水位尺读数(掌中宝系列之液位测量及仪表)

第一部分

第二部分

锅炉汽包水位补偿公式：

1、汽包水位补偿

水位补偿公式：H=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g

然后用H减去水位零点相对平衡容器下取样点的距离,得到的值就是修正后的汽包水位。 L为平衡容器两个取样管间高度（m）

ρ1为凝结水密度 （kg/m3）

ρ2为饱和水密度 （kg/m3）

ρ3为饱和蒸汽密度（kg/m3）

ΔP为变送器差压 （Pa）

H为水位高度 （m）

h0为汽包水位零点至下取样管高度（m），H为补偿后水位（m）。

补偿后水位：h=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g -h0. 再把单位从米转为毫米。 如果L、h0、h单位为毫米，ΔP单位为mmH2O, ρ1、ρ2、ρ2单位为kg/m3。则公式为

h=[ L*(ρ1-ρ3)-ΔP*1000 ] / (ρ2-ρ3) -h0

汽包水位测量分析及补偿

[摘 要] 汽包水位的准确测量值是电厂重要的测量参数之一，其测量方式很多，目前常用的是静压式测量方法中的连通式液位计和压差式液位计。但当液位计与被测汽包中的液体温度有差异时，显示的液位不同于汽包中的液位，而且其误差还会随汽包压力的改变而改变。襄樊电厂300MW机组，应用汽包水位模拟量信号采用差压变送器测量，并进行汽包压力补偿的测量方法，结果表明，汽包水位运行正常，测量准确，满足运行要求。

1 准确测量汽包水位的重要性

大型机组都设计全程给水控制系统，在机组启动到满负荷或停机减负荷及负荷波动中，汽包压力在不断地变化，汽包内的蒸汽和水的密度也随之变化，从而影响汽包水位测量的准确性和全程给水控制系统的投运，危及机组的安全。因为汽包水位过高可能造成蒸汽带水，使蒸汽品质恶化，轻则加重管道和汽轮机积垢，降低出力和效率，重则使汽轮机发生事故；汽包水位过低，则对水循环不利，可能导致水冷壁局部过热甚至爆管。因此汽包水位的准确测量值是电厂最重要的测量参数之一。

2 汽包水位的测量方式及存在问题

汽包水位测量方式很多，一般可分为：(1)静压式；(2)浮力式；(3)电气式；(4)超声波式；(5)核辐射式。目前电厂中最常用的是静压式测量方法中的连通式液位计和压差式液位计。连通式液位计包括云母水位计和电接点水位计，这类液位计直观，便于读数，但它们共同的缺点是：当液位计与被测汽包中的液温有差别时，其显示的液位不同于汽包中的液位，而且此误差还会随汽包压力的改变而改变。为了减小因温度差异而引起的误差，常将液位计保温，而筒壳顶部不保温，增加凝结水量。但因散热，水位计中的水温总比汽包中饱和水的温度低，因而水的密度大于饱和水的密度。假设液位计中水的密度为ρ，汽包中饱和水密度为Hˊ，液位计中水位为Hˊ，汽包实际水位为H，饱和蒸汽密度为ρ″，液位计高度为L，则：

Hρˊ+(L-H) ρ″= Hˊρ+(L- Hˊ) ρ″

H= Hˊ(ρ-ρ″)/( ρˊ-ρ″) (1)

由于ρ随温度、压力变化而变化，特别在启停过程中，液位计中的液位和汽包中的液位之差总是变化的。根据长期运行的经验，对300 MW机组而言，在额定工况时，H＝Hˊ十40—60mm(具体情况视保温状况而定)。而且对电接点水位计采说，由于它不是连续指示，不能反映接点之间的水位变化，又由于电接点水位计接点的布置是非均匀的，在正常水位即零水位附近间距小，在远离零水位的两边间距大，当在额定工况下，汽包实际水位在零水位左右时，由于电接点水位计中的水位要低40—60 mm，再加上此处电接点的间距，其误差就会更大，有可能达到100 mm误差。因而电接点水位计仅能在启动过程和低负荷运行中有效，在高负荷时，仅能作汽包水位的参考，更不能用作调节和保护信号。

3 采用差压变送器测量时存在的问题及采取的措施

既然电接点等连通式水位计有不可克服的误差，而汽包水位的准确测量值又是汽包水位必须控制的参数，在300MW机组中，汽包水位模拟量信号采用差压变送器测量，汽侧安装单室平衡容器，其安装如图1所示。

平衡容器中水的密度同样也会因温度和压力变化而变化，产生误差。因此对单室平衡容器采取不保温的措施，使平衡容器中水的温度恒定在室温左右，减小因温度的变化而对平衡容器中水密度的影响，在工程上可以忽略温度对平衡容器水密度的影响。因此在采用差压变送器测量汽包水位时，必须进行汽包压力的补偿，其补偿公式为：

