1、汽包水位差壓式液位計(jì)工作原理
差壓式液位計(jì)是將液位高低信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)差壓信號(hào)來實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量的儀器。它是由平衡容器（又稱液位-差壓轉(zhuǎn)換容器）、壓力信號(hào)導(dǎo)壓管及差壓變送器三部分組成的。液位信號(hào)首先由平衡容器轉(zhuǎn)換成差壓信號(hào)，然后差壓變送器測(cè)出差壓值的大小，并將液位信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，遠(yuǎn)傳至控制室進(jìn)行連續(xù)液位指示、記錄，并為水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供液位信號(hào)。差壓變送器準(zhǔn)確測(cè)量汽包水位的關(guān)鍵在于液位與差壓之間的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換是通過平衡容器來實(shí)現(xiàn)的。
圖1 差壓式水位計(jì)與平衡容器
△P=P+ - P-=Lρ1g -［Hρ′g+（L-H）ρ″g］=L（ρ1-ρ″）g-H（ρ′-ρ″）g
公式中，H為汽包水位高度；ρ1為平衡容器中水的密度；ρ′為汽包飽和水密度、ρ″為汽包內(nèi)飽和蒸汽的密度；L為汽包上、下連通管間距離。由公式可知，平衡容器結(jié)構(gòu)確定后（即L為已知常數(shù)），在汽包壓力維持恒定（ρ′、ρ″確定）以及ρ1一定的條件下，正、負(fù)導(dǎo)壓管的差壓輸出△P與汽包水位H呈單值函數(shù)關(guān)系。因此，若P+、P-接差壓變送器，就可根據(jù)所測(cè)出的差壓數(shù)值知道相應(yīng)的液位值。
2、差壓式液位計(jì)測(cè)量誤差分析
由前面的公式可以看出，要想保持△p與H成單值線性關(guān)系，必須使ρ′、ρ″和ρ1為恒定值。但是汽包工作壓力變化以及環(huán)境溫度變化都會(huì)使ρ′、ρ″和ρ1產(chǎn)生變化，因而導(dǎo)致測(cè)量誤差。由此可見，密度變化是汽包水位測(cè)量產(chǎn)生誤差的主要原因，因此必須了解其變化規(guī)律，并采取相應(yīng)的措施。飽和水及飽和蒸汽的狀態(tài)只取決于壓力（或溫度），當(dāng)壓力（或溫度）波動(dòng)時(shí)，汽包內(nèi)飽和水及飽和蒸汽的密度也相應(yīng)發(fā)生變化。當(dāng)汽包壓力升高時(shí)，飽和水密度ρ′減小，飽和蒸汽密度ρ″增大。當(dāng)上升到臨界壓力時(shí)，飽和水和飽和蒸汽的密度相同。由公式可知，汽包工作壓力變化時(shí)，主要是負(fù)壓頭［Hρ′g+（L-H）ρ″g］的變化使差壓△P發(fā)生改變。而ρ′與ρ″隨壓力變化的方向相反，因此負(fù)壓頭中的兩項(xiàng)變化可互相抵償。但因ρ′與ρ″的變化率不同，所以這兩項(xiàng)變化不能完全抵消，而且在液位H不同時(shí)，這兩項(xiàng)隨壓力變化的數(shù)值也不相同。
3、差壓式液位計(jì)誤差產(chǎn)生的原因及消除方法
本文以單室平衡容器安裝為例來分析產(chǎn)生誤差的原因，主要包括以下3種：安裝不規(guī)范或錯(cuò)誤安裝、維護(hù)不及時(shí)或誤操作、工藝系統(tǒng)或工況改變。
3.1 安裝不規(guī)范或錯(cuò)誤安裝
3.1.1 測(cè)壓點(diǎn)取的位置不合適一般來說測(cè)壓點(diǎn)不會(huì)搞錯(cuò)。主要是上部單室平衡容器的進(jìn)口必須與汽包上連通管在同一水平上，要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙來安裝。安裝時(shí)還要注意測(cè)壓點(diǎn)是否有不潔物，如有要及時(shí)清理干凈，防止安裝后堵塞。
3.1.2 導(dǎo)壓管路安裝不規(guī)范
安裝導(dǎo)壓管路的主要目的是傳遞壓力，不規(guī)范安裝會(huì)造成正、負(fù)壓側(cè)產(chǎn)生附加誤差，從而產(chǎn)生測(cè)量誤差。
①導(dǎo)壓管路太短或太長。
