火電廠熱工測量及常規(guī)儀表

1、作者：楊清2012年2月第一章第一章 常見的一些基本概念常見的一些基本概念第二章第二章 壓力測量壓力測量第三章第三章 溫度測量溫度測量第五章第五章 物位測量物位測量第六章第六章 機械量的測量機械量的測量第一章第一章 常見的一些基本概念常見的一些基本概念 在火力發(fā)電廠的生產中，熱工測量是熱力過程控制系統(tǒng)的一個組成部分。熱工測量在控制系統(tǒng)中具有重要地位，通過熱工參數的測量，可及時反映熱力設備的運行工況，為運行人員提供操作依據；為熱工自動化裝置準確及時地提供信號；為運行的經濟性計算提供數據。因此，熱工測量是保證熱力設備安全、經濟運行及實現自動化的必要條件，亦是經濟管理、環(huán)境保護、研究新型熱力生產系統(tǒng)

2、和設備的重要條件。其質量的好壞直接影響著自動過程的水平，也既影響著發(fā)電機組的安全性和經濟效益。 隨著火力發(fā)電廠的熱力設備日益向大容量、高參數的方向發(fā)展，電廠的自動化水平也日益提高，對熱工測量的準確性、可靠性等的要求越來越高，測點數量也越來越多，并且隨著新材料和新技術的使用，新型熱工測量儀表不斷涌現。據統(tǒng)計，600MW火力發(fā)電機組的熱工測點達6000個左右，需使用DCS對大量的測量數據進行處理。 在火力發(fā)電廠的運行中要求整個測量系統(tǒng)長期處于投入狀態(tài)，能正確而及時地反映熱力設備的運行情況，并改善運行人員的勞動條件。所以，從事熱工測量工作的技術人員必須充分熟悉熱工測量儀表和測量系統(tǒng)，掌握測量方法，對

3、熱力設備（即被測對象）的結構和性能也要有一定的了解。 由于測量中總是存在著測量誤差，測量工作者的任務之一就是要盡量使之減小，因此應選擇合理的測量方法；所用的測量單位必須是國家法定計量單位；所用的測量工具必須足夠準確，并事先經過檢驗。 本篇主要講述火力發(fā)電廠壓力、溫度、流量、轉速、振動、物位等熱工參數的基本測量方法，傳感器的原理和性能，儀表的選用和測點的選擇原則，測量系統(tǒng)的組成，儀表的校驗和維護以等。這些內容涉及面很廣，本篇只能介紹常用的測量方法和儀表，在各種實際的測量工作中，根據不同的對象來分析和解決測量問題。第二章第二章 壓力測量壓力測量第一節(jié)第一節(jié) 壓力測量基礎知識壓力測量基礎知識一、壓力

4、的概念(一）壓力的定義 垂直作用在單位面積上的分布力稱為壓力。 (二）壓力名詞術語1.絕對壓力 以完全真空作零標準（參考壓力）表示的壓力，用pA表示。它是液體、氣體或蒸汽所處空間的全部壓力。2.大氣壓力 地球表面大氣自重所產生的壓力，又稱氣壓，用pb表示。它隨海拔高度、地理緯度和氣象情況等不同而變化。 3.表壓力 以大氣壓力作零標準（參考壓力）表示的壓力，用pg表示。當絕對壓力大于大氣壓力時，它等于絕對壓力與大氣壓力之差（又稱正壓力）。4.負壓力 絕對壓力低于大氣壓力時的表壓力，它等于大氣壓力與絕對壓力之差（又稱疏空壓力），用pv表示。5.真空度 絕對壓力低于大氣壓力時的絕對壓力，用符號V表示