式中 H——汽水侧取样管间高度，m；

h0——水侧取样管至零水位高度，m；

△h——汽包水位，m；

ρ——平衡容器中凝结水的密度，kg/m3；

ρ′——饱和水密度，kg/m3；

ρ″——饱和汽密度，kg/m3；

△p——变送器差压，Pa；

Pd——汽包压力，Mpa。

在组态时，对各函数设置应考虑到与汽泡结构数据分开。以便整定计算，因此该补公式可组态如图2所示。

4 襄樊电厂汽泡水位的补偿计算

襄樊电厂锅炉为引进型1025t／h控制循环汽包炉。变送器取样高度量＝0．86m，h0 ＝0．43m，函数发生器采用8段折线形式。各函数取样值见表1。

将以上数据分别填入组态中，即可完成汽包水位的补偿计算，为使补偿计算后的实际汽包水位的变化值在显示上方向一致，一般将差压变送器反接，即将正端接汽包水侧取样管，负端接平衡容器。这样就要进行差压变送器零点的负迁移，由于现在大都采用智能型变送器，因而无论正反接，皆可容易满足水位变化值和显示上方向一致。同时在DCS系统里，输人点的量程标定也十分简单，所以也可直接将变送器正接。这样就不必进行变送器的负迁移。

如果在现场采用的是双室平衡容器，其水侧平衡室与汽包饱和水相通，用以加热汽侧平衡室中的凝结水。这样，平衡容器内外均可视作饱和水。当差压变送器的正端接汽包水侧平衡室，负端接汽侧平衡室时，其补偿公式为：

△p=h(ρˊ-ρ″)+h(ρˊ-ρ″)- H(ρˊ-ρ″) (7)

△h=[p/(ρˊ-ρ″)] + H-h (8)

当h为H的一半，即零水位为变送器取样点的中点时：

△h=[△p/(ρˊ-ρ″)] + h (9)

其补偿计算与单室平衡容器一致。

在现场调试组态时，汽包水位输入点的上、下限要根据差压变送器的标定换算成实际差压值。为调整方便，数据库中可设为±0．4m，用修改加法器的汽包水位输入端偏置来迁移实际差压值，增益可进行量程转换，压力补偿输入端的增益应填入H值，除法器下游的算法增益用于将量程转换成常用的mm单位，其输入偏置则应设为h0 。

5 常见故障分析

300 MW机组在水位测量时，常见故障有以下几个方面：

(1)变送器的量程满足要求，但最大承受静压值不满足实际要求，这样易使变送器膜片损坏，测不出水位。

(2)汽包水位与水位计之间偏差较大，水位计一般适用于启动过程和低负荷阶段，而在高负荷阶段，则以变送器为主，电接点仅作参考。但若偏差较大，超过100 mm以上，就应检查二者的零水位定义是否一致，所设的H值是否与实际值不同，平衡容器水温设置是否正确，电接点水位计保温是否合乎要求。

(3)汽包水位的变化方向与水位计相反，一般为算法参数设置错误，实测差压值与补偿计算中的差压值符号是否一致，可通过修改增益正负号改正。

(4)汽包水位不变化，输出为4mA，检查平衡门是否关闭，若打开，则两边差压为零，故不能正确测量水位。

通过以上补偿，我厂300 MW机组汽包水位运行正常，测量准确，完全满足运行要求。（来源华电渠东热控）

第三部分

差压变送器是一种在工业生产领域非常常见的一种热工测量仪表种类，主要作用于测量液体介质的压力，液位液位计、物位计、物位变送器、液位变送器、电容式物位计、电容式液位计、电容式物位变送器、电容式液位变送器、物位开关、液位开关、电容液位计、电容物位计、液位仪表、物位仪表、电容液位变送器、电容物位变送器、射频电容式液位开关、射频电容式物位开关、电容式液位开关、电容式物位开关、音叉式液位开关和流量等物理参数。目前，工业自动化生产装置中，差压变送器的应用范围愈加广泛，但作为通用型的测量仪表，也经常会发生运行的故障，如果生产中遇到问题，就需要我们能够及时地加以解决，倘若不能迅速处理，必定会在一定程度上影响生产的正常进行，有的严重故障甚至会危及人身安全。

一、 差压变送器的工作原理

差压变送器通常用于测量密闭容器内的液位，利用液体自身重力产生的压力差来测量容器内液体的液位。其高压侧测量管由于蒸汽凝结，始终处于充满水状态，保持压力恒定，而低压侧测量管与容器组成联通器，其压力随容器内液位的变化成线性变化。

设△P为变送器接收到的差压信号，P0为容器内部压力，P+为变送器正压侧压力，P-为变送器负压侧压力；ρ为容器内液体的密度；g为重力加速度；h1为工艺零点到容器上部取压口的高度；h2为容器工艺液位；h为变送器到工艺液位零点的高度。

