的静压之差。内置式平衡容器汽包水位测量公式如下：H （-）g.L-P （公式1）g(- )因，所以差压计算公式可简化为：=（LH）*（）g式中：变送器所

5、测参比水柱静压与汽包内饱和蒸汽和水位的静压的差值H：汽包内水位 L：参比水柱高度：参比水柱的平均密度：汽包内水的密度：饱和蒸汽密度g：重力加速变送器差压补偿公式大为简化，消除了平衡容器参比水柱温度变化对水位测量值的影响，提高了测量精度及可靠性。3、贵电公司差压汽包水位测量改造3.1 设备介绍贵溪发电有限责任公司2*300MW燃煤发电机组锅炉采用东方锅炉厂产DG1025/17.54型。2005年投产发电。正常运行时，锅筒的水位应控制在正常水位的±50mm范围内。锅炉汽包水位保护采用3台差压水位计信号，汽包水位保护三取二逻辑判断及二取一与一取一逻辑的转换功能在DCS系统实现。DCS系统选

6、用MAXDNA分散控制系统。锅炉汽包水位测量共安装3台差压水位计、2台电接点水位计和2台云母水位计。差压水位计测量采用传统的单室外置平衡容器，在DCS系统引入汽包压力信号补偿，消除汽包压力对饱和蒸汽密度和饱和水密度的影响，提高了测量的准确性。但参比水柱的温度变化对水位测量的影响一直未能彻底消除。原设计补偿公式中参比水柱温度是，采用热电阻所测的温度来自动校正水位误差，因测量可靠性差和实际测得温度不能代表真实的参比水柱温度变化，改为手动设定参比水柱基准温度50，在DCS系统进行补偿试验，参比水柱温度100时，误差达到70mm，尤其季节变化时表现明显，各水位计之间正常运行时出现过最大偏差达100mm

7、，经常需要人工修正参比水柱温度。因参比水柱温度不确定，使水位测量存在着较大的误差，影响水位保护的可靠投入，带来安全隐患。3.2 改造实施通过对国内火电机组汽包水位测量系统研究与调查，结合现场水位测量存在的问题，吸收、引进汽包水位测量新技术，贵电公司与秦皇岛华电测控公司合作，进行大胆尝试与创新，改造3只DNZ型汽包内置式差压水位计和2只GJT2000高精度电接点水位计，使5套水位测量装置的测量误差都在允许范围之内，在DCS系统对水位测量系统重新进行组态调试。拆除外置平衡容器，利用原来的取样孔位置，不对汽包进行开孔，将三台平衡容器安装在汽包内，测量管道及变送器不需要变动。三台内置式单室平衡容器各带

8、一台差压变送器，差压信号引入DCS，并分别作压力补偿，汽包压力变送器采用三选中值对内置式平衡容器测量的水位值进行压力补偿。根据内置式平衡容器水位补偿公式，把平衡容器安装尺寸参数和饱和水密度、饱和汽密度函数，代入差压水位计补偿公式，可在DCS完成水位补偿公式组态。h=Lh0P /(2-1)h 汽包水位 L 正压侧参比水柱高度 h0 水侧取样管中心线距汽包0水位线的距离 P 差压变送器的差压值 2 饱和水密度 1 饱和汽密度 3.3 改造效果汽包水位测量系统调试合格后投入运行，各水位计相互之间的偏差稳态时不超过20mm，瞬态时不超过30mm。起炉前实现汽包水位保护可靠投入。汽包水位测量系统投运效果

9、良好，其安全性、可靠性、准确性有了明显提高，达到了改造效果。将三套内置式差压水位计和两套高精度电接电水位显示趋势做在DCS系统同一画面上，5条线几乎重合。为了比较外置式平衡容器的测量误差，与汽包水位4（备用未改造的）进行比较，其最大误差达到50mm。贵溪#5炉汽包水位趋势图（汽包压力：16.8MPa）： 3.4 改造中应该注意问题汽包内置平衡容器安装工艺复杂，水位测量热态调试困难，生产现场一般不愿意冒风险进行汽包水位热态全量程传动。改造工作需开汽包人孔门施工，现场也没条件在汽包上开孔。安装、调试工作必须一次成功。中间任何环节出现问题，将影响企业的安全性及经济性。因此要在现有机组进行改造，必须做

10、好几个关键工作。1、 改造前的可研工作，整体方案思路，研究平衡容器安装位置，取样孔布置及材质。2、 确保汽包内平衡容器的施工质量。3、 重新设计汽包水位测量组态方案，汽包水位保护逻辑接口。4、 做好冷、热态上水传动试验。 5、 冷凝罐设计上，应能适应工况变化时，保证平衡罐有足够的饱和水。采用汽包内置平衡容器的差压式水位测量系统，是否能消除机组甩负荷或安全门动作时汽包压力突变所产生的误差，目前由于没有动态模拟试验，没有得到准确结论。内置平衡容器出现意外维护困难，采用内置平衡容器测量汽包水位还有一些问题有待于进一步研究与改进。4 结束语差压式汽包水位测量采用内置平衡容器，参比水柱温度恒定，能全程对

11、汽包压力进行补偿，水位补偿公式简化，测量误差小，可靠性高。对提高锅炉安全运行，防止锅炉汽包满、缺水事故发挥了重要作用。保证了切实落实防止电力生产重大事故的二十五项重点要求中的有关要求，为机组的安全运行提供了保证。汽包内置平衡容器在贵电公司300MW机组亚临界锅炉的成功应用，起到很好的示范作用，标志着汽包水位测量新技术在高参数汽包炉的应用在不断地向前发展，对提高差压式汽包水位测量精度取得良好效果，值得新建机组在汽包水位平衡容器设计上首选，也可以在现有机组上进行改造。参考文献：1侯子良,刘吉川，侯云浩,等， 锅炉汽包水位测量系统M.北京:中国电力出版社2005。HOU Zi-liang,LIU J

12、i-chuan,HOU Yun-hao,et al，The water survey system of the boiler steam drum，MBejing: China Electric2刘吉川于剑宇褚得海汽包水位测量新技术.中国电力（2006第3期New technology in drum water level measuremen，LIU Ji-chuan , YU Jian-yu , CHU De-hai3兰景玉 , 程颖 , 赵凤毅 单室平衡容器在汽包水位测量中的应用自动化技术与应用 2004第7期The Application of Single- compartment Balance Container for Measuring Water Level of Boiler Drum4马晓珑 汽包水位测量偏差产生的原因及消除对策 华中电力 2006年03期, Cause of drum water level measuring deviation and countermeasure5陈广华 , 杨飞 锅筒式锅炉差压式水位计的温度补偿研究 热能动力工程 2001年04期Temperature Compensation Study of the Differential-pressure Water