加热炉汽化冷却系统及锅炉汽包液位测量修正新方法__tr

1、加热炉汽化冷却系统及锅炉汽包液位测量修正新方法方聪丽【摘 要】 与传统的汽包液位测量方式不同之处为：DCS 系统中采用了差压 LT 和液位 LI 两个变量；汽包液位差压变送器的负迁移量及量程以 0水温所对应的值进行；对送给 DCS 系统的差压信号进行温度和压力多段线性化函数折算的修正及量程换算，再赋值给汽包液位变量 LI。其特点为汽包液位信号 LI 在从 0到汽包的最大工作压力的饱和温度范围内均能较准确地进行显示,由此提高了测量精度及系统的性价比。【关键词】 汽包液位差压测量 加热炉汽化冷却系统 多段线性化函数折算1 概述 加热炉汽化冷却系统利用炉外汽包、下降管（热水循环泵）、分配联箱、进出口

2、联箱、加热炉水梁立柱、上升管等设备形成加热炉热水循环系统，对加热炉水梁立柱进行冷却。汽包中产生的饱和蒸汽最大压力设计为 1.3 MPa，当汽包内的饱和蒸汽压力大于车间蒸汽管网压力时，向蒸汽管网送汽。 锅炉按汽包的工作压力一般分为低压锅炉(1.6 MPa)、中压锅炉(1.6 MPa4.0 MPa)、次高压锅炉(4.0 MPa8.5 MPa)、高压锅炉(9.0 MPa100MPa)、超高压锅炉(100 MPa)。工厂设计常用的锅炉为低压锅炉、中压锅炉、次高压锅炉。 汽包内的饱和蒸汽及饱和水的温度、压力主要随炉子冷热变化而变化，停炉、保温及加热生产不同工况对汽包液位的影响最大。 以往工程设计中，汽包

3、液位仅仅考虑蒸汽密度随汽包内压力和温度对液位测量值的影响，忽略了液位的差压变送器差压值因饱和水温度和密度变化产生的测量误差，导致汽包液位的测量误差大，采用其它仪表辅助监视汽包液位，使汽包液位测量系统的性价比下降，没有充分利用微机化智能仪表的优势。汽包液位测量的介质特点为：蒸汽和水的温度均为饱和温度，变化范围：0195（1.3 MPa加热炉汽化冷却系统）、0200（1.6 MPa 低压锅炉）、0250(4.0 MPa 中压锅炉）、0295(8.0 MPa 次高压锅炉） 0310(10.0 MPa、高压锅炉）。汽包液位测量仪表的特点为采用带双室平衡容器的差压变送器。对差压变送器进行负迁移后，将汽包

4、的液位变化产生的差压信号，以 420 mADC直流信号送给二次仪表显示汽包液位。 本文分析和介绍一种利用多段线性化函数对差压信号进行饱和温度理想修正和实际温度或液位修正差压信号，经量程换算后，再赋值给液位信号进行显示、记录及控制的新方法。其特点在于汽包液位信号在从 0到汽包的最大工作压力的饱和温度范围内均能较准确地显示。 加热炉汽化冷却系统及锅炉汽包液位测量原理图如图1 所 示。图中 Hmax 为最大水位，H0为差压变送器安装位置到汽包最低水位的垂直高度，为汽包内水的密度，1为平衡容器内水的密度，1为平衡容器内水受水的密度、1及环境温度影响后的密度，为汽包内水蒸汽的密度。 包的水位显示范围汽为

5、 ： -Hmax/2 ±0.0 +Hmax/2。2汽包液位测量的相关数据表2.1 加热炉汽化冷却系统及低压锅炉汽包液位测量的相关数据表为了定量分析计算， Hmax1000 m，H0200 mm。设理想状态下：11=差压变送器的零点必须进行负迁移。0200的迁移量为： Pd0Hmax 1000 差压变送器的量程：PdmaxHmax ×1000根据饱和水蒸汽的密度和压力及水的密度, 用座标进行定性分析，见图 2。图2 汽包液位不同温度的差压变送器信号特性图2.1.1 汽包饱和水蒸汽温度不同对液位差压变送器量程及负迁移的影响 因为饱和水的温度不同，汽包最低液位-500 mm和差压

