浅谈影响汽包水位测量的因素及对策

孙原明

摘要：本文阐述了单室平衡容器式汽包水位计的工作原理，分析了汽包水位测量误差产生的各种因素，介绍了汽包水位测量信号的温度、压力修正方法及其应用情况，并提出了水位测量装置的安装、调试及运行维护的重点要求。

关键词：单室平和容器；汽包水位；误差分析；技术规范

1 前言

汽包水位过高或剧烈波动会影响汽水分离效果，造成蒸汽中含水过多，蒸汽品质变差，严重时会使汽轮机受到水冲击，发生动静摩擦、叶片损坏等恶性事故；水位过低会引起排污失效，炉内加药进入蒸汽，严重时会引起下降管带汽，影响锅炉水循环，造成炉管大面积爆裂。因此，汽包水位是影响机组安全运行的一个重要参数，而实现汽包水位的准确测量是保障单元机组安全稳定运行的前提条件。

2 汽包水位测量装置的介绍

目前电厂常见的汽包水位测量装置有双色水位计、电接点水位计和差压式水位计三种，其中双色水位计与电接点水位计均是基于连通器原理工作的，用于水位监视；差压式水位计则是将水位高度的变化转换成差压的变化实现水位测量的，用于汽包水位保护和给水自动调节，因此，其测量的准确性直接关系到锅炉的安全运行与经济指标，本文将以我厂的外置单室平衡容器式汽包水位测量装置为例，阐述单室平衡容器式汽包水位计的工作原理，分析汽包水位测量误差产生的各种因素，并探讨提高水位测量准确度的技术措施。

3 测量误差分析

差压式水位计由单室平衡容器、差压变送器及配套的仪表管路、阀门组成，其中单室平衡容器是实现水位与差压转换的核心部件，其转换原理如图3-1所示，具体如下：锅炉正常运行时，汽包内的蒸汽在平衡容器内不断的凝结，形成参比水柱，当平衡容器内的水面升高时，凝结水通过汽侧连通管溢流回汽包，降低时，由蒸汽凝结水来补充，只要单室平衡容器汽水交换良好，就能保证参比水柱的高度恒定。当参比水柱的密度也确定时，正压管中输出压力就为定值。而负压管与汽包是连通的，因此，负压管中输出的压头变化就能反映汽包水位变化。

根据流体静力学原理，当汽包水位在水位H时，平衡容器输出的差压值△P为：

△P=（ρa-ρs）gL-（ρw-ρs）gH 公式（3-1）

式中：ρa为平衡容器内凝结水的密度；

ρs为汽包内饱和蒸汽的密度；

ρw为汽包内饱和水的密度；

L为平衡容器内汽水平衡时参比水柱高度，也是平衡容器正、负取压口之间的距离；

H为汽包的实际水位。

根据公式3-1可以看出，汽包水位与差压之间不是一个简单的线性函数关系，会受到平衡容器内凝结水的密度、汽包内饱和蒸汽密度和饱和水密度影响，这些参数发生变化时，就会导致汽包水位与差压之间的函数关系发生变化，产生测量误差。汽包内饱和水密度和饱和蒸汽密度受汽包压力影响较大，当汽包压力变化时，饱和水的密度和饱和蒸汽密度也会发生变化，导致水位指示发生较大误差。

平衡容器内凝结水的密度受参比水柱温度影响较大，由于平衡容器向外散热，平衡容器及参比段内的凝结水温度由上至下逐步降低，且温度分布不确定，参比水柱温度很难确定，导致平衡容器内凝结水的密度也很难确定，工程上为了实现水位测量，常用环境温度所对应的密度来代替，就会导致产生测量误差。为了验证环境温度变化对汽包水位测量的影响，假定以汽包压力为17MPa，L为600mm，环境温度为40℃为基准，当实际环境温度发生时，计算水位测量偏差，其结果如表3-1所示：

从表3-1可知，如果参比水柱的设定温度为40℃，当参比水柱的实际温度达到80℃时，水位测量误差为33.2mm，达到120℃时，水位测量误差为91.4mm。由此可见，若不对参比水柱进行温度补偿，或者设定为一个固定的温度进行补偿，就会导致水位测量不准。

4 解决方法

为了实现汽包水位的准确测量，除了要采用汽包压力和环境温度修正外，还要做好汽包水位测量装置的安装、维护工作，下面将介绍汽包水位修正方法并探讨水位测量装置的安装、维护的技术要求和注意事项。

4.1 水位修正

工程上常采用汽包压力和环境温度来修正汽包水位信号，以消除或减小汽包压力和参比水柱温度变化对测量的影响，将参比水柱温度近似为室温，在测量平衡容器差压信号的同时，测量汽包压力信号，根据饱和水及饱和蒸汽性质表，得到该压力下对应的饱和蒸汽和饱和水的密度，并系带入公式3-1，即可实现汽包水位测量信号的压力修正。

采用汽包压力和环境温度进行水位修正的方法在工程上较为普遍，不再详细叙述，下面重点探讨水位测量装置的安装、维护的技术要求。

4.2 安装、维护要求

汽包水位测量装置安装主要对安装距离、水位基准线、引压管的坡度方向、保温及伴热管线敷设等方面提出要求，具体如下：单室平衡容器在选型时应采用容器为300～800ml、直径约为100mm的球体或球头圆柱体，若是选用的平衡容器容积过小，会造成容器内液面高度波动过大而影响测量；单室平衡容器应垂直安装，保证其零刻度线与汽包零水位线处在同一水平上，注意汽包零水位线是机组运行时，汽包水位实际应在的高度，切不可和汽包几何中心线混为一谈；水位测量装置的取样孔应相互独立，取压口间距尽量大些，以减小水位测量装置间的相互影响，切不可采用加连通管的方法增加取样点；取样管路敷设坡度应大于1：100，做到一次门前的汽侧取样管应使取样孔侧低，水侧取样管应使取样孔侧高，确保平衡容器和汽包之间汽水交换正常，参比水柱的高度恒定；为防止在阀门处发生“气塞”或“水塞”，导致压力传导不畅，取源阀门应水平安装；单室平衡容器及参比水柱所在的管道不应采取保温措施，平衡容器水平引出管尽量长些，有利于参比水柱温度接近室温，减少测量误差；取样管路保温不正确也会影响测量，应将正、负压侧取样管共同保温，且保证两根取样管介质没有温差，因为正、负压侧取样管内介质有温差时，就会导致因密度不同而产生压力差，影响水位测量。总之，在安装水位测量装置时，处理好这些细节问题，是保证汽包水位准确测量的前提条件。

总之，要达到汽包水位测量准确的效果，既要设定适当的环境温度做好水位修正，更要在设备细节上下功夫，分析误差产生的原因并进行消除。

5 总结

本文以我厂的单室平衡容器式汽包水位测量装置为例，从该装置的工作原理入手分析影响汽包水位测量的各种因素，介绍了汽包水位温度、压力修正方法，并探讨了水位测量装置的安装、调试及运行维护的重点要求，以提高汽包水位测量的准确度。

参考文献：

[1]侯子良，刘吉川，侯云浩，吕锡江.锅炉汽包水位测量系统，中国电力出版社，2005.

[2]DL/1393—2014.電力建设施工技术规范第4部分：热工仪表及控制装置.中国电力出版社，2014.