新型双室平衡容器在汽包水位测量中的应用

王 宝 陈 骏

广东省宝钢特钢韶关有限公司轧钢分厂

新型双室平衡容器在汽包水位测量中的应用

王 宝 陈 骏

广东省宝钢特钢韶关有限公司轧钢分厂

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。下面文中将会对相关内容进行阐述，仅供参考。

汽包水位测量；双室平衡容器；应用

锅炉汽包水位不仅关系到所产生蒸汽的质量，同时也是确保生产安全的重要参数。在工作过程中，采用双室平衡容器测量汽包液位，是因为饱和蒸汽在凝汽室中凝结释放热量，对其中正压补偿管和负压管温度进行补偿，并且平衡容器充分保温，减少了热量损失，由于正确地选择了正压补偿管的高度，在汽包水位一定时，无论汽包内的压力如何变化，正压补偿管的压力与负压管的压力变化值均相等，因而双室平衡容器输出的差压不变。但是传统双室平衡容器的正压侧先于负压侧引出平衡容器，造成正负引压管路在全量程测量范围内温度不一致，从而产生一定的测量误差。

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。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10m。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 特点

1)水面不平稳动能极大的汽水混合物冲击使水面形成漩涡﹑液柱和波浪；汽包压力的波动，则致使水冷壁中水沸腾的起始位置不断发生变化。且水面各点液位分布不均，表现在汽包两端水位低，而中部明显的凸起。2)汽包内加入有除垢药品，致液面表面有泡沫存在。由以上可知：汽包水位是一个典型的较难实现的工艺参数，受到汽包温度﹑压力影响较多，实现准确测量有难度；同时也应知道，片面地追求几台液位计指示完全一致是错误的。

2 新型双室平衡容器

由上述可知，虽然传统双室平衡容器具有自我补偿特性，但想获得准确的测量结果，仍需要进行复杂的温度补偿运算。针对传统双室平衡容器的缺陷和弊端，介绍了一种新型双室平衡容器，其结构如图2所示。与传统双室平衡容器相比，改进后容器的正负压侧同时输出平衡容器，使容器正负引压管路在全量程测量范围内温度保持一致，从而消除了温度对液位测量结果的影响。由图2可知，改进后的平衡容器正压侧和负压侧均由底部引出，保证了正负压侧在同一个温度。

图1 双室平衡容器测量原理图

图2 新型双室平衡容器结构示意

改进后的平衡容器正压侧和负压侧均由底部引出，保证了正负压侧在同一个温度。负压侧压力为：

正压侧压力为：

差压为：因而相对于规定的零水位的汽包液位：

式中：h3— —连通器水平轴到正负压侧引出点的距离，mm。

由双室平衡容器的特点可知，饱和蒸汽在凝结的过程中释放的热量补偿了容器热量的散失，同时通过充分的保温措施可使容器内的温度与汽包内温度保持一致，因而对于特定的汽包，ρw和ρs为定值，又由于h2是容器本身制造尺寸为常数，因而由式可知，改造后的双室平衡容器其测量结果与变送器的差压成线性关系，消除了温度对测量结果的影响。

3 运行中遇到的实际问题

3.1 汽包未连续工作时，液位指示偏差较大

通过观察发现，在汽包启用﹑停止﹑排空时误差较大，表现为和玻璃板参照数值指示偏差大，恢复时间较长，需要人为进行灌水。

3.2 保温对比装置其他类型仪表，发现双室平衡容器对保温需求更高

究其原因，是双室平衡容器对温度变化敏感所致。当容器外部保温较薄时，由于热辐射作用凝汽室内无法维持和汽包内汽水混合物相同的近300度高温，凝结水的速度会加快，自然对流状态依然在进行，但已不能如实反映汽包内的动态平衡过程，测量的准确性大打折扣。建议将平衡容器本体和联通管路均进行保温，厚度和汽包本体保温厚度一致。

3.3 安装在外取热汽包和蒸汽发生器的双室平衡容器的安装方式不同

根据安装要求，双室平衡容器的下放空要接至汽包的下降管上，以保证平衡本体和汽包内的工况一致。如果将其放空误接入汽包的排污线中，当排污线的阀门动作，平衡容器内温度和压力急剧变化无法正常反映液位，只能选用不带有下放空的双室平衡容器或将下放空进行封堵。

通过对双室平衡容器结构﹑工作原理的介绍，推导出容器正负压室的差压计算公式，并通过计算公式证明传统双室平衡容器的自身缺陷及对测量结果的影响；提出了一种新型的双室平衡容器，并证明其测量结果只与变送器的差压有关，且成线性关系，消除了温度对传统双室平衡容器测量结果的影响。实践证明，改进后的双室平衡容器具有很高的实用价值。

[1]吴业飞，时敏.双室平衡容器汽包水位测量及其补偿系统的应用[J].自动化仪表，2004，07：35-39.

[2]仇广金，张鑫，李胜利.新型双室平衡容器在汽包水位测量中的应用[J].石油化工自动化，2016，03：84-86.