5、。6.差壓 兩個相關壓力之差。7.靜態(tài)壓力 不隨時間變化的壓力。由于絕對不變化是不可能的 所以規(guī)定壓力隨時間的變化，每秒為壓力計分度值的以下的變化壓力為靜態(tài)壓力。8.動態(tài)壓力 壓力隨時間的變化超過靜態(tài)壓力所規(guī)定的限度的變化壓力稱為動態(tài)壓力。 。 ( (二)專用彈簧管式壓力儀表1.電接點壓力表 電接點壓力表用作電氣訊號設備、連鎖裝置和自動控制裝置。它比普通壓力表多一個電接點裝置，有上下限控制指針。類似電接點壓力表的還有壓力控制器、壓力繼電器、壓力信號器等。2.氣體壓力表 為適應各種氣體測試要求，在彈簧管式壓力儀表中某些零件需要特殊材料，并注明用途。用途一般在表盤上用文字說明，或在襯圈、外殼上涂以

6、所規(guī)定的顏色來表示：氧氣天藍色、氫氣深綠色、氨氣黃色、氯氣褐色、乙炔白色、其它可燃性氣體紅色、其它惰性氣體或液體黑色。3.耐高溫壓力表4.帶校驗指針的壓力表 為使設備不超過某一工藝要求，儀表盤上標有紅線或校驗指針，便于操作者觀察。另外裝有可以移動的校驗指針。5.耐振壓力表 將儀表內充灌阻尼液，使儀表指針和傳動機構均浸在油液內，這樣可減少環(huán)境振動、沖擊引起指針的擺動，同時可以潤滑傳動機構。二、膜盒式壓力表 膜盒式壓力表具有結構簡單、靈敏度高的特點，用于氣體介質的微壓測量。其準確度比較低，有1.5級、2.5級和4級。三、彈簧式壓力儀表的主要誤差 (一)非線性誤差 (二)機械摩擦引起的誤差 (三)表

7、盤分度誤差 (四)示值判斷誤差 讀取示值時引入的誤差。與儀表表盤的分度細度、表針寬度及讀數方法有關。在讀取示值時，應使指針尖端準確對準，指針刀鋒面垂直表盤平面，精密壓力表按分度值的1/10估讀，一般壓力表按分度值的1/5估讀。 (五)溫度變化引起的誤差 (六)安裝位置引起的誤差 (二)壓力儀表的安裝 安裝前應仔細核對型號、量程、準確度等級是否符合要求。安裝前應仔細核對型號、量程、準確度等級是否符合要求。 對于有腐蝕性介質的、或有高溫介質的、或壓力有劇烈波動的情況下，均應采取一定的保對于有腐蝕性介質的、或有高溫介質的、或壓力有劇烈波動的情況下，均應采取一定的保護措施。如測量腐蝕性介質時，壓力表前

8、須加裝隔離容器；測量高溫蒸汽壓時，在壓力表前須護措施。如測量腐蝕性介質時，壓力表前須加裝隔離容器；測量高溫蒸汽壓時，在壓力表前須加裝冷凝裝置；測量含塵氣體壓力時，在壓力表前須加裝灰塵捕集器。加裝冷凝裝置；測量含塵氣體壓力時，在壓力表前須加裝灰塵捕集器。 壓力儀表的安裝位置，應符合安裝狀態(tài)要求，且便于維護和檢修。儀表表盤一般不應該呈水平狀態(tài)，不然游絲將失去對齒輪間隙的控制作用。儀表取壓點應在被測介質流動的直線管道上，儀表取壓管口應與被測介質的流動方向垂直，與管道內壁平齊，而不能在急彎、閥門、死角或渦流處，不能有凸出物和毛刺，這是為了保證準確測量介質的靜壓力所必須的；對于被測介質為蒸汽時，應在工藝

9、管道的兩側；對于被測介質為液體時，應在工藝管道的下部；對于被測介質為氣體時，應在工藝管道的上部。若取壓點和儀表安裝位置不在同一水平面上，應對液柱高度差所引起的壓力值進行修正。 取壓點和儀表安裝處之間的距離應盡量短，以免指示遲緩。信號管路在取壓點處應裝有隔離閥，信號管路的敷設應有一定的坡度，測量液體或蒸汽壓力時，信號管路的最高處應有排氣裝置，測量氣體壓力時，信號管路的最低處應有排水裝置。應檢查傳壓導管、閥門、接頭及焊接處的嚴密性，如有泄露及時消除。啟動壓力表時，應先開一次門。當傳壓導管內的被測介質的溫度接近室溫時，方可開啟二次門。開啟閥門時，應緩慢進行，以避免造成儀表受沖擊而損壞，全開后要倒回半

