第五章 水位测量(新)

1、第五章第五章 液位检测及仪表液位检测及仪表本章的主要内容本章的主要内容: 液位测量概述液位测量概述 汽包水位测量概述汽包水位测量概述锅炉汽包水位测量的对象特性锅炉汽包水位测量的对象特性云母水位计及双色水位计云母水位计及双色水位计 差压水位计差压水位计 电接点水位计电接点水位计 锅炉汽包水位测量系统误差的评定锅炉汽包水位测量系统误差的评定 本章小结本章小结第一节第一节 液位测量概述液位测量概述 一、液位测量的重要性一、液位测量的重要性 在工业生产过程中，液位往往是很重要的控制参在工业生产过程中，液位往往是很重要的控制参数。对于一般储液装置内所储存液体的多少对生产过数。对于一般储液装置内所储存液体

2、的多少对生产过程的影响是不可忽视的。比如火电生产过程中的锅炉程的影响是不可忽视的。比如火电生产过程中的锅炉汽包内的水位就直接影响汽水系统循环的效果以及送汽包内的水位就直接影响汽水系统循环的效果以及送出蒸汽的质量。出蒸汽的质量。二、液位测量的特点二、液位测量的特点（l l）稳定的液面是一个规则的表面，但是当物料有流进）稳定的液面是一个规则的表面，但是当物料有流进流出时，会有波浪使液面波动。在生产过程中还可能流出时，会有波浪使液面波动。在生产过程中还可能出现沸腾或起泡沫的现象，使液面变得模糊。出现沸腾或起泡沫的现象，使液面变得模糊。 （2 2）大型容器中常会有各处液体的温度、密度和粘度）大型容器中

3、常会有各处液体的温度、密度和粘度等物理量分布不均匀的现象。等物理量分布不均匀的现象。 （3 3）容器中的液体呈高温、高压、高粘度或含有大量）容器中的液体呈高温、高压、高粘度或含有大量杂质、悬浮物等。杂质、悬浮物等。 以汽包水位为例，汽包水位具有以下特点：以汽包水位为例，汽包水位具有以下特点： 汽包内水汽无明显分界面。汽包内水汽无明显分界面。 汽包内水位忽上忽下剧烈周期波动。汽包内水位忽上忽下剧烈周期波动。 炉水中含有盐碱，受汽水冲击形成泡沫，如水质严炉水中含有盐碱，受汽水冲击形成泡沫，如水质严重恶化，会形成大量泡沫。重恶化，会形成大量泡沫。 汽包水位横切面特点是中间凸起，水位在汽包壁成汽包水位

4、横切面特点是中间凸起，水位在汽包壁成带状升高，并超过中间部位。带状升高，并超过中间部位。 虚假水位的存在虚假水位的存在 三、测量液位的方法三、测量液位的方法1.1.浮力式浮力式2.2.静压式静压式 液位液位压力转换的方式主要有压力式和差压式。压力转换的方式主要有压力式和差压式。 3.3.电气式电气式 电气式液位测量是直接将液位转换为电阻、电容、电气式液位测量是直接将液位转换为电阻、电容、电感等量值的变化电感等量值的变化 。4.4.声波式声波式 第二节第二节 汽包水位测量概述汽包水位测量概述一、锅炉汽包水位测量的重要性一、锅炉汽包水位测量的重要性 由于负荷、燃烧工况及给水流量的变化，汽包水位会经

5、由于负荷、燃烧工况及给水流量的变化，汽包水位会经常变化。常变化。 水位过高或急剧波动会引起蒸汽品质恶化，造成受热水位过高或急剧波动会引起蒸汽品质恶化，造成受热面结盐，严重时会导致汽轮机水冲击振动、叶片损坏；水面结盐，严重时会导致汽轮机水冲击振动、叶片损坏；水位过低会引起排污失效，炉内加药进入蒸汽，甚至引起下位过低会引起排污失效，炉内加药进入蒸汽，甚至引起下降管带汽，影响炉水循环工况，造成炉管大面积爆破。降管带汽，影响炉水循环工况，造成炉管大面积爆破。 锅炉运行中，通过水位测量系统来监视和控制汽包水锅炉运行中，通过水位测量系统来监视和控制汽包水位。当汽包水位超出正常运行范围时，报警系统将发出报位

6、。当汽包水位超出正常运行范围时，报警系统将发出报警信号，保护系统将立即采取必要的保护措施，以确保锅警信号，保护系统将立即采取必要的保护措施，以确保锅炉和汽轮机的安全。炉和汽轮机的安全。 锅炉汽包水位测量系统是机组安全运行的极端重要的系锅炉汽包水位测量系统是机组安全运行的极端重要的系统。统。二、锅炉汽包水位测量的基本要求二、锅炉汽包水位测量的基本要求 根据锅炉汽包水位测量的重要性和测量技术的特点，根据锅炉汽包水位测量的重要性和测量技术的特点，锅炉汽包水位测量系统至少应满足下列基本要求：锅炉汽包水位测量系统至少应满足下列基本要求： (1)(1)准确性好。准确性好。 锅炉汽包水位相对主蒸汽压力、温度

7、这类参数而言，锅炉汽包水位相对主蒸汽压力、温度这类参数而言，并不是需要精确控制的参数，一般情况下，两个汽包水位并不是需要精确控制的参数，一般情况下，两个汽包水位计的测量示值偏差在计的测量示值偏差在30mm30mm以内是可以接受的。而在正常条以内是可以接受的。而在正常条件下保持这样的精确度不是十分困难的。但是，由于汽包件下保持这样的精确度不是十分困难的。但是，由于汽包水位测量对象十分复杂，而汽包水位测量采用联通管式或水位测量对象十分复杂，而汽包水位测量采用联通管式或差压式测量原理，使得汽包压力和测量参比的条件在变化差压式测量原理，使得汽包压力和测量参比的条件在变化时会造成非常大的误差。时会造成非