6、变送器输出的 4 mADC 所对应的负迁移量及量程也不同，这样最大差压相差-1322.9 Pa，这是影响汽包液位测量的主要因素；汽包最高液位在+500 mm 产生的差压 0 Pa 相同，对应差压变送器输出的 20 mADC。故以汽包液位变送器的负迁移值及量程以 0对应的最大差压进行。其它饱和温度的饱和水蒸汽产生的差压值乘以修正系数 K1（或 K2）换算到 0的量程上，即通过多段线性化函数对差压测量值进行量程修正，再进行差压量程换算，折成 DCS 系统标准电信号值后，赋值给汽包液位变量进行记录及控制等。液位公式为： LILT×K1(TE)/9.8057Hmax1（1） LILT

7、5;K1(PT)/9.8057Hmax1（2）式中 LT 为液位差压变送器的信号，差压变送器量程和 DCS 系统等的量程为-9.8057Hmax0 Pa；TE 为汽包温度信号，量程为 0250；PT 为汽包压力信号，量程为 0 MPa1.5 MPa；LT 为汽包液位信号，量程为-Hmax/2 mm±0+Hmax/2 mm。 这样使得双室平衡容器内的液位产生的差压能真实反应汽包不同饱和温度范围内的液位值，提高了测量精度及系统的性价比。由于双室平衡容器内的水位与汽包内的液位始终一致，汽包内饱和水蒸汽在循环运动中，双室平衡容器内的水相对静止，且水温受环境温度影响，比汽包内的水温低一些，故必

8、须对差压变送器测量管路实测的差压值进行有效的修正。对此方法有两种。第一种：在平衡容器到液位差压变送器的测量正室管路上安装铠装热电阻，温度信号 TX 送 DCS系统，量程 0250，用 K1 修正系数构成多段线性化函数对差压信号进行修正。液位公式为： LILT×K1(TX)/9.8057Hmax1（3） 第二种：以汽包的就地水位计读数为标定值，对修正系数 K1 的理想值进行实际修正，形成一组K2 值，经多段线性化函数对差压信号进行修正，使DCS 系统的汽包液位值与汽包就地水位计读数值一致。液位公式为： LILT×K2(TE)/9.8057Hmax1（4） LILT×

9、K2(PT)/9.8057Hmax1（5） LILT×K2(TX)/9.8057Hmax1（6） 式（4）至式（6）每个公式均可使用，可视工程仪表配置情况选用最佳方式。2.1.2 汽包的饱和蒸汽压力对液位测量的影响 汽包的饱和蒸汽压力产生的差压随着压力的增大而增大，随着液位的增大而变小。对于加热炉汽化冷却系统的汽包压力 1.3 MPa 所产生的差压约70 Pa，换算成液位约为 6.6 mm，汽包±0.0 mm 液位时的最大误差约为 3.3 mm，可以忽略不计。2.1.3 汽包测量管路的温差对液位测量的影响汽包测量管路的温差产生的差压随着压力增大而增大，随着液位的增大而增大。

10、由于平衡容器外的测量管路在相同环境温度下温差产生的差压可以忽略，平衡容器内 20温差最大液位时，产生的差压-212 Pa，乘以 K1 修正系数 1.148 得到的0差压值为-243.4 Pa，换算成液位误差为-25.8 mm，汽包±0.0 mm 液位时的最大误差为-12.9 mm。考虑到平衡容器内的水温因环境温度影响不考虑可能达到 190，估计在 120，平衡容器内 20温差最大液位时产生的差压为-141 Pa，乘以 K1 修正系数 1.059 得到的 0差压值为-149.3 Pa，换算成液位误差为-15.2 mm，汽包±0.0 mm 液位时的最大误差为-7.6 mm。加上

