汽包水位双室平衡容器

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1、汽包水位双室平衡容器作者:日期:汽包水位双室平衡容器200 8-03-31 09:2 0 分类：默认分类字号：大 中 小践为基础，剖析了双室平衡容器的工作原理与特性。重点论述了补偿系统的建立方法 与步骤，同时指出了应用中的常见错误并提出了解决方案。关键词：水位测量 汽包水位双室平衡容器补偿1摘要本文以实践为基础，剖析了双室平衡容器的工作原理与特性。重点论述了补偿系统的 建立方法与步骤，同时指出了应用中的常见错误并提出了解决方案。2前言汽包水位是锅炉及其控制系统中最重要的参数之一，双室平衡容器在其中充当着不可 或缺的重要角色。但是由于一些用户对于双室平衡容器及其测量补等方面缺少全面的必要 的了解

2、或者疏漏，致使应用中时有错误发生，甚至形成安全隐患。例如胜利油田胜利发电厂 一期工程，该工程投入运行早期其汽包水位测量系统的误差竟达709 0 mm，特殊情况下误 差将会更大（曾因此造成汽包满水停机事故）。迄今为止,据不完全了解，目前仍有个别用 户存在一些类似的问题或者其它问题。汽包水位是涉及机组安全与和运行的重要参数和指 标，因此不允许任何人为的误差。为使用户能够更好地掌握双室平衡容器在汽包水位测量中 的应用，谨撰此文。不足之处,请不吝指正。3. 双室平衡容器的工作原理3.1.简介双室平衡容器是一种结构巧妙，具有一定自我补偿能力的汽包水位测量装置。它的主 要结构如图1所示。在基准杯的上方有一

3、个圆环形漏斗结构将整个双室平衡容器分隔成上 下两个部分，为了区别于单室平衡容器，故称为双室平衡容器。为便于介绍，这里结合各主 要部分的功能特点，将它们分别命名为凝汽室、基准杯、溢流室和连通器，另外文中把双室 平衡容器汽包水位测量装置简称为容器。3. 2 .凝汽室理想状态下，来自汽包的饱和水蒸汽经过这里时释放掉汽化潜热，形成饱和的凝结水 供给基准杯及后续环节使用。3. 3.基准杯它的作用是收集来自凝汽室的凝结水，并将凝结水产生的压力导出容器,传向差压测量 仪表一一差压变送器（后文简称变送器）的正压侧。基准杯的容积是有限的，当凝结水充满后 则溢出流向溢流室。由于基准杯的杯口高度是固定的，故而称为基

4、准杯。3.4.溢流室溢流室占据了容器的大部分空间，它的主要功能是收集基准杯溢出的凝结水，并将凝结 水排入锅炉下降管，在流动过程中为整个容器进行加热和蓄热，确保与汽包中的温度达到一 致。正常情况下，由于锅炉下降管中流体的动力作用，溢流室中基本上没有积水或少量的积 水。3.5.连通器倒T字形连通器，其水平部分一端接入汽包，另一端接入变送器的负压侧。毋庸置疑， 它的主要作用是将汽包中动态的水位产生的压力传递给变送器的负压侧，与正压侧的（基 准）压力比较以得知汽包中的水位。它之所以被做成倒T字形,是因为可以保证连通器中的 介质具有一定的流动性，防止其延伸到汽包之间的管线冬季发生冻结。连通器内部介质的温

5、 度与汽包中的温度很可能不一致，致使其中的液位与汽包中不同，但是由于流体的自平衡 作用,对使汽包水位测量没有任何影响。3. 6差压的计算通过前面的介绍可以知道，凝汽室、基准杯及其底部位于容器内部的导压管中的介质温 度与汽包中的介质温度是相等的，即Yw=Y、w，Ys二Y、s。故而不难得到容器所输出的 差压。本文以东方锅炉厂DG670 13. 7 3-8A型锅炉所采用的测量范围为300mm双室平衡 容器为例加以介绍(如图1所示)。通过图1可知，容器正压侧输出的压力等于基准杯口所在水平面以上总的静压力，加上 基准杯口至L形导压管的水平轴线之间这段垂直区间的凝结水压力,再加上L形导压管的水 平轴线至连