10、圈。(三)壓力儀表的使用 1.儀表應有封印，精密表應具有未超過有效期的檢定證書。 2.專用儀表嚴禁做其他用途使用，也嚴禁在沒有特殊可靠的裝置上進行測量，更嚴禁用一般壓力表作特殊介質的壓力測量。 3.在振動較大的設備上應選用杠桿機構的壓力表。 4.儀表工作時應處于正常的工作狀態(tài)。 第三節(jié) 壓力（差壓）變送器 把壓力變換為規(guī)定的標準信號（420mA）而輸出的壓力傳感器，就是壓力變送器。目前，電廠普遍采用帶HART通迅的智能型變送器，常見的品牌有Rosemount、西門子、ABB、橫河川儀等。我廠選用的是橫河川儀的EJA系列的壓力/差壓變送器。下面以我廠使用的壓力（差壓）變送器 為例介紹一下(一)主

11、要性能1.測量范圍：(00.14)MPa至(030)MPa。2.精度度等級：0.065%（包括從零點開始的線性、滯后性和重復性）3.輸出： (420)mA直流電流。4.供電電源：10.542V DC(普通型和隔爆型)10.530V DC(本安型、n型或非易燃型)10.532V DC(帶避雷保護時)BRAIN和HART協議通訊時至少16.4V DC。5.負載(輸出信號代碼為D 和 E 時 )250600數字通訊01335工作狀態(tài)6.阻尼時間常數總阻尼時間常數等于放大器部件和膜盒的阻尼時間常數之和。放大器部件阻尼時間常數在0. 264 秒范圍可調。(二)主要功能1.在線通訊功能。2.半自動調零功能

12、。3.遠程設定、監(jiān)視功能。4.自我診斷功能。(三)使用與維護1.壓力（差壓）變送器的接線為二線制，即電源線也是信號線，分正負接入變送器相應的端子。附接線端子圖。2.安裝完畢，確認無誤后開啟一次門。對于壓力變送器，如無泄露即可緩慢開啟二次門，使變送器投入運行。對于差壓變送器，則應先開平衡門，再開正、負壓門，再關上平衡門。對于測量蒸汽的變送器，開啟一次門后，需等導壓管冷卻后才能開啟二次門，以防止損壞變送器。3.變送器應密封良好，以防止灰塵進入變送器磁鋼中而影響測量準確度。4.要定期檢查導壓管路是否暢通，密封性是否良好。5.防爆儀表必須有防爆合格證，外殼上有永久性防爆標記。6.變送器退出運行的操作順

13、序與投運時的順序相反。(四)調整1.零點調校：接通電源后，當變送器通大氣時，輸出應為4mA，否則調整調零使輸出為4mA。2.量程調校：給變送器送入滿量程壓力信號，變送器的輸出應為20mA，否則應調整量程。然后將壓力降為零，重新調整變送器使輸出為4mA，再輸入滿量程信號，使輸出電流為20mA，如此反復調整至合格。3.遷移調整：先將變送器量程調整好，然后再進行遷移調整。4、阻尼調整。 注：以上調整都可以用手操器在通迅在相應的菜單下進行調整。第三章第三章 溫度測量溫度測量第一節(jié) 溫度與溫標 溫度是用來表征物體冷熱程度的物理量。熱力學溫度是國際單位制（SI）的七個基本量之一。 熱力學溫度符號為T，單位

14、名稱為開爾文，單位符號為K，定義為水三相點熱力學溫度的1/273.16。 攝氏溫度符號為t，單位名稱為攝氏度，符號為，其大小等于開爾文，即溫差可以用開爾文或攝氏度來表示。 溫標的定義為：溫度的量值表示方法。固定點、內插儀器以及函數關系構成溫標的主要內容，簡稱為溫度的“三要素”。 1991年7月1日起，我國施行“1990年國際溫標（IST90）”。 1990國際溫標是以熱力學溫度為基礎，用其測定的任何溫度，數值上更加接近熱力學溫度值，且這種測量容易實現并有較高的復現性。 熱力學溫度與攝氏溫度的關系為 t=T-273.15第二節(jié) 熱電偶 隨著科學技術的不斷發(fā)展，熱電偶已成為目前溫度測量領域中應用最