8、常大的误差。(2)(2)可靠性高可靠性高 汽包水位测量系统从取样开始，到信号转换、控制汽包水位测量系统从取样开始，到信号转换、控制和保护回路以及供电回路，均应十分可靠。此外，除了提和保护回路以及供电回路，均应十分可靠。此外，除了提高装置本身的可靠性外，还应提高系统的可靠性，包括对高装置本身的可靠性外，还应提高系统的可靠性，包括对汽包水位测量、控制和保护系统的配置应采取严格的冗余汽包水位测量、控制和保护系统的配置应采取严格的冗余要求，应采用两种或以上工作原理共存的配置原则；锅炉要求，应采用两种或以上工作原理共存的配置原则；锅炉汽包水位控制和保护用的水位测量信号应采取三重冗余等。汽包水位控制和保护

9、用的水位测量信号应采取三重冗余等。(3)(3)维护性好维护性好锅炉汽包水位测量系统的维护应简单，维护工作量应锅炉汽包水位测量系统的维护应简单，维护工作量应尽可能少，而且应便于进行在线实际水位信号的保护联动尽可能少，而且应便于进行在线实际水位信号的保护联动试验等。试验等。 第三节第三节 云母水位计及双色水位计云母水位计及双色水位计 一、云母水位计一、云母水位计 云母水位计是锅炉汽包一般都装设的就地显示水位表。云母水位计是锅炉汽包一般都装设的就地显示水位表。它是一连通器，结构简单，显示直观。它是一连通器，结构简单，显示直观。 由于云母水位计温度低于汽包内温度，因此云母水位由于云母水位计温度低于汽包

10、内温度，因此云母水位计的示值水柱高度低于汽包重量水位高度。计的示值水柱高度低于汽包重量水位高度。式中式中 汽包内饱和蒸汽密度；汽包内饱和蒸汽密度； 汽包内饱和水密度；汽包内饱和水密度； 云母水位计测量管内水柱的平均密度；云母水位计测量管内水柱的平均密度； 汽包内重量水位汽包内重量水位; ; 显示值。显示值。 HHswsaswaHH二、二、 双色水位计双色水位计 双色水位计是基于联通管式原理的水位计，双色水位计是基于联通管式原理的水位计，它是由云母水位计发展而来的。云母水位计只它是由云母水位计发展而来的。云母水位计只能就地监视，且汽水界面不清晰，而双色水位能就地监视，且汽水界面不清晰，而双色水位

11、计改进了云母水位计结构，辅以光学系统，利计改进了云母水位计结构，辅以光学系统，利用光从空气进人蒸汽或水产生不同的折射，使用光从空气进人蒸汽或水产生不同的折射，使汽水界面显示成红、绿两色的分界面，显示清汽水界面显示成红、绿两色的分界面，显示清晰，并可利用工业摄像系统等方式远传显示。晰，并可利用工业摄像系统等方式远传显示。用于超高压及以上锅炉的双色水位计，考虑其用于超高压及以上锅炉的双色水位计，考虑其强度，窗口玻璃不做成长条形，而是沿水位计强度，窗口玻璃不做成长条形，而是沿水位计高度上开若干个圆形窗口，称为多窗式双色水高度上开若干个圆形窗口，称为多窗式双色水位计，其缺点是小窗之间的一段是水位显示的

12、位计，其缺点是小窗之间的一段是水位显示的盲区。盲区。 双色水位计采用把普通光经滤光玻璃双色水位计采用把普通光经滤光玻璃( (红、绿两种红、绿两种) )使红光、使红光、绿光透过，再经被测液体或气体折射，在光路上设置窗口予绿光透过，再经被测液体或气体折射，在光路上设置窗口予以显现，可测知光路上是液体或气体。以显现，可测知光路上是液体或气体。测量技术的进展测量技术的进展无盲区低偏差双色水无盲区低偏差双色水位计位计 传统的双色水位计测量误差大、云母片易传统的双色水位计测量误差大、云母片易结垢而使显示模糊、频繁排污易造成表计热变结垢而使显示模糊、频繁排污易造成表计热变形而泄漏以及存在显示盲区等缺点。形而

13、泄漏以及存在显示盲区等缺点。现推出了无盲区低偏差双色水位计。现推出了无盲区低偏差双色水位计。 水位计组成：水位计组成：由光源箱由光源箱3 3、水位计表体、水位计表体4 4、平衡管、排、平衡管、排污管、双色水位计、汽侧取样管污管、双色水位计、汽侧取样管2 2、水侧、水侧取样阀门取样阀门1010、饱和汽伴热管、饱和汽伴热管1111、排水管、排水管1212、冷、冷凝罐凝罐1414等组成。等组成。 原理：原理： 利用汽包内的饱和蒸汽经汽侧取样管利用汽包内的饱和蒸汽经汽侧取样管2 2和汽侧取样阀门和汽侧取样阀门1 1进入伴热管，给水位计表体进入伴热管，给水位计表体4 4加热，阻止双色水位计加热，阻止双色