6、通器水平轴线之间,位于容器的外部的这段垂直管段中的介质产生的压力。显而 易见，其中的最后部分压力，由于其中的介质为静止的且距容器较远，因此其中的介质密度 应为环境温度下的密度。因此P = PJ 3 2 0 y w (580 -320) Y c式中P 容器正压侧输出的压力Y w容器中的介质密度(Y w= Y、w)Y c 环境温度下水的密度PJ 基准杯口以上总的静压力负压侧的压力等于基准杯口所在水平面以上总的静压力，加上基准杯口水平面至汽包 中汽水分界面之间的饱和水蒸汽产生的压力，再加上汽包中汽水分界面至连通器水平轴线 之间饱和水产生的压力，即P-= PJ ( 5 8 0 -hw) y s hwY

7、w式中P 容器负压侧输出的压力hw 汽水分界线至连通器水平管中心线之间的垂直高度Y s汽包中饱和水蒸汽的密度因此差压 P二P -P-=32 0 Yw 26 0 y c(5 80-hw) Y s-hw yw即 AP=26 0 y c 320 Y w-580 Y s -(Yw丫 s)hw (1)这里有一点需要说明，(1)式中环境温度下水的密度Y c,通常情况下它会随着季节的 变化而变化，它的变化将会影响汽包水位测量的准确性。就本例中的容器而言，当环境温度 由2 5C升高到50C时，由于密度的变化对于差压产生的影响为一2. 3mm水柱，经过补偿 系统补偿后对最终得到的汽包水位的影响将为2.35. 5

8、 mm之间。通常情况下这样的误差 是可以忽略的，也就是说可以认为这里的温度是恒定的。但是为了尽量减小误差，必须恰 当地确定这里的温度。确定温度可以遵循这样一条原则，就高不就低,视当地气候及冬季伴 热等因素确定。比如此处的环境温度一年当中通常在050C之间变化，平均温度为25C,则可以令这里的温度为3 5。这是因为水的密度随着温度升高它的变化梯度越来越大，确定 的温度高些，将会使环境温度变化对整个系统的影响更小。就本例中的容器而言，当温度从 0C升高到2 5C时，温度的变化对测量系统的最终结果影响只有1mm左右,而环境温度从2 5升高到5 0C所带来的影响却为2.35. 5mm之间。故而，确定温

9、度应就高不就低。4. 双室平衡容器的工作特性容器的工作特性对于汽包水位测量和补偿系统来说非常重要，了解这种特性利于用户 的应用和掌握应用中的技巧。查饱和水与饱和水蒸汽密度表可以获得各种压力下饱和 水与饱和水蒸汽的密度。把0、5 0、10 0mm等汽包水位分别代入（1）式，可得到容 器输出的一系列差压，见下表1双室平衡容器固有补偿特性参照表。通过表1可以得知 双室平衡容器的工作特性。从表1中可以看到，各水位所对应的由容器所输出的差压随着压力的变化（相关饱和汽、 水密度）各自发生着不同的变化。这里首先注意0水位所对应的差压,它的变化规律较其它 水位有明显不同，只在一个较小的范围内波动。由于该容器的

10、设计压力为13.7 3MP&,因此 14.5MPa以下它的波动范围更小，仅在5mm水柱以内。也就是说当汽包中的水位为0 水位时，无论压力如何变化，即使在没有补偿系统的情况下，对0水位测量影响都极小或者基 本没有影响。关于其它水位，则当汽包水位越接近于0水位，其对应的差压受压力的变化影 响越小，反之则大。因此,双室平衡容器是一种具有一定的自我补偿能力的汽包水位测量装置。它的这种能 力主要体现在，当汽包中的水位越接近于0水位，其输出的差压受压力变化的影响越小，即对 汽包水位测量的影响越小。毫无疑问，容器特性由于容器的自身结构决定的，故又称为固 有补偿特性。表1中，0MPa对应两行差压值，其原因后文

11、将会提到。之所以双室平衡容器 会有这种特性其实质，是由于双室平衡容器在设计制造时采取了特殊的结构,这种结构最大 限度地削弱了汽水密度变化对常规运行水位差压的影响。但是尽管如此，它并不能完全满足 生产的需要，仍然需要继续补偿。5. 补偿系统5.1.基础知识与基本概念从容器的特性中可以看到，双室平衡容器不能完全满足生产的需要。究其原因，是由 于介质密度的变化所造成的。因此，必须要采取一定的措施，进一步消除密度变化对汽包水 位测量的影响。这种被用来消除密度变化带来的影响的措施就叫做补偿。通过补偿以准确 地测定汽包中的水位。汽包水位测量补偿的方法通常有两种，一种是压力补偿，另一种是温度补偿，无论采 取

