余熱鍋爐汽包結(jié)構(gòu)及水位測量

12015年01月05日汽包水位測量與保護——國華北京燃氣熱電生產(chǎn)準備部目錄一、汽包內(nèi)、外部設(shè)備、管道介紹二、汽包水位測量方式及原理三、汽包水位保護

234高壓汽包外部管道5高壓汽包外部管道6加藥管事故放水管高壓汽包內(nèi)部裝置、支座照片7高、中壓鍋筒一次分離元件為切向旋風分離器，二次分離元件為波形板箱和均汽板；頂部均汽板位置:汽包頂部蒸汽引出口前汽包空間(2)作用:利用小孔節(jié)流作用,使蒸汽沿汽包長度均勻分布,避免局部流速過高帶水增加

8高壓汽包內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖9高壓汽包示意圖10高壓汽包內(nèi)部結(jié)構(gòu)彩圖汽包水位測量11水位計分類1、就地水位計：雙色水位計、云母水位計（監(jiān)視、校核）2、遠傳水位計：電接點水位計（用于高低水位報警）；DCS水位平衡容器（單、雙室），用于水位調(diào)節(jié)、報警和保護雙色水位計原理：紅光和綠光在水和蒸汽中折射率的差別。云母水位計云母水位計是玻璃水位計的一種,實際上就是一根連通管。在鍋爐應(yīng)用方面：對低壓鍋爐，可以用玻璃作水位計觀察窗，對高壓鍋爐，爐水對玻璃有較強的腐蝕性，會使玻璃透明度變差而不利于水位監(jiān)視，故常見優(yōu)質(zhì)云母片作觀察窗，因而稱為云母水位計。屬于直讀式液位計。最大優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單直接反映汽包水位，,使用直觀、方便可靠,價格便宜,可以自制;在液位測量中得到廣泛應(yīng)用。缺點:是玻璃強度低,液位顯示信號不夠清晰只能就地監(jiān)視不能遠傳和記錄,而且不適用于粘稠及有深色的液位測量。云母水位計的工作原理云母水位計的使用云母水位計工作原理玻璃液位計的上端通過閥門與被測容器中的氣相連接,下端經(jīng)閥門與被測容器中液相連接。按照連通器原理：在液體密度相同的條件下，連通管中各個支管的液位均處于同一高度若兩側(cè)介質(zhì)溫度不同,可按下式進行修正:H=h(p/p')式中：H—容器內(nèi)液位高度h—液位計讀數(shù)p‘—液位計中介質(zhì)在溫度t’時的密度p—

容器中介質(zhì)在溫度t時的密度云母水位計的使用為了保證玻璃管(板)一旦被打碎時,上,下閥內(nèi)的小鋼球能自動密封,要求介質(zhì)壓力不得小于2×105Pa(2Kgf/cm2)。液位計投入使用時,先開啟連接液位計上端的閥門,后開啟連接液相的閥門.當設(shè)備停止運行時,要先停止液位計的使用.定期清洗玻璃管(板)內(nèi)外壁污垢.使液位顯示清晰.用根據(jù)被測介質(zhì)的壓力和溫度合理選用液位計,不得把低壓產(chǎn)品用在高壓設(shè)備上.當以液位指示值來計算大容器內(nèi)的介質(zhì)數(shù)量時,應(yīng)考慮到介質(zhì)溫度,壓力等影響及容器形狀不規(guī)則而引起的誤差。電接點水位計原理：利用汽包內(nèi)汽、水介質(zhì)的電阻率相差極大的性質(zhì)來測量汽包水位。電接點液位計由多個電極按不同高度排列構(gòu)成，當水位達到（或低于）某個電極時，電極間的導電率發(fā)生改變，從而檢出水位是否達到這個電極所在位置。多個電極組合就構(gòu)成液位計。

特點：逐點指示液位，各點互不關(guān)聯(lián)，壞掉幾個點不影響其它點的顯示，可靠性極高。所以在顯示、報警、聯(lián)鎖保護回路中經(jīng)常用到，在大型鍋爐中是必備設(shè)備；但由于其信號不連續(xù)，所以不適于用做液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。邏輯判斷電路是用于判斷那一個電接點是高水面最近接通了的電接點。判斷邏輯條件為：該點接通，該點上面相鄰點未接通，該點下面相鄰點接通。6-15-1DCS水位平衡容器單（雙）室平衡容器是一種差壓式液位計，壓力可用液柱高度來表示;反之,液柱高度(即液位)也可用壓力(或差壓)來表示。將液壓高度變化轉(zhuǎn)換成差壓變化來測量水位，靜壓液位計就是以這一原理為基礎(chǔ)的液位測量儀表。