14、水位计8 8内的饱和水向外传热；内的饱和水向外传热； 再利用冷凝器再利用冷凝器1414内冷凝后的饱和水给双色水位计内冷凝后的饱和水给双色水位计8 8内内的水置换，加速双色水位计的水置换，加速双色水位计8 8内的水循环，使双色水位计内的水循环，使双色水位计8 8内的水接近饱和水温度；内的水接近饱和水温度； 从而消除水位计测量管内水柱密度对水位测量造成的从而消除水位计测量管内水柱密度对水位测量造成的偏差，使得双色水位计偏差，使得双色水位计8 8内的水位在任何时候，任何工况内的水位在任何时候，任何工况下接近汽包内的真实水位，达到准确监视汽包水位的目的。下接近汽包内的真实水位，达到准确监视汽包水位的目

15、的。 饱和汽伴热管饱和汽伴热管1111在安装时将排水管在安装时将排水管1212接至低于汽包中接至低于汽包中心下心下15m15m的汽包下降管处。的汽包下降管处。 进入饱和汽伴热管进入饱和汽伴热管1111的饱和蒸汽在其中冷凝后流到下的饱和蒸汽在其中冷凝后流到下降管中，由于排水管与汽包下降管的连接处处于汽包下大降管中，由于排水管与汽包下降管的连接处处于汽包下大于于15m15m的地方，排水管中的水位不会上升到水位计表体内的地方，排水管中的水位不会上升到水位计表体内部，使得饱和汽伴热管中始终充满饱和蒸汽，起到对表体部，使得饱和汽伴热管中始终充满饱和蒸汽，起到对表体和水位计管中的水进行加热的目的。和水位计

16、管中的水进行加热的目的。 利用冷凝器内冷凝后的饱和水置换表计内的水，加速利用冷凝器内冷凝后的饱和水置换表计内的水，加速了表计内的水循环，由于置换的新水为饱和蒸汽冷凝后的了表计内的水循环，由于置换的新水为饱和蒸汽冷凝后的饱和水，含盐低，这样减少了云母片结垢，延长了表计的饱和水，含盐低，这样减少了云母片结垢，延长了表计的排污周期，从而减少了表计的热变形，也就减少了表体的排污周期，从而减少了表计的热变形，也就减少了表体的泄漏，延长了表体的检修周期，降低了维护费用。泄漏，延长了表体的检修周期，降低了维护费用。它的显示部分是由两侧水位管的五窗云母组成，相邻它的显示部分是由两侧水位管的五窗云母组成，相邻云

17、母窗口有一定重叠度，因而消除了显示盲区。云母窗口有一定重叠度，因而消除了显示盲区。 第四节第四节 电接点水位计电接点水位计 电接点水位测量装置是一种基于联通器式电接点水位测量装置是一种基于联通器式原理的测量装置，与普通就地云母水位计原理的测量装置，与普通就地云母水位计( (或或双色水位计双色水位计) )不同之处在于测量筒内有一系列不同之处在于测量筒内有一系列组成测量标尺的电极，由于汽、水电导率的很组成测量标尺的电极，由于汽、水电导率的很大差别，造成处于汽和水中的电极电阻值有很大差别，造成处于汽和水中的电极电阻值有很大差别，以此来判断电极是处于水空间，还是大差别，以此来判断电极是处于水空间，还是

18、处于汽空间。利用多个电极即可判断当前的水处于汽空间。利用多个电极即可判断当前的水面位置。面位置。 优点：优点：结构简单，电接点信号可以远传，时结构简单，电接点信号可以远传，时延很小，不存在仪表的机械变差及分度误差，延很小，不存在仪表的机械变差及分度误差，显示直观，可靠性高。显示直观，可靠性高。应用：应用：火电厂锅炉汽包、高压加热器、除氧火电厂锅炉汽包、高压加热器、除氧器水位测量中普遍应用。器水位测量中普遍应用。 组成：组成：由水位测量筒由水位测量筒( (水位传感器水位传感器) )和显示仪和显示仪表组成。表组成。一、水位转换原理一、水位转换原理 水位测量筒通过连通方式形成相应水柱高度，水位测量筒

19、通过连通方式形成相应水柱高度，该水柱的压力平衡压力容器内的被测量水位的压力。该水柱的压力平衡压力容器内的被测量水位的压力。在水位测量筒的筒壁上安装了数个电极。在水位测量筒的筒壁上安装了数个电极。 转换原理：转换原理：锅炉炉水的电阻率一般在锅炉炉水的电阻率一般在10103 3cmcm以以下，蒸汽的电阻率一般在下，蒸汽的电阻率一般在10106 6cmcm以上，筒内的水以上，筒内的水浸没的电接点处于低阻状态，未被浸没而处于汽浸没的电接点处于低阻状态，未被浸没而处于汽( (气气) )中的电接点处于高阻状态。中的电接点处于高阻状态。 二、水位传感器的结构二、水位传感器的结构1515点：点：0 0，151

20、5，3030，5050，100100，150150，200200，250(250(单位：单位：mm)mm) 17 17点：点：0 0，1515，3030，5050，100100，150150，200200，250250，300(300(单位：单位：mm)mm) 19 19点：点：0 0，1515，3030，5050，7575，100100，150150，200200，250250，300(300(单位：单位：mm)mm)对于火力发电厂锅炉汽包水位的测量一般采用对于火力发电厂锅炉汽包水位的测量一般采用1919点的水位传感器。在使用时，电接点的极芯与筒壁之点的水位传感器。在使用时，电接点的极芯与筒