11、饱和蒸汽产生的最大差压3.3 mm，最大误差约为-4.3 mm。相对于 500 mm，可忽略不计，也可通过实际修正系数 K2 进行修正。2.2 中压锅炉、次高压锅炉及高压锅炉汽包液位测量与 2.1 相同的方式，根据饱和水蒸汽的密度和压力及水的密度，用座标进行定性分析，见图 3。2.2.1 汽包饱和水蒸汽温度不同对液位差压变送器量程及负迁移的影响 因为饱和水的温度不同，汽包最低液位-500 mm和差压变送器输出的 4 mADC 所对应的负迁移量及量程不同，最大差压相差 2952.8 Pa，是影响汽包液位测量的主要因素；汽包最高液位+500 mm 产生的差压 0 Pa 相同，对应差压变送器输出的

12、20 mADC。故以汽包液位变送器的负迁移值及量程以 0对应的最大差压进行。其它饱和温度的饱和水蒸汽产生的差压值乘以修正系数 K1（或 K2）换算到 0的量程上，即通过多段线性化函数对差压测量值进行量程修正。图3 汽包液位不同温度的差压变送器信号特性图2.2.2 汽包饱和蒸汽压力对汽包液位的影响 汽包饱和蒸汽压力产生的差压随着压力的增大而增大，随着液位的增大而变小。对于次高压锅炉的汽包压力 10.06 MPa 所产生的差压 535.2 Pa，换算成液位为 54.6 mm，汽包±0.0 mm 液位时的最大误差为 27.3 mm，即 5.5。因此务必对其进行修正。设修正系数为 K3，单位

13、 Pa，多段线性化函数 K3=f(PT)， 为汽包压力，PT单位 MPa； f(PT)，K4=PT 为汽包压力，单位 mm。汽包液位的修正公式为： LYLTK3(PT)/2×K2(TE)/9.8057Hmax1 (7) LYLTK3(PT)/2×K2(PT)/9.8057Hmax1 (8) LYLTK3(PT)/2×K2(TX)/9.8057Hmax1 (9) 当 LY0.5 LILY×(1+K4/Hmax) 当 LY0.5 LILY×(1-K4/Hmax) （10）式(10)中 LY 为中间变量，变化范围 01(与 DCS系统或可编程序控制器

14、的内部电信号变化范围一致)。不同饱和温度蒸汽产生的最大差压(Pa):K3=9.80665×10 Hmax (11)不同饱和温度蒸汽产生的最大液位误差(mm):K4=K3/9.8057 (12)2.2.3 汽包测量管路的温差对汽包液位的影响汽包测量管路的温差产生的差压随着压力增大而增大，随着液位的增大而增大。由于平衡容器外的测量管路在相同环境温度下温差产生的差压可以忽略，平衡容器内 20温差最大液位时，产生的差压为-375 Pa，乘以 K1 修正系数 1.3639 得到的0差压值为-511 Pa，换算成液位误差为 -52mm，汽包±0.0 mm 液位时的最大误差为-26 mm

15、。与汽包饱和蒸汽产生的最大误差+27.3 mm 相加后，为+1.3mm，可以忽略。考虑到平衡容器内的水温因环境温度影响不可能达到 290，估计在 120，平衡容器内 20温差最大液位时产生的差压为-141Pa，乘以 K1 修正系数 1.059 得到的 0差压值为-149.3 Pa，换算成液位误差为-15.2 mm，汽包±0.0 mm 液位时的最大误差为-7.6 mm。与汽包饱和蒸汽产生的最大误差+27.3 mm 相加后，为+19.7 mm，相对于 500 mm，可以忽略，也可通过实际修正系数 K2 进行修正。3汽包液位测量修正新方法对仪表配置的要求汽包液位差压变送器必须选择带显示的差压变送器，最好为智能式；二次仪表必须选择带多段线性化函数及可变系数的 DCS 系统或