关于某厂高加水位测量准确性的研究

谢晨宇，夏鹏远

（国家能源集团泰州发电有限公司，江苏 泰州 215300）

某厂一、二期各配置两台百万千瓦机组，机组额定参数以及高加进汽参数较高，对高加水位测量的准确性要求也随之增加。目前四台机组高加均不同程度存在水位不稳、波动大的问题。本文介绍高加水位测量装置及测量原理，分析影响水位测量准确性的因素，期为解决高加水位问题提供参考[1]。

1 某厂水位测量装置介绍

该厂一、二期高压加热器均采用单平衡容器式水位测量装置，每台高加配置3套测量装置，安装位于高加蒸汽凝结段，测量装置包括单室平衡容器和差压变送器。工作原理如图1所示。

图1 单室平衡容器高加水位测量装置的工作原理

高加汽侧水平取样管口接至平衡容器水平引出管，差压变送器正压侧接至平衡容器垂直引出管，高加水侧水平取样管口接至差压变送器负压侧， 差压变送器采用低一运转平台安装布置。最终形成同汽侧取样口等高的水柱并保持不变，高加内水位的变化转变为差压变送器的不同差压，差压经变换后得出高加水位。

注： H 为高加水位； L 为参比水柱高度（平衡容器液面与水侧取样管口中心距离）；aρ为参比水柱密度； P+为差压变送器正压侧压力； P-为差压送变器负压侧压力。

式中：p+为差压变送器正压侧压力；p-为差压变送器负压侧压力；aρ为参比水柱密度； sρ为饱和蒸汽密度； wρ为饱和水密度。由式（1）推导出理论计算高加水位 H 为：

2 实际水位测量方法

经查询实际应用中为简化计算，未考虑压力及温度对密度的影响， 简单的采用水位计算公式为：

可以看出高加水位和差压呈完全的线性关系，且差压越大水位越低。

该厂实际测量方法：

3 水位误差分析

高加就地标刻的水位高低限为-50mm～+50mm，在此范围内可以保证高加安全经济运行。而水位的准确性是精准调节的前提，因此要对水位误差进行分析。

3.1 重力加速度g取值影响

图2 不同重力加速度下水位数值

对比不同重力加速度下几个标志性水位及偏差如表1所示，可见目前的测量方式下DCS显示数值偏高，按照此水位控制会增加高加端差，降低经济性。

表1 不同重力加速度下典型水位对比（mm）

3.2 参比水柱密度影响

因加热器为高压容器，参比水柱密度aρ会随着进汽压力及水的温度变化而变化[1]。二期#1高压加热器设计压力13.3MPa，实际进汽压力1000MW工况下接近10MPa，750MW约为8MPa，500MW约为5MPa。通过查询相关数据得出下表2所列不同温度不同压力下水的密度：

表2 不同温度不同压力下水的密度（kg·m-3）

夏季汽机房环境温度估计50℃左右，计算35℃和50℃两种环境温度不同工况下的水位数值，得出表3。

表3 两种环境温度不同工况下的水位数值（mm）

由数据可以看出环境温度越低，进汽压力越高，水位偏差越小。

3.3 饱和水和饱和蒸汽密度影响

饱和水和饱和蒸汽的密度也随进汽压力变化而不断变化[2]，由理论计算公式可以看出水位和差压不再是单纯的线性关系。而该厂实际计算使用的公式则是将加热器当做常压容器，完全未考虑蒸汽密度影响，饱和水也取的恒定标准密度，势必会导致水位测量失准。通过查找水和水蒸汽性质表得出表4所列不同压力下饱和水密度及饱和蒸汽密度。

表4 不同压力下饱和水密度与饱和蒸汽密度参数（kg·m-3）

利用理论公式（2），g取10m/s2，aρ取标准水密度1000Kg/m3，计算几个典型工况下的水位，与DCS显示数值对比如下表5。

表5 不同工况下高加水位数值（mm）

表5中数据可以看出进汽压力越高，饱和蒸汽和饱和水的密度变化就越大，由此引起的水位偏差也越大。若采用目前的线性转换关系，针对A1高加，不同负荷工况下虽然DCS显示的水位数值相同，但实际水位却相差很大。高加实际水位低于DCS显示的数值，负荷越高偏差越大。若按DCS显示水位控制将会降低高负荷下高加运行的经济性。

3.4 其他因素影响

此外测点安装位置、变送器精度、高加水平度等对水位测量准确度也有影响，只不过影响程度较小，而且也无法做定量的分析，暂不做细致的研究[2]。

4 建议

经过以上误差分析可以得出g的取值、饱和水饱和蒸汽的密度、参比水柱密度是影响高加水位的计算准确度的主要因素。其中饱和水饱和蒸汽密度影响最大，光产生的偏差就超过了高加的水位上下限值。目前的水位测量方法导致DCS显示水位数值偏高，会对运行调整产生误导，影响高加运行的经济性和安全性。故针对上述分析，建议在生产运行中可做以下调整：

（1）对重力加速度g的取值进行调整，与当前地理位置相对应。

（2）饱和水和饱和蒸汽密度对水位计算影响最大，在水位计算逻辑中加入饱和水和饱和蒸汽密度随压力变化的修正函数，将会极大的提高高加水位测量的准确性。

（3）与饱和水和饱和蒸汽密度相比，参比水柱密度对高加水位测量影响较小，可以适当的进行修正。

5 结语

以上分析得出重力加速度取值、饱和水饱和蒸汽密度以及参比水柱密度都是影响水位测量准确性的因素。在不改变测量方式的情况下，只对差压和水位转换计算公式进行优化就可以很大程度上提高水位测量的准确性，简单有效，对高加水位的调整及高加运行的安全性和经济性都有重要的意义。