21、壁之间的高阻或低阻状态反映了该电接点是否被水浸没。间的高阻或低阻状态反映了该电接点是否被水浸没。 电源的一端接电极芯，另一端接测量简体的公共电源的一端接电极芯，另一端接测量简体的公共电极。为了防止电极的极化作用，电极需采用交流电电极。为了防止电极的极化作用，电极需采用交流电源。炉水水质较好时，一般采用源。炉水水质较好时，一般采用18V18V，炉水水质较差时，炉水水质较差时，为了与二次仪表配合，可采用较低电压，例如为了与二次仪表配合，可采用较低电压，例如9V9V。 三三、显示仪表、显示仪表 水位显示采用灯光电路显示较为方便。每个电接点水位显示采用灯光电路显示较为方便。每个电接点对应一套灯光显示电

22、路。对应一套灯光显示电路。氖灯显示仪表氖灯显示仪表红绿灯显示仪表红绿灯显示仪表发光二极管显示仪表发光二极管显示仪表数字显示数字显示1. 1.氖灯显示仪表氖灯显示仪表. .红绿灯光显示仪表红绿灯光显示仪表 与电接点水位测量筒配套的红绿灯光显示仪表包括与电接点水位测量筒配套的红绿灯光显示仪表包括了与电接点数目相同、电路结构一样的灯光电路。了与电接点数目相同、电路结构一样的灯光电路。3. 3.发光二极管显示仪表发光二极管显示仪表UDZUDZ电接点水位表与电接点水位表与1919点水位测量筒配套使用实现点水位测量筒配套使用实现水位显示。水位显示。实现的功能：实现的功能：水位显示；水位显示；水位低于水位低

23、于5050mmmm时，或达到及高于十时，或达到及高于十5050mmmm时，仪时，仪表面板发光二极管给出报警显示，同时有报警继电器表面板发光二极管给出报警显示，同时有报警继电器接点信号输出；接点信号输出；实现土实现土200200mmmm水位保护显示，当水位低于水位保护显示，当水位低于200200mmmm时，或达到及高于十时，或达到及高于十200200mmmm时，仪表面板发光二极管给时，仪表面板发光二极管给出保护显示，同时有保护继电器接点信号输出。出保护显示，同时有保护继电器接点信号输出。UDZUDZ电接点水位表中共有电接点水位表中共有1919套电路。套电路。（1 1）不带报警、保护的电接点显示电

24、路）不带报警、保护的电接点显示电路 （共（共有有1515套）套） (2)(2)高水位显示报警电路高水位显示报警电路 该电路对应的电接点为该电路对应的电接点为DJl3DJl3( (十十5050mm)mm)，只有一套。只有一套。（3 3）高水位显示保护电路）高水位显示保护电路 该电路对应的电接该电路对应的电接点为点为DJ17DJ17(+200mm)(+200mm)，只有一套只有一套 。 （4 4）低水位显示报警电路）低水位显示报警电路 该电路对应的电接点为该电路对应的电接点为DJ7DJ7( (一一5050mm)mm)，只有一套。只有一套。（5 5）低水位显示保护电路）低水位显示保护电路 该电路对应

25、的电接该电路对应的电接点为点为DJ3DJ3( (一一200200mm)mm)，只有一套。只有一套。4. 4.数字电接点显示仪表数字电接点显示仪表 与电接点水位测量筒配套的数字显示仪与电接点水位测量筒配套的数字显示仪表不同于一般的工业数字显示仪表。表不同于一般的工业数字显示仪表。水位测量筒输出的是数字信号水位测量筒输出的是数字信号( (电接点状电接点状态态) )，显示仪表中没有，显示仪表中没有A AD D转换部件。转换部件。水位测量筒只有水位测量筒只有1919个电接点，因此显示仪个电接点，因此显示仪表只显示表只显示1919个水位数字量。个水位数字量。DYSDYS1919适用于锅炉汽包水位测量，配

26、套使用适用于锅炉汽包水位测量，配套使用1919个电接个电接点的水位测量筒。其功能为：点的水位测量筒。其功能为： （1)1)显示显示 三位数字和十、号三位数字和十、号( (显示器件为辉光数字显示器件为辉光数字管管) )； （2)2)报警报警 5050mmmm水位报警显示并有接点信号输出；水位报警显示并有接点信号输出； （3)3)保护保护 200200mmmm水位保护接点信号输出；水位保护接点信号输出； （4)4)输出模拟信号输出模拟信号0 01010mA(mA(对应一对应一300300十十300300mm)mm)。 (g)(g)驱动显示电路驱动显示电路 (h) (h) 报警电路报警电路（1 1）

27、+50mm+50mm报警电路；（报警电路；（2 2） -50mm -50mm报警电路；报警电路；（3 3）报警灯光显示电路报警灯光显示电路 (i)(i)保护电路保护电路（a a）+200mm+200mm保护；（保护；（b b）-200mm-200mm保护保护 (j)0(j)01010mAmA模拟电路输出电路模拟电路输出电路思考：电接点水位计测量水位时有哪些误差来源？思考：电接点水位计测量水位时有哪些误差来源？ 电接点电接点( (电极式电极式) )汽包水位测量装置技术的发汽包水位测量装置技术的发展经历三个时期：展经历三个时期： (1)(1)普通测量筒普通测量筒电接点电接点汽包水位测量装置阶段。汽