15、廣泛的感溫元件之一。其主要優(yōu)點是：測量溫度范圍廣，可以1K到2800的廣闊溫域內進行測量；性能穩(wěn)定、準確可靠。此外，結構簡單、熱慣性小、動態(tài)響應速度快、信號能夠遠距離傳送和多點測量等這些優(yōu)點，便于實現集中檢測與控制。 一熱電偶工作原理 兩種成分不同的導體組成一個閉合的回路，當回路中溫度不同時（即存在溫差），即產生了熱電勢，這個現象稱作熱電效應。熱電偶就是利用這個原理來測量溫度的。 二熱電偶的種類 熱電偶按用途可分為工業(yè)熱電偶和標準熱電偶。而工業(yè)熱電偶按結構不同又可分為普通熱電偶和鎧裝熱電偶。 熱電偶按熱電極的材料可分為不同分度號的熱電偶。 我國采用國際標準（IEC）生產的熱電偶有以下8 種：

16、鉑銠10鉑熱電偶（S型）； 鉑銠13鉑熱電偶（R型）； 鉑銠30鉑銠6熱電偶（B型）； 鎳鉻鎳硅熱電偶（K型）； 鎳鉻硅鎳鉻熱電偶（N型）； 鎳鉻銅鎳合金（康銅）熱電偶（E型）； 鐵銅鎳合金（康銅）熱電偶（J型）； 銅銅鎳合金（康銅）熱電偶（T型）； 以上8種熱電偶的分度表、分度公式以及熱電勢對分度表的允許誤差都與IEC標準相同 六熱電偶的安裝及維修 1熱電偶的安裝 熱電偶的安裝是否正確合理，對測量結果有著重要影響。通常要求盡量做到測量準確、安全可靠、維修方便。熱電偶安裝時應遵守以下原則： (1)熱電偶的測量端應處于能夠真正代表被測介質溫度的地方。在管道上安裝熱電偶時，應使保護管末端超過管道中

17、心線約（510）mm。 (2)熱電偶應有足夠的插入深度。一般最少不小于熱電偶保護管外徑的810倍。 (3)為防止熱損失，熱電偶保護管露在設備外部應盡可能短，并加保溫層。 (4)若被測介質具有負壓或為有害氣體時，熱電偶安裝必須嚴格密封，以免外界冷空氣進入影響測量的準確性，或有害氣體溢出污染空氣。 (5)熱電偶的安裝地點，應盡量避開其他熱源、強磁場、電場等，防止外來干擾。 (6)熱電偶安裝位置應盡量保持垂直，防止保護管在高溫下產生變形。但在有流速情況下，熱電偶必須傾斜安裝，如有可能，盡量安裝在管道的彎曲處。若需水平安裝時，則應該有耐火磚或耐熱金屬支架加以支撐。 2熱電偶的維修 熱電偶通常是與測量儀

18、表配套組成測量回路來實現測溫的。因此，故障現象往往是通過測量儀表反應出來。這就需要首先分析故障是產生在熱電偶回路方面還是測量儀表方面。為此，可將補償導線與測量儀表連接處拆開，用萬用表測量熱電偶回路電阻，觀察線路電阻是否正常，然后用便攜式電位差計測量輸出電勢，若輸出電勢值正常則故障在測量儀表方面。若輸出電勢不正常，根據故障現象及可能的原因對熱電偶及連接導線各部分進行檢查和修復。第三節(jié) 熱電阻一、工作原理 電阻溫度計在科研和生產中經常用來測量-200+600的溫度。它具有測溫范圍寬、測溫精度高、穩(wěn)定性好、能遠距離測量、便于實現溫度控制和自動記錄等優(yōu)點，是使用較為廣泛的一種測溫儀表。熱電阻是利用導體

