汽包水位计测量误差的控制方法

1、汽包水位计测量误差的控制方法秦皇岛热电厂(秦皇岛066003韩志民杨桂兰文摘从特定工况下汽包水位测量的定量计算入手，分析两种水位计工作时影响汽包水位测量误差的各种因素，并向一般情况推广，得出减少高参数锅炉汽包水位测量误差的普遍性结论。关键词汽包水位测量测量误差连通式水位计补偿式压差水位计误差控制方法汽包水位是电厂汽包锅炉的重要参数之一，正确测量汽包水位是锅炉安全运行的保证。传统的汽包水位测量仪表主要有两种：连通式水位计(就地双色水位计及水位TV、光纤远传水位计、电接点水位计等和差压式水位计(单室、双室、补偿式差压水位计等。连通式水位计的指示误差一般受锅炉压力、散热情况、安装形式、实际水位的影响

2、，很难准确计算，因此高参数(亚临界、超临界锅炉多以各种补偿式差压水位计作为汽包水位测量的主要仪表，然而这种水位计的指示误差也同样和诸多因素有关，不易控制。随着锅炉压力参数的提高，对汽包水位的测量、控制精度的要求也越来越高。本文的目的是通过定量计算特定工况下水位测量误差，分析其中各种因素对汽包水位测量误差的影响，从而得出减小高参数锅炉汽包水位测量误差的普遍性结论。1连通式汽包水位计的误差来源及控制办法连通式汽包水位计的误差来源主要是连通管的散热效应，导致连通管内的水温低于饱和水温(汽空间温度接近饱和温度，因此其水位会低于汽包内水位。由于汽空间和汽侧引压管的饱和蒸汽不断冷凝，加热水空间的上表面，又

3、由于其水位随汽包水位波动，促使温度向下传递并逐渐下降，在正常波动范围内水温接近饱和温度(如秦皇岛热电厂4号机组在150 MW稳定负荷、汽包压力17.5 MPa、水位波动±50 mm时，实测连通管水面以上外表温度330340；水面以下约150 mm范围内，外表接近335，再下有所下降，底端270。图1所示连通式汽包水位计的公式可表示为：图1连通式水位计安装尺寸示意图hwhc+(h-hshh(w-cH(c-s式中h为锅炉汽包实际水位，m；h为连通管测量水位示值，m；表1连通式水位计在不同压力时、特定工况下的水位测量相对误差%压力MPa0.12468101214161820无水0.00.0

4、0.00.00.00.00.00.00.00.00.0零水0.0-0.9-1.4-1.8-2.4-3.0-3.8-4.8-6.0-7.9-11.2满水0.0-2.4-3.6-4.9-6.3-7.8-10.0-12.5-15.7-20.6-29.2c为连通管内水柱的平均密度，kgm3；w为汽包内水密度，kgm3；s为汽包内蒸汽密度，kgm3。由上式可以看出，影响水位显示因素有c、w、s，汽包内水和蒸汽一般可以看作饱和水和蒸汽(实际不是，但暂按此分析，为了计算方便，我们按照量程为800 mm，连通管分界线以下150 mm范围内按照饱和温度计算，150 mm以下温度按照0.9倍的饱和温度的特定工况计

5、算相对误差，压力单位为 MPa。由表1可以看出，连通式水位计在机组参数低和汽包低水位时误差较小，在高参数和汽包高水位时误差不可忽视，解决这一问题的关键在于使连通管内介质温度与汽包内温度相近。1.1选择合适的取样位置、使保护正确动作连接管从汽包引出的位置，应尽量和汽包水位保护定值标高相同；若测量范围超过汽包水位保护定值标高，且条件允许，可在略大于定值标高处增加两根连接管，这样就可保证当汽包内水位到达连接管位置时，连通管内水位与汽包内水位相同，水位计在保护动作时显示正确，使满水时误差大大减少。1.2适当加大连接管路管径、减小流通阻力、防止水位显示滞后连接管路管径太小，连通管内介质流动阻力大，不能快

6、速响应汽包水位变化，尤其是水位急剧变化时，其惯性不可忽视。为减小流通阻力，防止水位显示滞后，有关规程规定连接管管径d应大于25 mm，连接管路长度大于500 mm或有弯曲，连接管管径d应大于50 mm。1.3尽量缩短连接管路长度可提高连通管内介质温度、减小流通阻力汽包水位实际上是不断波动的，波幅一般为50100 mm，连接管长度应保证水位正常波动时，汽包内水能够到达连通管底部，加热连通管下部。设连接管管径为d、长度为l，连通管管径为D、水位波动范围为L，应满足d2lD2L。1.4合理布置连接管路和保温能提高连通管内温度使连接管上臂向连通管倾斜，保留适当的不保温管路面积，增加凝结量，加热连通管内