在汽包水位取樣管上安裝平衡容器，利用液體靜力學原理使水位轉(zhuǎn)換成差壓，用引壓管將差壓信號送至差壓計，由差壓計顯示汽包水位。經(jīng)過發(fā)展現(xiàn)在采用智能式差壓變送器來測量汽包水位，特別計算機控制技術(shù)的引入，從技術(shù)性能、安全性、可靠性都有了極大的提高，現(xiàn)在亞臨界鍋爐均采用差壓式水位計作為汽包水位測量的主要手段，并作為汽包水位控制、保護信號用。單室平衡容器原理差壓式水位計測量原理：從汽包汽側(cè)取樣孔引一管至平衡容器，進入平衡容器的飽和蒸汽不斷凝結(jié)成水，多余的水由于溢流原理自取樣管流回汽包，使平衡容器內(nèi)的水位保持恒定。因此，差壓變送器的正壓頭由于平衡容器有恒定的水柱而維持不變，負壓頭則隨著汽包水位的變化而變化。為了避免汽包水位變化時，影響平衡容器內(nèi)水位變化，而影響汽包水位測量的準確性，容器的面積應(yīng)足夠大。根據(jù)公式：P=ρghP+=P汽包+ρ3gLP-=P汽包+ρ2g（L-H）+ρ1gHP+-P-=ρ標準gΔP即汽包液位=H-H0=其中：ΔP為水位計測的壓差，單位為毫米水柱ρ1為汽包內(nèi)飽和水的密度ρ2為汽包內(nèi)飽和蒸汽的密度ρ3為平衡容器內(nèi)水的密度ρ標為標準大氣壓下水的密度L為差壓水位計上下兩個取樣點間的距離H0為汽包零刻度線至下取樣點的距離