28、包水位测量装置阶段。 2020世纪世纪7070年代初，普通测量筒年代初，普通测量筒( (单层测量筒单层测量筒) )电极式电极式汽包水位测量装置出现，并立即引起人们关注和得到广泛汽包水位测量装置出现，并立即引起人们关注和得到广泛应用。测量筒内水柱平均温度受诸多因素影响而变化，致应用。测量筒内水柱平均温度受诸多因素影响而变化，致使水位测量存在较大的、且变化十分复杂的偏差；同时受使水位测量存在较大的、且变化十分复杂的偏差；同时受当时技术限制，电极存在着易污染、挂水、漏电以及电极当时技术限制，电极存在着易污染、挂水、漏电以及电极组件易泄漏等问题，可靠性不高，维护量大。组件易泄漏等问题，可靠性不高，维护

29、量大。 (2)(2)热套式测量筒热套式测量筒电接点电接点汽包水位测量装置的出现。汽包水位测量装置的出现。 采用了热套式测量筒，使测量筒内水柱温度采用了热套式测量筒，使测量筒内水柱温度接近饱和温度，以解决测量偏差大的问题。但是，接近饱和温度，以解决测量偏差大的问题。但是，电极易污染、挂水、漏电等缺陷更为严重，这类电极易污染、挂水、漏电等缺陷更为严重，这类仪表在我国某些机组上应用后逐渐被淘汰，最后仪表在我国某些机组上应用后逐渐被淘汰，最后又被迫将测量筒更换为普通的单层测量筒。又被迫将测量筒更换为普通的单层测量筒。 水位测量装置仍然处于只能作为汽包监视的水位测量装置仍然处于只能作为汽包监视的辅助仪表

30、，更不能用于保护。辅助仪表，更不能用于保护。 (3)(3)电接点电接点汽包水位测量装置技术的新进展。汽包水位测量装置技术的新进展。 20 20世纪世纪9090年代末期，推出了年代末期，推出了C C20002000型型高精度、高可靠性的电极式汽包水位测量装置。高精度、高可靠性的电极式汽包水位测量装置。从此，这类电极式汽包水位测量装置被广泛认为从此，这类电极式汽包水位测量装置被广泛认为是锅炉不可缺少的仪表，并开始逐步用于锅炉汽是锅炉不可缺少的仪表，并开始逐步用于锅炉汽包水位保护。包水位保护。 2000电极传感器测量筒的原理： . .测量筒水柱温度接近饱和水温，水位测量精度高测量筒水柱温度接近饱和水

31、温，水位测量精度高 在测量筒内部设置笼式内加热器，利用饱和汽加热水在测量筒内部设置笼式内加热器，利用饱和汽加热水样。加热器由不同传热元件构成。加热方式有内热和外热。样。加热器由不同传热元件构成。加热方式有内热和外热。内热既有水柱径向传热元件，又有轴向分层传热元件。加内热既有水柱径向传热元件，又有轴向分层传热元件。加热器上口敞开，来自汽侧取样管的饱和蒸汽进入加热器，热器上口敞开，来自汽侧取样管的饱和蒸汽进入加热器，像汽笼一样加热水柱。传热方式与结构设计既有利于增加像汽笼一样加热水柱。传热方式与结构设计既有利于增加加热面积加热面积( (加热面积是筒体散热面积的加热面积是筒体散热面积的1 14 4倍

32、倍) )，又有利于，又有利于热交换。热交换。饱和蒸汽在加热器中放出汽化潜热，其凝结水由排水饱和蒸汽在加热器中放出汽化潜热，其凝结水由排水管引至下降管。管引至下降管。 此外，还设置冷凝器使新型测量筒比普通测量筒高出此外，还设置冷凝器使新型测量筒比普通测量筒高出许多，这是专利产品最重要的外形特征。许多，这是专利产品最重要的外形特征。 . .采用柔性自密封电极组件和水质自优化措施提高采用柔性自密封电极组件和水质自优化措施提高电极的可靠性电极的可靠性 电极利用筒内本身压力增加密封紧力，自紧力与压力电极利用筒内本身压力增加密封紧力，自紧力与压力成正比，压力愈高，自紧力愈大。加上安装预紧力，有足成正比，压

33、力愈高，自紧力愈大。加上安装预紧力，有足够紧力保证密封不泄漏。电极冷态可靠密封试验压力可达够紧力保证密封不泄漏。电极冷态可靠密封试验压力可达40M40Ma a。柔性密封材料可耐。柔性密封材料可耐1000 1000 高温，承压强度高，高温，承压强度高，回弹性能与热紧性能好。电极带有拆卸螺纹，拆卸方便。回弹性能与热紧性能好。电极带有拆卸螺纹，拆卸方便。传统电极组件的密封紧力随压力增加而减小，需要预紧力传统电极组件的密封紧力随压力增加而减小，需要预紧力很大，加之采用硬靠机械密封，密封可靠性低，热紧性能很大，加之采用硬靠机械密封，密封可靠性低，热紧性能差。电极安装有差。电极安装有2 2-3-3仰角，可

34、有效仰角，可有效防止电极挂水与水渍。防止电极挂水与水渍。 设置冷凝器除提高水样温度外，更重要的作设置冷凝器除提高水样温度外，更重要的作用是实现取样水质自优化。用是实现取样水质自优化。大量纯净的蒸馏水进大量纯净的蒸馏水进入水室，将水质较差的旧水样压回汽包，形成自入水室，将水质较差的旧水样压回汽包，形成自动净化置换回路，水样为动净化置换回路，水样为“活水活水”。设计置换倍。设计置换倍率达率达2020次次h h，故水质自优化功能强。其好处是：，故水质自优化功能强。其好处是： (1)(1)免排污。水质好，减轻了对电极的污染。初装免排污。水质好，减轻了对电极的污染。初装彻底冲洗后，在彻底冲洗后，在3-4

