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液位变送器的误差及投用探讨

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 摘 要:介绍发电机组常用液位变送器的工作原理和投运方法,对机组实际运行中所出现的测量误差进行分析,做出解决方案。

 
1. 引言
        在全国各大发电厂中,自动化程度越来越高,而运用液位计测量、监视容器水位是否合理和准确,对机组运行的自动化投用及安全运行是相当重要的。比如凝汽器水位、锅炉汽包液位、加热器水位、除氧器水位等。在机组刚启动过种中,各种液位测量值变化的幅度和频率相对较大,会给运行人员的操作起到误导做用及影响自动化投入率。所以,对热工调试人员来说,正确调试和投运设备就显得非常重要了。在大型发电厂中,常用的液位计有电容式、差压式、投入式、浮子式、超声波液位变送器等 , 下面对一些典型的测量方法及原理进行分析,举例说明,在实际运用中遇到的问题及投运过程介绍。
 
2. 差压式液位变送器
2.1 工作原理
        差压变送器工作原理就是把液位不断变化的高度差转变成压力差,再通过二次转换,变成 4-20mA 模拟信号远传到 CRT,供运行人员监视。跟据下图,具体分析、写出公式。
差压变送器工作原理图
根据压力计算公式可得如下计算式:
        P+=ρgL P- =ρ2gH+ρ1(L-H)g
所以,得出正负压侧差压计算式如下:
        P= P+ - P- =ρgL-〔ρ2gH+ρ1(L-H)g〕=gL ﹙ ρ-ρ1 ﹚ - gH ﹙ ρ2-ρ1 ﹚
        L:正负压侧取压点之间的距离。 ρ:正压侧测量管内冷凝水密度。
        ρ2:被测量容器内水的密度﹙机组正常运行时﹚。
        ρ1:被测量容器内蒸汽的密度﹙机组正常运行时﹚。
        H:被测量水位的高度。
 
        所以,用上面的差压式变送器测量水位,相对精度较高,有利于机组在正常工况下进行水位调节,有利于热工控制投自动。一般多用于锅炉汽包水位、除氧器水位测量。但也有一定因素对其测量的准确度构成影响。
 
2.2 影响因素和解决方法
2.2.1 压力影响及解决办法
        机组启动或停运时,水位变化较大,同时被测容器内的压力也相对变化较大,当水位较高时,容器内的压力相对也较高,特别是负压则 P- 压力值变化很大,同时会引起△ P 跟着变化,但是 ρ1和 ρ2 变化率是不一样的,而且变化方向相反,水位 H 升高时,P-随容器工作压力的下降而增大,△ P 就会减小,水位测量发生正误差。然而,水位 H 较低时,影响不是很大。解决办法如下:
        (1) 利用 DCS 功能进行自动补偿,根据工作压力与﹙ ρ2-ρ1﹚之间的关系,对输出的差压值进行修正计算,就是采用数字计算进行补偿。
        (2) 在正压则增加扩展容器与被测平衡容器联通,使正压侧头部始终保持充满饱和蒸汽,不断吸收饱和蒸汽冷凝时释放出来的气化热能,这样可以确保正压侧测量管内的温度与负压侧相对保持温度一致,不会导致温度相差太大,这样,就可以保证汽水密度变化率相对平衡。
 
2.2.2 温度影响及解决办法
        在大多电厂里,差压变送器的正负测量管路引出的都较长,常温下,测量管路向外散热快,且是离取压点越远,温度相对越低,引起温度从上至下分部不均,导致压差转换偏差,水位显示基本上是偏低的。根据环境不同,影响也不同,在我国南方相对影响较小,但在北方,特别是冬季,影响特别明显,所以,只能对测量管路进行保温处理才能解决问题。保温时应注意以下几点:
        (1) 在我国南方如广东,基本上不需要保温,一年四季温度相对较高,只需把差压变送器安装在保温箱中就行,设罝加热装罝,一但遇到天气突发降温,就投入加热装罝 ;(2) 在我国中部地区,要进行仪表管路保温,但是,千万不能把测量筒、扩展容器保温,否则蒸汽无法冷凝成水,导致测量水位输出不稳定,CRT 显示跳变 ;(3) 在北方,如北京、宁夏等地,仪表管路一定要保温,而且要加装伴热带,同时变送器要安装在保温箱中,保温箱内也要加装加热温控器。
 
