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差压变送器在干熄焦锅炉汽包液位测量中的应用
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差压变送器在干熄焦锅炉汽包液位测量中的应用

时间:2016-12-08

【摘要】采用平衡容器加差压变送器的方式测量干熄焦锅炉汽包液位时,差压变送器的测量范围及迁移量均按正常运行时工作压力汽包内的饱和蒸汽密度和饱和水密度计算求得。实际上,从开工到正常运行,汽包压力是从零逐渐达到设计压力的,而汽包内的饱和蒸汽密度和饱和水密度随压力变化很大,因此,汽包水位的测量会产生很大的误差,误差随压力降低而越来越大。通过补偿公式及线性回归方程,提出对汽包水位测量的压力补偿方法,并在实践中取得良好的效果。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

        干熄焦锅炉是利用吸收红焦显热的高温循环气体加热产生额定参数蒸汽的特殊锅炉。锅炉汽包液位是干熄焦运行时的重要参数,液位过高影响蒸汽品质,液位过低容易引发安全事故,因此干熄焦锅炉液位测量的准确性尤为重要。现大多数干熄焦锅炉汽包液位采用双室平衡容器加差压变送器的方法测量。双室平衡容器结构本身具有补偿功能,但是在干熄焦开工初期,或是锅炉没有达到设计工况时,液位计测量出来的液位随汽包压力变化会与实际液位有较大偏差。采用密度补偿公式能使液位计在不同的工况下都保证良好的精确度。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

1 平衡容器液位测量原理lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

液位测量原理图lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器
        液位测量原理如图1 所示。差压变送器负压侧产生的压力为,凝汽室静压与饱和水产生的压力及环境温度下的水产生的压力之和。差压变送器正压侧产生的压力为,凝汽室静压与汽水分界面至基准杯口饱和蒸汽产生的压力及连通器中饱和水产生的压力之和。在干熄焦锅炉正常运行时,负压侧产生的压力为定值,正压侧产生的压力随连通器中饱和水高度的变化而变化。根据压强公式P = Hρg 可知,测量出来的差压即可转换为液位高度。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器
        差压变送器正压侧压力为:QQ截图20161208135745.jpglDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

        微差压变送器负压侧压力为:QQ截图20161208142901.jpglDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

        式中: P +为平衡容器正压侧输出压力,Pa; P -为平衡容器负压侧输出压力; ρ2为环境温度下水的密度,kg /m3 ; ρ3为饱和蒸汽密度,kg /m3 ;Hf为汽包中汽水分界面至连通器水平轴线之间的高度,m; g 为9. 8m/s2。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

        微差压变送器测出的差压ΔP:QQ截图20161208142907.jpglDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

        工程设计时往往根据设计压力查表得出ρ1、ρ2、ρ3,再代入( 3) 式计算出差压ΔP 与液位的关系式。此种做法在锅炉按设计压力运行时液位是准确的。但是,从开工到设计压力过程中( 0 ~ 11MPa) ,饱和蒸汽及饱和水的密度是变化的,据初步计算,饱和水密度非常大偏差可达283kg /m3,饱和蒸汽密度非常大偏差可达60kg /m3,液位( 0 ~ 0. 6m) 测量误差非常大可达0. 3m。当然,环境温度下水的密度ρ2从开工到设计压力变化不大,可看做常数。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

        开工初期,例如温风干燥期间,锅炉汽包压力往往只有2. 5MPa 左右,再如蒸汽送发电时,管道吹扫期间,压力为6 ~ 8MPa,此时的ρ1、ρ3是随汽包压力而变化的,即在不同汽包压力下,ΔP 是一个变化值,ΔP 与液位的关系式也就不能满足准确测量的要求。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

2 误差分析lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器
下面以某干熄焦项目锅炉为例,分析液位做压力补偿前后的误差。该锅炉H1 = 0. 2545m,H2 = 0. 2455m,将H1、H2代入式( 3) 得:QQ截图20161208142915.jpglDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