12、哪种方法补偿效果都一样。但是它们之间略有区别，即温度补偿可以从0C开始，而压 力补偿只能从100C开始。这是因为温度可以一一对应饱和密度以及100C以下时的非饱和 密度，而压力却只能一一对应饱和密度，即最低压力0 MPa只能对应100C时的饱和密度。 故而由这两种方法构成的补偿系统各自对应的补偿起始点有所不同，即差压变送器量程有 所不同。表1中0MP&对应两行差压值，其原因即在于此;其中上一行对应的是温度补偿，下 一行对应压力补偿。很显然，温度补偿也可以从10 0C开始。 5.2.建立补偿系统的步 骤第一步确定双室平衡容器的0水位位置容器的0水位的位置一般情况下比较容易确定，通过查阅锅炉制造厂

13、家有关汽包（学名 锅筒）及附件方面的图纸和资料，进行比较和计算即可获得。文中例举的容器0水位位置位 于连通器水平管轴线以上3 65mm处，即基准杯口水所在的平面下方215mm处。但是，偶 尔由于图纸的疏漏缺少与确定0水位相关的数据，无法计算出0水位的位置,那么确定起来 就比较复杂。如图1中就缺少数据。这种情况下就只有根据容器的自我补偿特性在0水位 所体现的特点通过反复验算来获得。由于容器本身就是用这样的方法经反复验算而设计制 造的，只要验算的方法正确通过验算得到的数据会很准确可靠，当然这只限于图纸不详的情 况下。由于限于篇幅，这里只提供思路，具体的验算的方法本文不予介绍。对此感兴趣的读 者可以

14、试一试。第二步确定差压变送器的量程差压变送器的量程是由汽包水位的测量范围、容器的0水位位置以及补偿系统的补偿 起始点等三方面因素决定的。一些用户一般只考虑了前两方面因素，而忽略了补偿起始点因 素，甚至极个别的用户只简单地根据汽包水位的测量范围确定变送器的量程，造成很大的测 量误差。一般情况下，忽略容器的0水位位置所造成的误差在7 0 90mm之间，忽略补偿起 始点所产生的误差在3 0mm以下，特别情况下误差都将会更大。此外，这里特别提醒用户， 在进行汽包水位测量工作时，关于变送器的量程，在没有得到确认的情况下，切不可单纯依 赖设计部门的图纸。事实上，多数情况下，设计部门在进行此类设计，对变送器

15、选型时，只 确定基本量程,而不给出应用量程。下面来确定变送器的量程。本文的例子中容器的0水位位置位于连通器水平管轴线以上365mm处。由于该容器的 量程为300mm，因此（1）式中的hw的最大值和最小值分别为66 5 mm和6 5mm。如果采用 压力补偿，从饱和水与饱和水蒸汽密度表中查出1 00C时的饱和水与饱和水蒸汽的密 度代入（1）式，再分别将66 5 mm和65mm代入（1）式，即得最小差压APmin =-70.5mm 水柱和最大差压APma x =504mm 水柱这两个差压值就是变送器的量程范围（见表1中OMPd对应的下行），即一7 0.55 0 4mm水柱。如果采用温度补偿，且从0C开始补偿，则由于水的密度极其接近1mg/mm 3,误差可以忽略，令蒸汽的密度为0。用同样方法即可得到变送器的量程为-85515mm水 柱（见表1中0MPa对应的上行）。实际上，从0C开始补偿是完全没有必要的，其原因这里 无需遨述。第三步确定数学模型数学模型是补偿系统中的最重要环节。由（1）式得由于相对于规定的0水位的汽包水位h= hw-365mm，所以(3)式中h 相对于规定的0水位的汽包水位Yw饱和水的密度Y s 饱和水蒸气的密度Y c 环境温度下水的密度 P差压(3)式即为补偿系统的数学模型。式中 Y c为常数，令环境温度为3 0C,则Y c=0.9956mg/mm3，所以