19、或半導體的電阻隨溫度而變化的原理測量溫度的。當溫度變化時，感溫元件的電阻隨之而變化，將變化的電阻值作為信號，輸入顯示儀表中，來測量或控制被測介質的溫度 。二、熱電阻種類（一）鉑熱電阻 Pt10和Pt100是我國按照國際標準生產的鉑熱電阻溫度計，0時的電阻值分別為10和100。 (二)銅熱電阻 銅熱電阻溫度計沒有國際標準，Cu50和Cu100是依照我國專業(yè)標準生產的熱電阻溫度計，0時的電阻值分別為50和100。（三）鎳熱電阻 鎳熱電阻溫度計分為：Ni100、Ni300和Ni500三種，0時的電阻值分別為100、300和500。 熱電阻與熱電偶一樣，分為普通工業(yè)熱電阻溫度計和鎧裝熱電阻溫度計。目前

20、電廠使用的熱電阻大多都是Pt100三、熱電阻的選擇原則 熱電阻的選擇原則與熱電偶相似，熱電阻的選擇必須綜合考慮測溫范圍、測溫準確度，測溫環(huán)境和成本等技術經濟指標。選擇標準如下： 四、熱電阻測溫注意事項 用熱電阻測溫的注意事項，與熱電偶相比，在許多方面是相同的，歸納起來如下 第三節(jié) 雙金屬溫度計一、工作原理 雙金屬溫度計是由兩種不同膨脹系數彼此牢固結合的雙金屬片制成感溫元件的溫度計。雙金屬溫度計感溫元件通常繞成螺旋形，一端固定，另一端連接指針軸，當溫度變化時，由于雙金屬片受到溫度的作用使感溫元件的去曲率產生變化，通過指針軸帶動指針偏轉，在標度盤上顯示溫度值。二、雙金屬溫度計的測溫范圍及準確度等級

21、 雙金屬溫度計的測溫范圍為-80600。準確度等級為1.0、1.5、2.5三種。工業(yè)雙金屬溫度計的測量范圍和分度值見下表：三、雙金屬溫度計的種類1、軸向、徑向萬向型雙金屬溫度計WSS-401 WSS-481 WSS-4112、電接點雙金屬溫度計WSSX-4003、防爆型雙金屬溫度計WSSB-4114、帶熱電偶熱電阻的雙金屬溫度計WSSE-4011、什么是差壓式流量計利用流體在節(jié)流元件前后的壓力變化情況來測量流量的流量計，稱為差壓式流量計。差壓式流量計是目前火電廠使用最多的流量測量方法。流體充滿管道的流動稱為管流。在管流中放置一特制的中間有孔的節(jié)流件，流體流經節(jié)流件時，其壓力和流速都發(fā)生了變化。

22、常見的節(jié)流件有：孔板和噴嘴、長徑噴嘴。2、流量公式： 3、差壓式流量計的工作過程是：n管流流量經節(jié)流裝置轉換為差壓信號；n再經過開方轉換為流量測量值；n如有必要，再由積算器積算后，輸出累積流量 五、電磁流量計（如圖）1、工作原理 電磁流量計測量原理是基于法拉第電磁感應定律。流量計的測量管是一內襯絕緣材料的非導磁合金短管。兩只電極沿管徑方向穿通管壁固定在測量管上。勵磁線圈由雙向方波脈沖勵磁時，將在與測量管軸線垂直的方向上產生一磁通量密度為B的工作磁場。此時，如果具有一定電導率的流體流經測量管，將切割磁力線感應出電動勢E。電動勢E正比于磁通量密度B，測量管內徑d與平均流速v的乘積。電動勢E（流量信

23、號）由電極檢出并通過電纜送至轉換器。轉換器將流量信號放大處理后，可顯示流體流量，并能輸出脈沖，模擬電流等信號，用于流量的控制和調節(jié)。2、特點 測量精度不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響，傳感器感應電壓信號與平均流速呈線性關系，因此測量精度高。 第五章第五章 物位測量物位測量一、概述 在容器或設備中的物料（包括液體或固體）的高度稱為物位。在火力發(fā)電廠，以液位參數（水位、油位等）居多。其它常見的水位測量還有高加水位、低加水位、除氧器水位、凝汽器水位、各種水箱水位等。固體料位主要包括煤位、粉位、灰位。 物位測量可用于三種目的，一是生產監(jiān)視；二是控制；三是計量。 汽包鍋爐是我國火電機組的