根據(jù)一般技術(shù)規(guī)定，導(dǎo)壓管路應(yīng)在3-50m之間，太短時(shí)測(cè)量波動(dòng)大，太長則測(cè)量滯后；且在測(cè)量時(shí)應(yīng)保證水平管線有1∶12的坡度，保證管道內(nèi)充滿液體，以免產(chǎn)生測(cè)量誤差。消除方法是按照技術(shù)規(guī)定和設(shè)計(jì)來施工。
②導(dǎo)壓管路正、負(fù)側(cè)裝反。
從測(cè)壓點(diǎn)扯過導(dǎo)壓管往差壓變送器上裝時(shí)正、負(fù)側(cè)裝錯(cuò)，等投用后出現(xiàn)問題還不容易查出原因，因?yàn)檫@點(diǎn)極易被忽視。導(dǎo)壓管與差壓變送器的連接請(qǐng)參閱《鍋爐水位平衡容器氣相管應(yīng)連接差壓變送器的高壓室還是低壓室》技術(shù)文章。
③受熱不均勻或離熱源太近。
平衡容器及連接管安裝后，水側(cè)連通管應(yīng)加保溫。但為使平衡容器內(nèi)蒸汽凝結(jié)加快，汽側(cè)連通管與平衡容器上部都不應(yīng)加保溫。
3.1.3 差壓變送器安裝不規(guī)范
差壓變送器安裝環(huán)境太差，如震動(dòng)大、塵土大或者有強(qiáng)腐蝕介質(zhì)。消除辦法就是按照有關(guān)技術(shù)規(guī)定選擇合適的位置來安裝差壓變送器，若屬特殊情況必須在此環(huán)境中安裝，則應(yīng)按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取防護(hù)措施，如增加防護(hù)箱或固定支架等。
3.2 維護(hù)不及時(shí)或誤操作
為了保證汽包水位計(jì)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行，精確進(jìn)行各種計(jì)量，就要求相關(guān)人員平時(shí)精心維護(hù)儀器。否則由于維護(hù)不及時(shí)或誤操作，都會(huì)引起測(cè)量誤差的產(chǎn)生。
3.2.1 導(dǎo)壓管三閥組堵或漏消除方法
按時(shí)巡檢，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)處理，漏則用工具緊固，堵則排污清洗，用手壓泵或其他工具疏通，保證壓力的正常傳遞。
3.2.2 冷凝液由于誤操作流失消除方法
工作壓力較低的平衡容器（如凝汽器、除氧器等）安裝時(shí)，可在平衡容器頂部加裝水源管或灌水絲堵，以保證平衡容器內(nèi)有充足的凝結(jié)水，并能較快地投入差壓式液位計(jì)。
3.2.3 差壓變送器的飄零消除方法
要定期校驗(yàn)變送器的零點(diǎn)和量程。
3.3 工藝系統(tǒng)或工況改變
在高參數(shù)機(jī)組里，實(shí)際運(yùn)行的參數(shù)隨時(shí)都在發(fā)生變化。當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，ρ′、ρ″和ρ1也在發(fā)生變化。因此，液位的波動(dòng)會(huì)比較大，從而給液位測(cè)量的準(zhǔn)確度帶來比較大的影響。消除方法：在平衡容器和汽包之間加入一凝結(jié)水管，這樣可以使平衡容器內(nèi)的水得到一定的緩沖，壓力與密度相對(duì)比較穩(wěn)定，如圖2所示。
圖2 單室平衡容器與差壓變送安裝示意圖
4、結(jié)語
綜上所述，建議通過以下步驟查找差壓式液位計(jì)的測(cè)量誤差原因：
①對(duì)于剛施工投用的液位計(jì)，其測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因多是安裝不規(guī)范或錯(cuò)誤安裝；
②對(duì)于長期使用的液位計(jì)，測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因多是維護(hù)不及時(shí)或誤操作；
③對(duì)于技改后出現(xiàn)的測(cè)量誤差，多是系統(tǒng)或者工藝方面的原因。
本文作者：廣東粵電集團(tuán)靖海發(fā)電有限公司 李堅(jiān)(男，四川達(dá)州人，工程師，研究方向：熱力控制)
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