35、a3-4a大修周期内免排污，既减少大修周期内免排污，既减少了维护量，又可避免热态排污损坏电极。了维护量，又可避免热态排污损坏电极。 (2)(2)可可增大水样电阻率，利于减小工作电流，减缓电极增大水样电阻率，利于减小工作电流，减缓电极的电腐蚀而延长寿命。的电腐蚀而延长寿命。 (3)(3)水质稳定，水样上下水质稳定，水样上下水阻率分布较均匀，利于提高二次仪表测量的稳水阻率分布较均匀，利于提高二次仪表测量的稳定性，不必经常调整仪表临界水阻。定性，不必经常调整仪表临界水阻。 (4)(4)水侧取水侧取样管中有连续流向汽包的高温水流，当汽包水位样管中有连续流向汽包的高温水流，当汽包水位大幅度升降时的热冲击

36、较小。大幅度升降时的热冲击较小。 3. 3.安全方便地进行汽包水位保护实际联动试验安全方便地进行汽包水位保护实际联动试验 锅炉运行中，不需升降汽包水位即可进行测量筒锅炉运行中，不需升降汽包水位即可进行测量筒“满满水和缺水实际联动校验水和缺水实际联动校验”。关闭水侧取样截门后，测量筒。关闭水侧取样截门后，测量筒内水位逐渐上升，几分钟内水位逐渐上升，几分钟( (额定工况下额定工况下) )后可达到后可达到“满水满水”值。关闭排水门，缓慢开启排污门，水位逐渐下降至值。关闭排水门，缓慢开启排污门，水位逐渐下降至“缺缺水水”值。其间仪表应发出高低值。其间仪表应发出高低1 1、2 2、3 3值报警信号。因此

37、，值报警信号。因此，水位保护实际联动校验快、准、易行，并可在锅炉运行中水位保护实际联动校验快、准、易行，并可在锅炉运行中定期校验。定期校验。 第五节第五节 差压水位计差压水位计 它是静压式液位测量仪表，在汽包水位、高加水位、它是静压式液位测量仪表，在汽包水位、高加水位、除氧器水位测量中都能得到应用。除氧器水位测量中都能得到应用。 一、工作原理一、工作原理 利用平衡容器将水位转换成差压信号，通过测量差利用平衡容器将水位转换成差压信号，通过测量差压来得到水位。压来得到水位。 水位水位差压转换装置称为平衡容器，其结构形式如图差压转换装置称为平衡容器，其结构形式如图所示，所示，( (a)a)为简单平衡

38、容器，为简单平衡容器，( (b)b)为双室平衡容器，为双室平衡容器，( (c)c)为结构补偿式双室平衡容器。为结构补偿式双室平衡容器。 1.1.简单平衡容器简单平衡容器 对 图对 图 ( ( a )a ) 中 所 示 简 单 平 衡 容 器 ， 输 出 的 差 压中 所 示 简 单 平 衡 容 器 ， 输 出 的 差 压为为 ，按照流体静力学原理，有，按照流体静力学原理，有ppp这种差压式水位计在测这种差压式水位计在测量水位时有哪些因素使测量结量水位时有哪些因素使测量结果产生误差？果产生误差？0000()()()()()()()()awsaswsaswswsP P PL gHHgL HHgLg

39、HHgLg HgPHg HggHgLswswsap)()()(0以以L=600mmL=600mm为例，计算表明：为例，计算表明： (1)(1)压力愈低，差压信号的相对误差愈大。压力愈低，差压信号的相对误差愈大。 以工作压力以工作压力P=17MPaP=17MPa为基准，并假定为基准，并假定a a为为40 40 时的时的密度值，汽包水位在密度值，汽包水位在H=300mmH=300mm处，则当工作压力处，则当工作压力P=11MPaP=11MPa时，时，误差为误差为-4.1-4.1；当；当P=5MPaP=5MPa时，误差为时，误差为-9.17-9.17；当；当P=3MPaP=3MPa时，误差达到时，误

40、差达到-12.4-12.4。 (2)(2)根据某电厂具体情况下的计算，参比水柱平均根据某电厂具体情况下的计算，参比水柱平均温度对水位测量的影响如下表所示温度对水位测量的影响如下表所示 从上表可知，如果参比水柱的设定温度值为从上表可知，如果参比水柱的设定温度值为40 40 ，当其，当其达到达到80 80 时，其水位测量附加正误差时，其水位测量附加正误差33.2mm33.2mm；当参比水；当参比水柱温度达到柱温度达到130 130 时，其水位测量附加正误差高达时，其水位测量附加正误差高达108mm108mm。 2.2.双室平衡容器双室平衡容器 在图在图( (b)b)所示的双室平衡容器中，给固定水柱

41、增装所示的双室平衡容器中，给固定水柱增装了蒸汽保温室，使得固定水柱的温度达到了汽包内的了蒸汽保温室，使得固定水柱的温度达到了汽包内的汽水温度，因而消除了固定水柱非饱和状态时温度的汽水温度，因而消除了固定水柱非饱和状态时温度的影响。其输出差压为影响。其输出差压为 = = pgHHLgHHgLppsww)()(00gHHLsw)(0由上式看出：由上式看出：l输出的信号差压与成负线性关系输出的信号差压与成负线性关系( (压力不变时压力不变时) )。l汽包压力变化时，输出仍受压力的影响汽包压力变化时，输出仍受压力的影响( (水位不变时水位不变时) )l不同水位时压力影响所产生的误差是不同的，在水位不同