因為差壓水位計所傳輸?shù)氖遣顗盒盘?，所以汽包水位需?jīng)過上述公式計算后方可得出，其中的水與蒸汽的密度可通過查表得出。20由于汽水密度都是隨壓力改變的，因此同一汽包水位在不同的壓力工況下所產(chǎn)生的壓差是不同的。試驗結(jié)果顯示：在大氣壓下，汽包水位到汽側(cè)取樣孔時，壓差最小，等于零；降至水側(cè)取樣孔時，壓差最大，等于760mmH2O。因此，測量汽包水位的變送器量程為760～0mmH2O，即是汽水側(cè)取樣孔之間的距離。隨著汽壓的升高，同樣的汽包水位變化量所對應(yīng)的壓差變化量減小。汽包水位變化土250mm，大氣壓下壓差變化500mmH2O，壓力升到9Mpa時壓差變化為329mmH2O，升高到18Mpa時，壓差變化僅為205mmH2O，而且水位越高，受壓力的影響越大，水位越低受的影響相對較小。因此，壓力的變化會給水位的測量帶來相當大的誤差，但該誤差只是因為壓力的變化而產(chǎn)生的，所以，在差壓式水位計的測量回路中加入壓力和溫度修正，可以將壓力引起的測量誤差消除。補償雙室平衡容器雙室平衡容器是一種結(jié)構(gòu)巧妙，具有一定自我補償能力的汽包水位測量裝置。它的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。在基準杯的上方有一個圓環(huán)形漏斗結(jié)構(gòu)將整個雙室平衡容器分隔成上下兩個部分，為了區(qū)別于單室平衡容器，故稱為雙室平衡容器。為便于介紹，這里結(jié)合各主要部分的功能特點，將它們分別命名為凝汽室、基準杯、溢流室和連通器，另外文中把雙室平衡容器汽包水位測量裝置簡稱為容器。凝氣室：理想狀態(tài)下，來自汽包的飽和水蒸汽經(jīng)過這里時釋放掉汽化潛熱，形成飽和的凝結(jié)水供給基準杯及后續(xù)環(huán)節(jié)使用?；鶞时核淖饔檬鞘占瘉碜阅业哪Y(jié)水，并將凝結(jié)水產(chǎn)生的壓力導出容器，傳向差壓測量儀表——差壓變送器（后文簡稱變送器）的正壓側(cè)?；鶞时娜莘e是有限的，當凝結(jié)水充滿后則溢出流向溢流室。由于基準杯的杯口高度是固定的，故而稱為基準杯。連通器：倒T字形連通器，其水平部分一端接入汽包，另一端接入變送器的負壓側(cè)。毋庸置疑，它的主要作用是將汽包中動態(tài)的水位產(chǎn)生的壓力傳遞給變送器的負壓側(cè)，與正壓側(cè)的（基準）壓力比較以得知汽包中的水位。它之所以被做成倒T字形，是因為可以保證連通器中的介質(zhì)具有一定的流動性，防止其延伸到汽包之間的管線冬季發(fā)生凍結(jié)。連通器內(nèi)部介質(zhì)的溫度與汽包中的溫度很可能不一致，致使其中的液位與汽包中不同，但是由于流體的自平衡作用，對使汽包水位測量沒有任何影響。差壓的計算通過前面的介紹可以知道，凝汽室、基準杯及其底部位于容器內(nèi)部的導壓管中的介質(zhì)溫度與汽包中的介質(zhì)溫度是相等的，即γw=γ`w，γs=γ`s。故而不難得到容器所輸出的差壓。本文以東方鍋爐廠DG670-13.73-8A型鍋爐所采用的測量范圍為±300mm雙室平衡容器為例加以介紹（如圖1所示）。通過圖1可知，容器正壓側(cè)輸出的壓力等于基準杯口所在水平面以上總的靜壓力，加上基準杯口至L形導壓管的水平軸線之間這段垂直區(qū)間的凝結(jié)水壓力，再加上L形導壓管的水平軸線至連通器水平軸線之間，位于容器的外部的這段垂直管段中的介質(zhì)產(chǎn)生的壓力。顯而易見，其中的最后部分壓力，由于其中的介質(zhì)為靜止的且距容器較遠，因此其中的介質(zhì)密度應(yīng)為環(huán)境溫度下的密度。因此通過圖1可知，容器正壓側(cè)輸出的壓力等于基準杯口所在水平面以上總的靜壓力，加上基準杯口至L形導壓管的水平軸線之間這段垂直區(qū)間的凝結(jié)水壓力，再加上L形導壓管的水平軸線至連通器水平軸線之間，位于容器的外部的這段垂直管段中的介質(zhì)產(chǎn)生的壓力。顯而易見，其中的最后部分壓力，由于其中的介質(zhì)為靜止的且距容器較遠，因此其中的介質(zhì)密度應(yīng)為環(huán)境溫度下的密度。因此P+=PJ+320γw+(580－320)γc式中P+——容器正壓側(cè)輸出的壓力γw——容器中的介質(zhì)密度（γw=γ`w）γc——環(huán)境溫度下水的密度PJ——基準杯口以上總的靜壓力負壓側(cè)的壓力等于基準杯口所在水平面以上總的靜壓力，加上基準杯口水平面至汽包中汽水分界面之間的飽和水蒸汽產(chǎn)生的壓力，再加上汽包中汽水分界面至連通器水平軸線之間飽和水產(chǎn)生的壓力，即P－=PJ+(580－h(huán)w)γs+hwγw式中：P－——容器負壓側(cè)輸出的壓力hw——汽水分界線至連通器水平管中心線之間的垂直高度γs——汽包中飽和水蒸汽的密度因此差壓ΔP=P+－P－=320γw+260γc－(580－h(huán)w)γs－h(huán)wγw即ΔP=260γc+320γw－580γs－(γw－γs)hw（1）27

鍋爐啟動初期控制汽包水位為什么應(yīng)以云母水位計和電接點水位計為準？

這是因為就地云母水位計是根據(jù)連通管原理直接與汽包連通，它不需要媒介和傳遞，直觀而可靠地指示汽包水位。電接點水位計是根據(jù)汽和水的導電率不同的原理測量水位，指示值不受汽包壓力變化影響。而其他水位計如差壓型低置水位計由“水位、差壓”轉(zhuǎn)換裝置等組成，轉(zhuǎn)換裝置包括熱套管、正壓室、漏斗傳壓管等，在啟動初期由于正壓室還未充滿飽和水時，就不能正確反應(yīng)汽包內(nèi)水位。所以，啟動初期應(yīng)以云母水位計和電接點水位計為準，控制汽包水位。汽包水位保護29301、汽包水位三只變送器，經(jīng)過壞點判斷，轉(zhuǎn)換成高三