热电部一期锅炉汽包水位测量误差分析

热电部一期锅炉汽包水位测量误差分析

陆茹其　　

天津津滨石化设备有限公司              天津市       300271

摘　要：天津石化公司热电部一期锅炉汽包水位六套测量表计在运行中经常出现水位指示不一致的现象，有时相差很大。本文对这一现象进行了分析并提出了解决方案。

关键词：汽包水位、平衡容器水位计、饱和水密度、饱和蒸汽密度、饱和压力

一．概述

天津石化公司热电部一期共有四台CG-220/100锅炉，设计有平衡容器水位计、电接点水位计、就地水位计各二套汽包水位测量装置。平衡容器水位计采用平衡容器实现“水位—压差”转换，在实际运行中，几种水位计经常出现水位对不上的情况，有时相差很大达100mm。电接点水位计和就地水位计因测量筒散热，水位指示偏低无法解决（电接点水位计测量筒有正确保温时冲洗测量筒先后水位相差约30mm，测量筒没保温时冲洗测量筒先后水位相差约60mm）。本文着重讨论平衡容器水位计的测量误差问题。

二．平衡容器水位计测量误差分析

热电部一期锅炉平衡容器结构如图1：

其中：ρ1：室温水平均密度，kg/m3

      ρ2：汽包饱和水密度，kg/m3

      ρ3：汽包饱和蒸汽密度，kgf/m3

      △H：汽包实际水位，mm

      H0：汽包零水位，mm

      P:汽包绝对压力，kg/cm2

P+：汽包水位正压侧压力，

P-：汽包水位负压侧压力，

△Ｐ：汽包水位压差，Pa

T2：引压管温度，与室温基本一致。  

   汽包       汽侧联络管                ρ2       

      △H   ρ3                                            

                                             L= 580  270  

H0         ρ2     670                                                     

      335     P                        T2,ρ1                         

                 水侧联络管                           

                         去下降管             P+  P-  

图1  现使用的平衡容器

这种平衡容器的“水位—压差”关系是

△Ｐ=（P+）－（P-）

=（580－335－△H）×ρ3+（335+△H）×ρ2

  －（270×ρ2+（580-270）×ρ1）

       =（65+△H）×ρ2+（245－△H）×ρ3－310×ρ1                   

水位变送器的量程是：-4426~0Ｐa，指示量程是：-300~300mm，则仪表指示值为

指示水位=600×（△Ｐ＋4426）/4426－300mm

当T2=40℃，汽包压力在正常范围内时，水位误差见表1:  

表1：指示水位与实际水位的误差

从表1数据整理如下：    

  １．在汽包压力的运行中间值105kgf/cm2为例

a．在零水位时，指示值比实际值低32.752，误差5.45%。

b．量程范围由600mm缩小到499mm，误差17%。

c．水位越高误差越大。

d．各点水位是线性的。

２．汽包压力在正常运行范围内变化对水位的影响

a．在零水位时，水位相差很小，最多相差1.7。

b．当水位偏离零水位时，水位相差越来越大。在-100时，相差9.4。

说明该平衡容器水位计在零水位时能较好消除汽包压力变化引起的测量误差，当水位偏离零水位较大时就不能消除汽包压力变化引起的测量误差。

3．环境温度变化对水位的影响

环境温度变化使T2也随着变化，假定汽包压力为105kgf/m2，则   ρ2=683.5，ρ3=57.47，当T2在20~70℃变化时，其水位变化如表2：

表2：环境温度变化对水位测量的影响

从表2得出，当T2随环境温度而变化时，对水位测量误差的影响比较大，对整个量程的影响一样大，并且无法消除。

总结：表1中的指示水位在正常运行工况范围内和电接点水位计显示值接近，该平衡容器水位计使二种误差较大的水位计指示相近，但指示水位和正常水位误差较大。电接点水位计误差无好的解决方法，而且随着汽包压力越来越高，误差也越来越大，在高压力的锅炉只能当参考。

三．减少平衡容器水位计测量误差的方法

（一）．重新计算平衡容器水位计变送器的量程范围。

按汽包压力的中间值105kgf/cm2，T2=40℃重新计算变送器的量程。根据公式计算得：变送器的量程范围是-4295~-614Pa。从表3数据整理得：当汽包压力为105kgf/cm2时，能很准确的测量到汽包水位,但汽包压力变化时,误差逐渐增大。此方案当T2随环境温度而变化时，对水位测量带来的误差也无法消除。

表3：改量程后指示水位与实际水位的误差

（二）．重新设计平衡容器，利用DCS系统计算能力，实现汽包水位计的准确测量。

   汽包       汽侧联络管                   ρ2    

      △H   ρ3                                            

  H0         ρ2     670                  　 L=635                                  

      335                                              

               水侧联络管                                 

                           Ｐ+      去下降管  　  　　Ｐ-

图2  改进后的平衡容器

重新设计的平衡容器如图2。平衡容器中的负压室引压管水被饱和蒸汽加热至饱和温度，这种平衡容器的“水位—压差”关系是

△Ｐ=（P+）－（P-）

=（H0+△H）×ρ2+（L－（H0+△H））×ρ3－L×ρ2

   =（△H+H0－L）×（ρ2－ρ3）×9.80665/1000

该关系式中，△Ｐ只与ρ2-ρ3有关，而ρ2-ρ3在一定的压力范围内基本是线性的，可用△ρ=869.89-2.323P代替。表4中：△ρ与（ρ2-ρ3）的误差在汽包压力的正常运行范围内＜1‰，压力为30~120时，误差＜1.5%。因此用△ρ代替（ρ2-ρ3），能很好的消除汽包压力变化给水位带来的误差，保证水位测量精度。

表4：△ρ与（ρ2-ρ3）的误差

取L=635，水位量程范围-300~300mm，则变送器量程范围为-3683~0Pa，水位计算点计算公式为：                          

△H=600×△P/△P满+300

    =600×△P /（600×（869.89-2.323P）×9.80665/1000）+300

=△P/（8.5307-0.02278P）+300mm

用此水位计算公式对水位进行补偿（见表5），这在DCS很容易实现。

表5:补偿后指示水位与实际水位比较

在表5中，补偿后指示水位在50~120 kgf/cm2压力范围与实际水位相差不到1mm；在10 kgf/cm2压力时最多相差26mm，从表中数据反映出此方案既能满足锅炉正常运行时对水位的准确测量，也能满足启炉阶段对水位的测量要求，因此该方案能很好的解决平衡容器水位计测量汽包水位存在的误差。

四．引起水位测量误差的其它原因

1．因安装不规范，几种水位计的零位和汽包零水位不在同一水平面，见表6。从表6中看，几种水位计的零位相差最大达65mm。

表6：各种水位计零位相差距离

２．平衡容器水位计二根引压管与伴热管距离不一样，产生无法估算的误差。

五．减少水位计测量误差的其它方法

1．缩短测量筒、平衡容器与汽包的距离，提高测量筒的温度。

2．把测量筒、平衡容器与汽包间的阀门换成直通式阀门，加快汽、水流通，减少汽包水位测量的滞后性。

3．正确的保温能有效提高测量筒的温度，减少测量误差和环境温度的影响。

参考资料：

《热工测量》      华北电力学院编

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