双室平衡容器在汽包水位测量中的应用及其动态补偿

姜东旭

(北方联合电力兴安热电有限责任公司，内蒙古 乌兰浩特 137400)

双室平衡容器在汽包水位测量中的应用及其动态补偿

姜东旭

(北方联合电力兴安热电有限责任公司，内蒙古 乌兰浩特 137400)

结合现场实际情况，对双室平衡容器测量汽包水位的原理和方法进行分析和论述。根据双室平衡容器测量原理及工作特性，论述了其在汽包水位测量过程中的温度、压力补偿与修正的方法和步骤，同时引入了汽包水位测量的动态补偿方法，可以减小测量过程中由于运行参数变化造成的测量误差，提高汽包水位测量的准确度。

双室平衡容器;水位测量;动态补偿

汽包水位测量是汽包锅炉运行控制中的重要参数，双室平衡容器具有结构简单、运行稳定、价格较低等优势，具有一定的补偿能力，在汽包水位测量中一直被广范采用。若对双室平衡容器及其测量原理与补偿等方面缺乏充分了解，会在测量过程中产生较大误差，甚至造成严重后果。由于测量结果受汽包温度、压力及环境温度影响较大，为了消除运行参数变化对测量的影响，更准确地测量汽包水位，引入了一种动态补偿方法。

1 双室平衡容器

双室平衡容器是具有一定自我补偿能力、结构简单的汽包水位测量装置，如图1所示。在基准杯上方有一个环形漏斗将平衡容器分割成两部分，故称双室平衡容器。

1.1 工作原理

正压头连接导管将来自汽包的饱和蒸汽引入平衡容器并释放汽化潜热，凝结成饱和水，由导流盘引入基准杯。基准杯将凝结水所产生的压力通过导管传递给差压测量仪表——差压变送器的正压侧。凝结水充满基准杯后，溢出流入溢流室使基准杯中凝结水的液面高度保持衡定，如图1所示。

图1 双室平衡容器测量原理图

溢流室中过剩的凝结水通过导管引入锅炉下降管，为保证溢流室与下降管间具有一定差压，下降管开孔高度与基准杯高度差一般大于10 m。同时，饱和蒸汽在容器内凝结所释放的热量，对整个平衡容器加热，使平衡容器的温度接近于汽包内温度。负压侧的⊥形连通器，水平部分一端与汽包相连，另一端与变送器的负压侧相连。差压变送器通过测量正、负压侧的压力差，得出汽包水位值。采用⊥形连通器保证了液体具有一定的流动性，并能够与平衡容器内的温度保持一致。

1.2 “水位—差压”转换关系计算

兴安热电公司采用江苏太仓仪表厂B67H-250双室平衡容器，正压侧 (P+)的压力为汽包的静压力、基准杯口至L形导压管的水平中心线间凝结水所产生的压力和L形导压管的水平中心线至⊥形连通器水平导管水平中心线之间凝结水所产生的压力之和;负压侧 (P-)的压力为汽包的静压力、基准杯口水平面至汽包中汽水分界线之间的饱和蒸汽产生的压力和汽包中汽水分界线至⊥形连通器水平导管水平中心线之间凝结水产生的压力。平衡容器输出的压差ΔP为

式中 P+——平衡容器正压侧输出压力;

P-—平衡容器负压侧输出压力;

ρw——饱和水密度;

ρs——饱和蒸汽密度;

ρc——环境温度下水的密度;

H0——汽水分界线至连通器水平管中心线之间的垂直高度;

l——基准杯口至L形导压管水平中心线的距离;

L——基准杯中至⊥形连通器导管水平中心线的距离。

将图1所标注尺寸代入式 (1)可得:

式 (2)中的ρc随环境温度而变化，所以它不是一个恒定值，一般情况下，当环境温度变化30℃左右时，经补偿对汽包水位的影响在3.3～7 mm，由于兴安热电公司为室内锅炉，在锅炉正常运行时，全年的温度不超过10℃，如果是室外锅炉一年当中环境温度在0～50℃变化，当温度从0℃升至25℃时，环境温度变化对水位测量结果的影响只有1.4 mm左右;当环境温度由25℃升至50℃时，环境温度变化对水位测量结果的影响在3.3～7 mm。这是因为水的密度随着环境温度的升高，变化的梯度越来越大，所选定的温度越高，环境温度变化对水位测量结果的影响越小。为了减小误差，应合理选定这一温度，尽量高一些，本文将环境温度定为35℃。

2 建立双室平衡容器补偿公式

作为差压式水位计，测量前应首先确定差压变送器的量程。变送器量程是由平衡容器的测量范围、零水位所在的位置以及补偿的起始点决定的。本文以B67H-250双室平衡容器为例，其测量范围为±300 mm，汽包水位的零点位于连通器水平管轴线上335 mm处。因此，式 (2)中H0的上、下限分别为635 mm和35 mm。采用压力补偿方式，查饱和蒸汽、饱和水密度表，将100℃的饱和蒸汽与饱和水的密度代入式 (1)，再分别将635 mm和35 mm代入式 (2)可得:

变送器量程确定后，可确定补偿的函数关系式。由式 (2)可得:

式 (5)为最终的双室平衡容器补偿公式，可见它是一个静态的补偿，ρw、ρs是在汽包额定参数下饱和水、饱和蒸汽的密度 (可通过饱和水、饱和蒸汽密度表查到)，是固定值。当汽包压力偏离额定值时，测量会产生误差，特别是当机组滑参数启动时，误差更大。为进一步提高水位测量的准确性，消除汽包压力变化引起的测量误差，可以采用动态补偿的方式。

3 动态补偿

饱和蒸汽、饱和水密度随压力变化的规律［2］如图2所示，ρw、ρs和压力之间的关系都不呈线性，因此，在不同的压力变化范围内，ρw、ρs值也不一样。可以利用折线函数将汽包压力与密度的关系分成几段来逼近实际值。以兴安热电公司锅炉及控制系统为例说明汽包水位的动态补偿。

表1 不同压力下饱和蒸汽与饱和水的密度

图2 饱和蒸汽、饱和水密度与汽包压力的关系

兴安热电公司采用的DCS系统是北京和利时公司的“MACSV系统”，利用“MACSV系统”所提供的内部折线函数功能块“HSCHARC”，能很方便地实现饱和蒸汽、饱和水密度随汽包压力而变化。I1为输入端，AV为输出端。查《饱和蒸汽、饱和水密度表》可得不同压力下饱和蒸汽与饱和水的密度［3］。

将汽包压力分为10个区间，0～2，2～4，4～6，…，12～13，所对应的饱和水、饱和蒸汽密度如表1所示，各分段区间可近似认为是线性关系。压力与饱和水或饱和蒸汽的密度之间就形成了一个函数关系，用x和y来表示，即y=kx，y为饱和水或饱和蒸汽的密度，x为压力。可用10段折线来表示，这样每个区间段可以近似看成线性直线关系，只是斜率k不同。函数就可以根据x值的不同，来自动选择相应的k值并计算出y值。首先利用CFC语言，定义一个程序名称 (CBSWBC)，选择折线函数模块并定义为 HSCHARC-1、HSCHARC-2。然后再对其变量进行赋值。

HSCHARC-1:HSCHARC:=(PS:=11，x:=0，2，4，6，8，10，10.5，11，11.5，12，13， y:= 957.85， 850.34， 798.72， 758.15，722.54， 688.71， 680.27， 671.59， 663.75，654.88，638.16)

HSCHARC-2:HSCHARC:=(PS=11，x:=0，2，4，6，8，10，10.5，11，11.5，12，13，y:=0.598， 10.101， 20.104， 30.833， 42.510，55.439，58.90，62.481，66.177，70.019，78.159)

图3 功能块组态图

功能块组态图如图3所示。

通过上述方法，完成了双室平衡容器汽包水位测量的动态补偿，“BCL10”为补偿后的汽包水位值。在应用过程中应根据生产现场实际情况、所选平衡容器的实际尺寸和工作要求进行计算，如半封闭厂房和全封闭厂房的环境温度及全年的温差都很大，在计算时都要考虑，不可生搬硬套。必要时也可在输出端加系数k，用来补偿系统固定偏差。

4 结束语

汽包水位是锅炉及其控制系统中的重要参数之一，双室平衡容器在汽包水位测量中一直被广泛采用。根据双室平衡容器的工作原理及工作特性，结合现场实际，论述了双室平衡容器在汽包水位测量中补偿系统的建立方法与步骤，同时引入了动态补偿的方法。兴安热电公司运行1年多以来，汽包水位测量较准确，效果良好。

［1］ 陈勤奇，康伦定.热力过程自动化［M］.北京:水利电力出版社，1986.

［2］ 吴永生，方可人.热工测量及仪表［M］.北京:中国电力出版社，2009.

［3］ 高启繁.锅炉汽包水位平衡容器的选型和压力校正问题探讨 ［J］.热力发电，2003，32(9):17-20.

The Application and Dynamic Compensation of the Dual Condensation Chamber in Measurement of Drum Water Level

JIANG Dong-xu
(North United Power Xingan Power Limited Liability Company，Ulanhot，Inner Mongolia 137400，China)

Combined with years of on-site situation，this paper analyzes and discusses the working principles and application methods of dual-chamber equilibrium container drum water level measurement.Based on the measuring principles and operating characteristics of dual-chamber equilibrum container，the paper discusses the methods and procedures of compensation and correction of the temperature and pressure in process of dual-chamber equilibrium container drum water level measurement.At the same time，the paper introduces the method of dynamic compensation for drum level measurement to reduce the measurement errors caused by the changes of operating parameters in the measurement process and further improve the accuracy of drum water level measurement.

Double room balance container;Level measurement;Dynamic compensation

TK222

A

1004-7913(2013)03-0045-03

姜东旭 (1971—)，男，大专，工程师，主要从事电厂热工自动控制方面工作。

2012-11-25)