锅炉汽包设计压力为11MPa,查饱和蒸汽密度表可知: ρ1 = 675kg /m3,ρ2 = 1003kg /m3 ( 按20℃) ,ρ3 = 61kg /m3,Hf的变化范围为0 ~0. 6m,代入式( 4 ) 得ΔPmax = - 187. 4Pa,ΔPmin = - 3797. 7Pa。微差压变送器的量程设置为- 3797. 7 ~ - 187. 4Pa。控制系统做差压与液位的对应关系为: - 3797. 7Pa 对应0m, -187. 4Pa 对应0. 6m。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

        高压蒸汽管道吹扫期间,锅炉汽包压力为8. 5MPa,此时查饱和蒸汽密度表可知,ρ1 =716. 6kg /m3,ρ2 = 1002kg /m3 ( 按20℃) ,ρ3 =44. 6kg /m3。再代入式( 4 ) 得ΔPmax = -28. 08Pa,ΔPmin = - 3979. 4Pa。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

        当锅炉汽包压力为8. 5MPa 时,以实际液位Hf = 0. 1 为例,计算差压ΔP = - 3320. 88Pa,控制系统仍然按照- 3797. 7 ~ - 187. 4Pa 的差压计算的话,ΔP = - 3320. 88Pa 所对应的液位为H'f= 0. 079m,可知由压力引起的误差为0. 021m。此误差会随着压力的降低越来越大,因此采用密度补偿变得尤为重要。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

3 密度补偿及应用效果lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器
3. 1 密度补偿lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器
通过式( 4) 推导出此项目密度补偿公式QQ截图20161208142925.jpglDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

此项目以汽包中心线为液位计零点,因此得QQ截图20161208142932.jpglDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

        式中: Hs为汽包中汽水分界面相对液位零点的高度,m。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器
        由于ρ2为环境温度下水的密度,它随压力变化非常小,可认为是常数,文中ρ2取1000kg /m3。从式( 6) 可知,Hs是随ρ1、ρ3变化的函数,而ρ1、ρ3又是根据不同的压力查饱和蒸汽密度表所得,由于补偿公式要输入控制系统,实时查表工程量比较大,工程中通过查表对ρ1、ρ3做出随汽包压力P变化的线性回归方程如图2、3 所示。图2 饱和蒸汽密度随汽包压力变化的关系式lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器
        将线性方程ρ1 = - 18. 97P + 878. 6,ρ3 =5. 635P - 2. 791 代入( 6) 式可得液位高度随差压变送器测出的差压ΔP 及锅炉汽包压力P 变化的函数。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

QQ截图20161208142942.jpglDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

将式( 7) 编进控制系统程序即可。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

饱和蒸汽密度随汽包压力变化的关系式饱和水密度随汽包压力变化的关系式lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

3. 2 应用效果lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器
        当锅炉汽包压力P = 8. 5MPa 时,以实际液位Hf = 0. 1 为例,计算差压ΔP = - 3320. 88Pa,Hf = 0. 1m 是液位至连通器水平轴线的高度,转化为以汽包中心为零液位的高度H's = - 0. 2m 。将P = 8. 5MPa、ΔP = - 3320. 88Pa 代入式( 7) 得lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

QQ截图20161208143038.jpglDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

        此式误差为0. 0009m,相比不做补偿的误差0. 021m 已经减少了很多。文中线性回归方程是从2MPa 开始的,线性拟合度相对较差,如果汽包压力经常处于更高的压力,设计时可根据需要,修改补偿起始点,这样测得结果误差会更小。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

4 结语lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器
        干熄焦锅炉汽包压力从开工到设计工况的过程变化很大,通过密度补偿方法能提高液位计的适用范围,有效提高测量精度。对某干熄焦锅炉汽包液位进行测量,采用补偿后测量准确度在1%以内,与就地液位计接近,满足工艺生产及安全要求。lDo压力变送器_差压变送器_金沙平台开户网站_温度变送器

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