2.3 冷态时的投用方法及注意事项
2.3.1 投用前确认正负压管路无交叉,一次阀、二次阀、排污阀全部关闭,平衡阀打开。
2.3.2 对照双色水位计或磁翻板,找水位中心点相对位置、做好标记和记录。
2.3.3用卷尺测量实际量程,确保变送器量程设罝与CRT一致。
2.3.4 一定要等容器冲洗结束后,才能开始第一次投运,避免水脏,堵死管路。
2.3.5 待容器满水后,先打开正负压侧一次阀,再开排污阀,等排出的水干净后,关排污阀,开二次阀,给测量管注水,此时,最好把正压侧变送器排气孔稍开一点,同时用工具轻击管路,减少气泡存于管路中。注水结束后用万用表测量变送器输出电流,如与4mA 相差较大,说明测量管水没注满,应继续注水。
 
2.3.6 测量筒如果有排气阀或孔,可人工注水。
2.3.7 从凝结水引一路管子连到测量筒的注水口,可稳定自动注水(适合除氧器、凝汽器、低压加热器采用差压液位变送器测量时所用)。
2.3.8 待水注满后,关闭平衡阀,此时变送器已投运。让操作员给被测容器放水,若电流输出下降,说明变送器投运成功。
2.3.9 机组运行过程中,注意巡检,确保排污阀、各接头连接处无渗漏。
 
2.4 热态时的投用方法及注意事项
        机组运行时,特别是高温、高压下,液位经常会跳变、不准等情况,此时,就需重新投运变送器。首先要解除水位逻辑保护。
        2.4.1 液位显示跳变,一般可用以下方法消除:
用小活口扳手,分别把差压变送器正负排气孔慢慢打开一点,进行排汽,可看到有白色、乳白色气泡流出。再对正负压侧进行排污,排污时间不能太长,以免损坏阀芯。重新投运时,先投负压,再投正压,但间隔不能太长,以免变送器感压元件或平衡阀阀芯损坏。
        2.4.2 液位显示偏差,可能原因:
        (1) 测量管正、负压侧各连接头或排污阀有渗漏 ;(2) 变送器感压单元损坏 ;(3) 变送器平衡阀阀芯损坏 ;(4) 变送器量程与 CRT 不一致 ;(5) 零点飘移 ;(6) 信号回路绝缘下降。
 
2.5 实际投运案例
        北京草桥二期锅炉高、中、低压汽包液位采用 4 只差压变送器及一只双色水位计测量,变送器安装在汽包下一层保温箱内,当锅炉水冲洗干净后,第一次投用时(正负取压管都没有保温),变送器投用正常(这之前,正负压管路确认无交叉,对照双色水位计,水位中心点、量程等都已拉过水平、测量并做好记录)。但是慢慢的,水位开始偏差大。消缺时,发现部份排污阀关不死或内漏,处理后问题解决。
 
        但在机组点火、升温升压后,水位开始跳变,重新投用,问题依旧。重新检查管路,发现从取压点至排污阀所有管路全部保温(北方冬季气温低,业主要求管路保温),正压管水蒸汽无法顺利冷凝,导致水位跳变,拆除正压测量筒保温后问题解决。
 
3. 电容式液位计
3.1 工作原理
        电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入盛液容器内,金属棒作为电容的一个极,容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数 ε1 和液面上的介电常数 ε2 不同,比如:ε1>ε2,则当液位升高时,电容式液位计两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降,ε 值减小,电容量也减小。
 
3.2 校验及投用注意事项
        电容式液位计主要是对液位的零点和满度对行标定,当容器液位为零时,把电容式液位计输出信号设为 4mA,对应零液位。把被
测容器注满液位,输出信号设为 20mA,对应满液位。电容式液位计根据厂家及型号的不同,具体参数设罝也不同,只要严格根据厂家资料设罝,正常投用时,测量是比较准确的。
 
3.3 实际投运案例
        北京草桥项目二期,主油箱油位采用西门子生产的 E+H、型号FMI51 电容式液位计测量,开始没按要求标定,因主油箱注油、排油麻烦,且油位尺度不易把握,只对油箱不为零时进行标定,结果测量误差较大,最后,我们做了一只小容器,容器内注满从油箱取来的润滑油,按照说明书要求,把液位计放进容器内,模拟油箱油位标定零位和满度后问题解决。
 
4. 结束语
        通过以上对液位计的投用分析、解决问题的方法,证明所做的分析和解决问题的方法是正确的,对以后的工作起到了一定的借鉴做用,使今后的工作少走弯路。

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