42、水位时压力影响所产生的误差是不同的，在水位不变的情况下，汽包压力的变化所产生的输出误差为不变的情况下，汽包压力的变化所产生的输出误差为gHHLswp)(0例二例二: : 设设L=600mm, HL=600mm, H0 0=300mm, =300mm, 求求P P1 1=10MPa=10MPa和和H=0H=0时的输出差压时的输出差压P P1010=？ 若压力降为若压力降为P P2 2=5MPa,=5MPa,再求再求H=0H=0时的输出差时的输出差压压P P5 5=？已知已知: P: P1 1=10MPa=10MPa时时, ,w10w10=688.4kg/m=688.4kg/m3 3, , s10

43、s10=55.6kg/m=55.6kg/m3 3; ; P P2 2=5MPa=5MPa时时, ,w5w5=777.7kg/m=777.7kg/m3 3, , s5s5=25.4kg/m=25.4kg/m3 3; ;pgHHLsw)(0Pa221481. 9)4 .257 .777)(30. 060. 0(Pa186281. 9)6 .554 .688)(30. 060. 0(510pp%9 .15%1002214221418625510ppp）（示示mm56.681. 9)6 .554 .688()30. 060. 0(2214HH思考：如何减小或消除汽包压力变化的影响？思考：如何减小或消除

44、汽包压力变化的影响？有两种途径有两种途径（1 1）改进平衡容器的结构；）改进平衡容器的结构； （2 2）对水位信号引入汽包压力）对水位信号引入汽包压力 的校正。的校正。二、减小或消除汽包压力变化的影响的方法二、减小或消除汽包压力变化的影响的方法1.1.采用结构补偿式双室平衡容器采用结构补偿式双室平衡容器分析分析: :若想消除汽包压力变化对测量结果的影响若想消除汽包压力变化对测量结果的影响, ,则希望则希望gHHLswp)(00pgHHglLglpppwaw)()(0gHHLs)(0glLgHHLgHHlasw)()()(00 在在 不变的情况下，汽包压力的变化所产生的不变的情况下，汽包压力的变

45、化所产生的输出误差为输出误差为从输出表达式的形式上看，结构补偿式平衡容器并没从输出表达式的形式上看，结构补偿式平衡容器并没有消除汽包压力对输出的影响。有消除汽包压力对输出的影响。 的长度是经过设计的长度是经过设计确定的，只要适当选择确定的，只要适当选择 的长度就可以在一定水位的长度就可以在一定水位上使得压力的影响减小到最低程度。上使得压力的影响减小到最低程度。 的长度是经过设计确定的，方法如下：的长度是经过设计确定的，方法如下： 当当 时：时：gHHLgHHlswp)()(00HgHLgHlswp)()(00ll0Hl 令令 时使压力的影响所产生的输出的误差为零，则有时使压力的影响所产生的输出

46、的误差为零，则有 按上式计算的的长度就是在按上式计算的的长度就是在 条件下条件下( (正常水位正常水位) )完全消除工作压力影响时补偿管的尺寸。式中，完全消除工作压力影响时补偿管的尺寸。式中， 、 是汽包工作压力与额定工作压力时的饱和水、汽是汽包工作压力与额定工作压力时的饱和水、汽的密度差，的密度差， 。 gHLgHlsw)()(0000000)()(HHLHHLlws0Hwswrwsrs0H 由前述知，由前述知， 的计算还取决于的计算还取决于 值。值。 值值的不同将影响差压信号的大小。的不同将影响差压信号的大小。 当与平衡容器配套的差压计量程上限一定当与平衡容器配套的差压计量程上限一定或要求

47、平衡容器输出上限或要求平衡容器输出上限 一定时，则要根一定时，则要根据差压计的量程上限据差压计的量程上限 来确定来确定 值。在值。在 和工作压力为补偿范围下限压力和工作压力为补偿范围下限压力 时，平衡时，平衡容器输出最大，故有容器输出最大，故有00max)()(HHLlglLgLglpasxwxlLLmaxpL0HHxpmaxp解上述方程组，得解上述方程组，得这种水位计的补偿效果如何？这种水位计的补偿效果如何？000max)()()()(1 (HHLlgggHpLwxasxawxa 2.2.采用双差压平衡容器采用双差压平衡容器 可进一步改善结构补偿式平衡容器的特性。可进一步改善结构补偿式平衡容

48、器的特性。 图中的平衡容器输出的差压图中的平衡容器输出的差压 为信号差压，为信号差压， 为为补偿差压。补偿差压。 两差压信号经过处理计算后得到的信号两差压信号经过处理计算后得到的信号Y Y只与平衡容器的结只与平衡容器的结构尺寸和水位有关，而与汽包工作压力无关，完全消除了工作压构尺寸和水位有关，而与汽包工作压力无关，完全消除了工作压力的影响。力的影响。 ppppppgHHLsw)(0ppppppgLsw)(111010LHLHLLHHLppY 采用双差压平衡容器的差压式水位测量系统的优采用双差压平衡容器的差压式水位测量系统的优点是水位测量不再受汽包压力及环境温度等诸多因素点是水位测量不再受汽包压

49、力及环境温度等诸多因素影响。影响。 但是它有下列缺点：但是它有下列缺点： (1) (1)平衡容器结构复杂。平衡容器结构复杂。 (2)(2)虽然不需要装设校正用压力变送器，但却要装虽然不需要装设校正用压力变送器，但却要装设校正用差压变送器。差压变送器及其管路系统相对设校正用差压变送器。差压变送器及其管路系统相对较复杂，测量可靠性差，容易产生附加误差。较复杂，测量可靠性差，容易产生附加误差。 因此，这种系统目前很少采用。因此，这种系统目前很少采用。pgHHLsw)(0swgp / )715. 28 .908(swLHH0pp715. 28 .908)(0HLHpp715. 28 .908 为了保证