则有：

P+=P0+ρgh1+ρgh

P-=P0+ρgh2+ρgh

△P=P+-P-=ρgh1-ρgh2

当液面由h2=0变化为h2=h1时，差压变送器所测得的差压由最大值变为ΔP=0，通过设置变送器，输出电流由4mA变为20mA。

二、变送器零位的设置

差压变送器测量液位时，零位的设置是非常重要的环节。当变送器的高压（H）侧、低压（L）侧与就地测量筒的高压侧、低压侧连接一致时，高压侧导压管始终处于充满水状态，变送器高压端测得压力为P+kPa，变送器的低压侧与低压侧导压管相连，测得压力为P-kPa，则变送器测得实际差压为（P+-P-）kPa。容器液位最低时，差压值最大，对应于变送器内部设置LRV，也就是变送器的零位，此时变送器输出电流4mA，容器液位最高时，差压值为0，对应于变送器内部设置URV，也就是变送器的满度，此时变送器输出电流20mA。 当变送器的高压（H）侧、低压（L）侧与就地测量筒的高压侧、低压侧连接相反时，需要对变送器内部设置进行修改：即将变送器的LRV设置为（P--P+）kPa（这个差值为负数），也就是说，无论变送器与导压管怎样连接，变送器的满度对应于测量容器的满水位，差压始终为0，即变送器的满度URV为0kPa，输出电流20mA。当变送器的高压侧与导压管高压侧相连时，变送器零位LRV设置为最大差压值，当变送器的高压侧与导压管低压侧相连时，变送器零位LRV设置为最大差压值的负数。

三、 差压变送器的安装要求

要做到准确测量液位，除对差压变送器进行正确选择和校验外，还必须注意整个系统的安装符合要求。变送器的示值有时并不能反映被测介质的实际参数，因为测量系统本身会产生误差。系统安装要求包括：取压口的开口位置、连接导管的合理铺设和变送器的安装位置等。

首先，取压口应处于流体流动平稳和无涡流的区域，在工艺上应能保证测得所要选取的工艺参数。比如用差压变送器测量锅炉汽包水位时，汽包实际水位在汽包轴向和径向上的分布是不同的，一般在轴向，中间水位高，两侧水位低；沿径向，下降管较密的一侧较高。某发电厂汽轮机凝汽器液位变送器由于测量点取点位置接近凝结泵入口，在凝结泵运行时造成取点位置处水面的下陷，从而导致变送器示值明显偏低，后将测量筒的位置移至距凝结泵入口较远处，凝汽器水位变送器与就地实际水位指示一致，保证了凝汽器安全、稳定运行。其次，测量液位时，差压变送器测量的差压值相对较小，一般在几个kPa到100kPa之间，因此整个测量系统对测量精确度有很大影响。在安装导压管时，导压管的水平段应有一定的斜度，而且倾斜度尽可能大一点，避免在导压管内部积存液体，致使测量不准，在变送器量程很小的情况下，会造成变送器输出的波动。此外，变送器投运时，应尽量排空导压管液柱内的气泡，这些积存的气体会影响测量的准确度。还可以考虑在导压管的上部拐弯最高处安置排气装置。

四、变送器零位的迁移

差压变送器测量液位时，如果差压变送器的正、负压室与容器的取压点处在同一水平面上，就不需要迁移。而在实际应用中，出于对设备安装位置和便于维护等方面的考虑，变送器不一定都能与取压点在同一水平面上；又如被测介质是强腐蚀性或重粘度的液体，不能直接把介质引入变送器，必须安装隔离液罐，用隔离液来传递压力信号，以防变送器被腐蚀。这时就要考虑介质和隔离液的液柱对变送器测量值的影响。当变送器的安装位置往往与最低液位不在同一水平面上，为了能够正确指示液位的高度，差压变送器必须做一些技术处理，即迁移。迁移分为无迁移、负迁移和正迁移。 所谓变送器的“迁移”，是将变送器在量程不变的情况下，将测量范围移动。通常将测量起点移到参考点“0”以下的，称为负迁移；将测量起点移到参考点“0”以上的，称为正迁移。以一台30kPa量程的差压变送器为例，无迁移量时测量范围为0～30kPa，正迁移100%时测量范围为30～60kPa，负迁移100%时测量范围为-30～0kPa，负迁移50%时测量范围为 -15～+15kPa。

实际操作时先确定差压变送器的量程，校准后使用迁移螺钉将测量起始点或满程输出调整到相应位置或用手操器将迁移量直接输入。例如：需测量-30～0kPa的差压，则量程为30kPa，校验变送器时，负压室加压30kPa，调整差压变送器零点旋钮，使其输出为4mA；之后，负压室不加压，调整差压变送器量程旋钮，直至输出为20mA，如果用手操器的话，将变送器的LRV设置为-30kPa，URV设置为0kPa。 差压变送器的测量范围等于量程和迁移量之和，即测量范围=量程范围+迁移量。所以，正、负迁移的实质是改变差压变送器量程的上、下限值，而量程的大小不变。根据差压变送器测量液位正、负迁移的原理，在实际应用中，就可以根据仪表的使用条件、生产装置的工艺情况和周围环境等，对液位的测量方法进行相应的改进。