24、主力設備，汽包水位是汽包鍋爐的重要測量參數。當汽包水位過高時，容易引起汽輪機的水沖擊和葉片結垢；當汽包水位過低時，可引起水冷壁水循環(huán)惡化，造成水冷壁爆管。而高加水位、低加水位、除氧器水位、凝汽器水位也都關系到機組運行的安全性和經濟性。因此，準確地測量水位是熱工測量的重要內容，是保證機組安全運行和延長機組使用壽命的重要基礎工作 。二、水位測量的分類 (一)直讀式液位計：這是使用最早、結構最簡單的液位計。常見的類型有：玻璃管式、玻璃板式、云母式等。另外，這類液位計還可以配合工業(yè)電視系統(tǒng)進行遠傳顯示。 (二)差壓式水位計：這是大型火電機組上最常用的水位計。對于敞口容器，只要用壓力表（或壓力變送器）測

25、出其液柱的壓頭，由液體的重度，即可得到液位的高度。對于密閉容器，則需要用差壓表（或差壓變送器）來進行測量。火電廠中的液位測量多屬于密閉容器類。差壓式水位計測量的過程是： 1、把水位轉換成差壓信號； 2、把差壓信號轉換成電信號； 3、把代表差壓信號的量值經過計算，轉換成代表水位信號的量值。 (三)浮子式水位計：常用磁性材料制造。在水容器壁內部裝一個可隨水位升降的浮子，水容器壁外部裝有一個感應部件。當浮子的高度低于感應部件時，輸出為某種狀態(tài)；當浮子高于感應部件時，輸出切換為另一種狀態(tài)。這類水位計是開關量輸出，原理和結構都比較簡單。 (四)電接點式水位計：電接點式水位計是利用蒸汽和水的電導率不同進行

26、工作的。其外形是一個圓周柱筒，筒上裝有一系列電極。當水面埋沒某個電極時，電路則導通；當水面低于該電極時，電路斷開。通過顯示儀表，即可看出水面的處于哪兩個電極之間。 (五)電容式物位計：它常用于測量粉狀固體物料的物位。通過檢測物料所處的兩電極間的電容（其中一個電極插在物料中，另一電極常常是容器壁）來測量物位的。其探頭從上部插入物料中，發(fā)送器常常裝在容器的頂蓋上。具有遠傳和連續(xù)輸出功能。 (六)超聲波物位計：常用于測量煤倉的煤位或粉侖的粉位。從探測器發(fā)出的超聲波經過物料表面的反射由接收器接收后，把從發(fā)射波到回波所用的時間換算成探測器與物料之間的距離，即得到物料物位的高度了。 應該強調指出：各種直讀

27、式水位計（主要包括電接點式水位計和磁翻板水位計）比（經過汽包壓力補償計算的）差壓式水位計的測量誤差大幾倍。實際工作中，應以差壓式水位計為主，以直讀式水位計為輔 。三、 汽包水位測量的一次轉感器平衡容器 平衡容器的任務是完成水位測量的一步，負責把汽包水位信號轉化成差壓信號。其外形多為園柱形的金屬筒，稱為平衡容器。常見的平衡容器有單室、雙室、雙室?guī)аa償三種類型。平衡容器一般由主設備配套供應和管理。但因其結構和各部分的尺寸是補償計算所必須使用的數據， 四、水位計算公式第六章第六章 機械量的測量機械量的測量一、概述 目前，我國投產的200MW、300MW、600MW汽輪發(fā)電機組，大多采用德國飛利浦公司（PHILIPS）或美國本特利公司（BENTLY）生產的3300和BN7200(北京測振儀表廠生產的的HZ-8500可直接替代之)系列旋轉機械監(jiān)測保護故障診斷系統(tǒng)，以及與之相配套的國產儀器設備，進行機械量的監(jiān)控。 二、 機械量的基礎知識 所謂機械量就是指以位移量為基礎的量。亦即： 1.汽輪機轉速狀