7、的水，及时补偿损失的热量；使下臂向汽包倾斜，增加介质循环能力。下臂和连通管应良好保温，防止热量散失。有资料介绍，上、下臂倾斜的斜度应大于150，长度应小于2m。1.5用其它热源补偿连通管部分的热量损失、使介质温度接近汽包内介质温度在连通管内安置加热管，分隔出热源通路，通以流动的饱和蒸汽和水(取自化学炉水取样管、汽包连排管或饱和、过热蒸汽管等，调节流量使连通管内上下部介质温度一致。有试验证明，当连通管内部介质温度与当前压力下饱和温度偏差小于4，温度均匀时，水位指示误差较小。2补偿式差压汽包水位计的误差来源及控制办法补偿式差压汽包水位计的误差来源于多方面，包括平衡容器的结构、安装环境、测量元件的性

8、能、补偿计算精度等。有的误差可以准确计算，能够在补偿公式中剔除其影响；但有些误差只能通过合理设计、安装、选型等尽量减小。以下就最常用的单室平衡容器电补偿式差压汽包水位计进行分析说明。其安装示意图见图2图2补偿式差压水位计安装示意图单室平衡容器电补偿式差压汽包水位计计算公式为：Hc-hw-(H-hsPhH(c-s-P(w-s式中h：锅炉汽包实际水位，m；H：汽包平衡容器静水柱高度，m；c：汽包平衡容器静水柱密度，kgm3；w：汽包内水密度，kgm3；s：汽包内蒸汽密度，kgm3。由上式看出影响计算准确性的因素有H、c、w、s，汽包内水和蒸汽仍看作饱和水和蒸汽，其影响在下面分析中暂不考虑。2.1汽

9、包平衡容器静水柱高度不准的影响由于平衡容器内蒸汽不断冷凝并向汽包回流造成液位不稳，同时汽包、构架等随工况伸缩， 加工、安装、测量都存在误差，汽包测量系统有效静水柱高度误差是经常存在的。设静水柱高度误差为H，汽包水位测量误差为hH(c-s(w-s表2静水柱平均温度为50、在不同压力时高度误差对水位指示误差影响(倍数压力MPa0.12468101214161820影响1.01.181.261.331.411.501.601.721.882.122.61从表2可以看出，由测量系统有效静水柱高度不准对汽包水位测量误差的影响，随锅炉参数的提高而增大。汽包平衡容器的汽侧引压管路应向汽包倾斜，使冷凝水尽快回

10、流；汽侧冷凝罐(至少上部应裸露，当压力升高、静水柱收缩时能及时补充冷凝水，保证静水柱高度准确。2.2汽包平衡容器静水柱平均密度变化的影响由于平衡容器的安装环境温差变化大，有的还保温、伴热，这都将使静水柱温度受到影响。当平均密度变化c时，产生的水位测量误差为h-Hc(w-s则相对误差为h=-c(w-s×100%。表3静水柱平均温度为20、60、90，相对于50时不同压力下的水位测量相对误差%压力MPa0.124681012141618202000000000000601.61.82.02.12.22.42.62.93.23.84.9902.73.13.43.63.94.24.65.05

11、.66.58.4从表3可以看出，由汽包平衡容器静水柱温度在50之上变化时对汽包水位测量误差的影响，随锅炉参数的提高而增大。当50之下变化时影响很小，因此在没有整个静水柱温度补偿的汽包水位测量系统中必须保证垂直水柱温度在50之下变化；即使有补偿也必须保证静水柱温度均匀分布；在进行保温、伴热的系统中水侧取样点以下的引压管路垂直部分，若温度大于50必须保证保温、伴热条件相同。2.3汽包平衡容器中蒸汽加热效应的影响由于平衡容器上部蒸汽的加热作用，一定区段内温度大大高于环境温度且受机组运行压力、环境变化、散热情况的影响。若按环表4加热区垂直段平均温度为饱和温度的1.0、0.9、0.8、0.6倍或基本稳定

12、在210、120时，相对于温度为50时不同压力(MPa下水位误差的放大倍数工作状态0.124681012141618201.0倍0.000.180.260.330.410.500.600.720.881.121.620.9倍0.030.150.210.270.330.390.460.540.640.781.060.8倍0.030.120.170.220.260.310.360.420.500.600.810.6倍0.020.070.100.130.160.190.210.250.310.380.522100.000.170.190.200.210.230.240.270.300.340.341