50、在将汽包压力与密度差关系近性化时有足够精确为了保证在将汽包压力与密度差关系近性化时有足够精确度，一般按分段进行线性化逼真，也就是说，汽包压力在不同度，一般按分段进行线性化逼真，也就是说，汽包压力在不同变化内时，这些常数取值也不同。变化内时，这些常数取值也不同。 （2 2）校正计算的实施方法）校正计算的实施方法 校正计算式可以采用模拟仪表计算实现，也可以采校正计算式可以采用模拟仪表计算实现，也可以采用智能化压力校正计算系统。实现具有压力校正计算的用智能化压力校正计算系统。实现具有压力校正计算的差压水位测量系统框图如图。差压水位测量系统框图如图。 三、差压水位系统与零点迁移三、差压水位系统与零点迁

51、移 在火力发电厂，差压水位系统一般有三种组成形式：在火力发电厂，差压水位系统一般有三种组成形式：就地显示、信号远传显示记录、信号远传输出。差压水就地显示、信号远传显示记录、信号远传输出。差压水位测量系统如图所示。位测量系统如图所示。 对于平衡容器式水位对于平衡容器式水位差压转换，其输出的差压差压转换，其输出的差压与水位呈负线性关系。为使显示或输出的电气信号适与水位呈负线性关系。为使显示或输出的电气信号适合人们的正常习惯合人们的正常习惯( (水位升高、显示的数值增大水位升高、显示的数值增大),),则需则需要进行零点迁移。要进行零点迁移。 目前，锅炉汽包水位测量主要采用基于联通目前，锅炉汽包水位测

52、量主要采用基于联通器式和差压式原理的两种方法。令人遗憾的是至器式和差压式原理的两种方法。令人遗憾的是至今没有一种可以准确判别汽包发生今没有一种可以准确判别汽包发生“假水位假水位”时时的真实水位位置的水位计，更没有一种可以作为的真实水位位置的水位计，更没有一种可以作为标准的基准锅炉汽包水位计，大多只能采用下列标准的基准锅炉汽包水位计，大多只能采用下列两种方法来检查汽包正常水位附近汽包水位计的两种方法来检查汽包正常水位附近汽包水位计的准确性：准确性： (1)(1)在锅炉汽包正常水位上下焊接排汽在锅炉汽包正常水位上下焊接排汽( (水水) )管的方管的方法。法。 校验时，运行人员将汽包水位保持在正常水

53、位附近校验时，运行人员将汽包水位保持在正常水位附近 通过化验汽包正常水位上下排汽通过化验汽包正常水位上下排汽( (水水) )的导电度来确认的导电度来确认 ，此时即可观察到汽包水位表在汽包正常水位点处的误差了。此时即可观察到汽包水位表在汽包正常水位点处的误差了。 这种方法可以在线核对，但操作特别复杂，也不是所这种方法可以在线核对，但操作特别复杂，也不是所有锅炉上都焊接有这种排汽有锅炉上都焊接有这种排汽( (水水) )管。管。(2)(2)停炉后进入汽包内部观察长期运行的汽水分界面停炉后进入汽包内部观察长期运行的汽水分界面水垢线，核对与汽包水位表的正常水位水垢线，核对与汽包水位表的正常水位( (零水

54、位零水位) )是是否一致。否一致。 这种方法的前提是，正常运行时运行人员总是按照仪这种方法的前提是，正常运行时运行人员总是按照仪表指示将汽包水位保持在正常水位表指示将汽包水位保持在正常水位( (零水位零水位) )附近的。附近的。 这种方法只有在大修停炉时采用，局限性很大。这种方法只有在大修停炉时采用，局限性很大。 上述两种方法都是很粗略的方法，也是目前仅可选择上述两种方法都是很粗略的方法，也是目前仅可选择的两种方法。的两种方法。第七节第七节 液位仪表的选用液位仪表的选用液位仪表应在深入了解工艺条件、被测介质的性质、测量控制系统要求的前液位仪表应在深入了解工艺条件、被测介质的性质、测量控制系统要

55、求的前提下，根据液位仪表自身的特性进行合理的选配。提下，根据液位仪表自身的特性进行合理的选配。根据仪表的应用范围，液面测量应优先选择差压式仪表、浮筒式仪表和浮子根据仪表的应用范围，液面测量应优先选择差压式仪表、浮筒式仪表和浮子式仪表。当不满足要求时，可选用电容式、辐射式等仪表。式仪表。当不满足要求时，可选用电容式、辐射式等仪表。仪表的结构形式和材质应根据被测介质的特性来选择。主要考虑的因素为压仪表的结构形式和材质应根据被测介质的特性来选择。主要考虑的因素为压力、温度、腐蚀性、导电性；是否存在聚合、粘稠物沉淀、结晶、结膜、力、温度、腐蚀性、导电性；是否存在聚合、粘稠物沉淀、结晶、结膜、气化、起泡等现象；密度和粘度的变化情况；液体中含悬浮物的多少；液气化、起泡等现象；密度和粘度的变化情况；液体中含悬浮物的多少；液面扰动的程度等。面扰动的程度等。仪表的显示方式和功能，应根据工艺操作及系统组成的要求确定。当要求信仪表的显示方