13、200.000.060.070.080.080.090.090.100.120.130.17境温度计算将对汽包水位测量造成很大影响。设垂直加热区高度为m，平均密度为cp，静水柱平均密度为c，则汽包水位测量误差为hm*(c-cp(w-s从表4可以看出，由汽包平衡容器垂直加热区温度对汽包水位测量误差的影响，随锅炉参数的提高而增加。接近饱和温度时影响很大，而低于饱和温度时影响较小。当补偿公式中未考虑加热区影响时，该区高度应尽量小；汽侧引压管路应向汽包倾斜，保证凝结水尽快回流，减弱加热效应；加热区应不保温，使其脱离饱和区；当补偿公式中能够进行加热区影响补偿时，该加热区高度应不大于20 mm并良好保温，

14、使其接近饱和温度；加热区及水侧取样点后管路应先水平引出，有资料介绍该水平管段的长度应不小于0.81 m。2.4汽包水位变送器静压效应的影响由于汽包水位变送器工作于汽包压力下，变送器零点、量程存在静压效应，将对汽包水位测量误差造成很大影响。设变送器零点、量程的标称静压系数分别为(参考压力为P refz、(参考压力为P refs，变送器量程为7.84 kPa。实际差压为P，变送器指示差压为P。罗斯蒙特1151 HP4S型高静压变送器为-2%(仪表最大量程URL36.58 kPa，P refz31 MPa，在20 MPa静压下调零、-0.25%(按-0.87%进行20 MPa静压校正，P refs6

15、.89 MPa，近似为P(P-20*URLP refz+(1+PP refsP，测量误差为：h(P-20*URLP refz+PP refsP(w-s；横河EJA 130 AM型0.1%、0.32%(X8.33 kPa、Pref9.8 kPa、P refs10 MPa，P(1+P*2P refP refsXP，h-(+P*2P refP refsXP(w-s。从表5可以看出，由汽包水位变送器的静压效应对汽包水位测量误差造成的影响是十分显著的，因此变送器的选型、使用必须非常严格。由于变送器零点的静压效应与仪表最大量程(URL有关，因此使用量程应尽量接近于最大量程；变送器选型时必须考证其静压效应的

16、综合指标(零点+量程影响是否满足要求；各个公司对变送器的静压效应指标计算方法和保留裕度不同，选型时和使用前应进行实际验证；若静压效应有固定规律可循，应在补偿公式中进行修正。表5罗斯蒙特、横河水位变送器在不同压力(MPa下、无水和满水状态时水位测量的相对误差%工作状态0.12468101214161820HP4S无水-5.65-6.00-5.65-5.18-4.60-3.94-3.19-2.32-1.290.001.89HP4S满水-5.66-6.07-6.79-5.38-4.88-4.29-3.60-2.80-1.84-0.621.20130AM 无水0.0-0.18-0.38-0.60-0.

17、85-1.12-1.43-1.80-2.25-2.86-3.92130AM 满水0.0-0.03-0.09-0.17-0.28-0.41-0.58-0.81-1.12-1.58-2.50表6 在不同压力下校验误差和安装角度对汽包水位测量误差的影响倍数*压力MPa0.12468101214161820影响倍数1.001.191.281.371.471.581.711.872.092.433.13 其影响作用是反方向的。表7在不同压力(MPa下汽包压力测量对汽包水位相对误差的影响%测量条件2468101214161820P+1 MPa，无水-0.53-0.62-0.72-0.86-1.05-1.1

18、5-1.33-2.48-4.13-11.0P-1 MPa，无水0.460.520.630.740.891.101.421.932.855.23P+1 MPa，满水3.282.662.482.502.692.853.224.106.1014.23P-1 MPa，满水-4.04-2.80-2.49-2.42-2.47-2.65-2.99-3.56-4.55-7.872.5汽包水位变送器的校验误差和安装角度的影响电力基层单位的变送器校验精度一般为0.5级；汽包水位测量一般使用微差压变送器，安装角度对零点的影响P0一般可达1025 mm。设变送器校验精度为m，水位测量误差用公式表示为h-mH(w-s和

19、h-P0(w-s从表6可以看出，由汽包水位变送器的校验误差和安装偏差对汽包水位测量误差造成的影响也不容忽视，因此变送器校验精度应尽可能高，安装后必须进行零点调整，以消除安装偏差。对于静水柱高度800 mm、压力范围20 MPa的测量系统来说，变送器校验精度为0.5级时，最大可影响±(-3.13×0.5%×800±12.5 (mm；设安装对零点影响±25 mm，最大可影响±(-3.13×25±78 mm(“3.13”前的“”号见表6的*注2.6汽包压力测量误差的影响由于汽包水位测量用汽包压力进行补偿，它的误差将对汽包水位测量造成影响。设汽包压力测量偏差为P，计算密度为c、w、s，汽包水位为hH(c-s-P(w-s-H(c-s-P(w-s从表7可以看出，由汽包压力测量误差对汽包水位测量误差产生的影响，随机组参数的提高而增大；这种影响在机组低参数时可忽略不计，在高参数机组且压力误差较大或失效时，其影响