發(fā)電廠汽包差壓式水位變送器測(cè)量精度校核計(jì)算方法研究龔峻/周田子/鐘繼貴2（丨。揚(yáng)州第二發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇揚(yáng)州2.東南大學(xué)，江蘇南京2丨96）穩(wěn)定運(yùn)行及汽水調(diào)節(jié)品屑。文章重點(diǎn)對(duì)差壓式水位變送器測(cè)量誤差進(jìn)行了分析，對(duì)因汽包壓力及取樣管溫度引起的水位測(cè)量誤差進(jìn)行了校核計(jì)算，并科學(xué)地提出了適用于發(fā)電廠汽包水位校核計(jì)算及實(shí)際補(bǔ)償?shù)耐ㄓ迷砗驮囼?yàn)方法。

　　概述火力發(fā)電廠運(yùn)行過程中普遍存在汽包水位測(cè)量誤差較大和校核計(jì)算缺乏手段的問題，并嚴(yán)重困擾儀控專業(yè)對(duì)測(cè)量設(shè)備的選擇、安裝、校驗(yàn)及維護(hù)工作。國外有關(guān)汽包水位測(cè)量的國家標(biāo)準(zhǔn)及，包括ANSI及DIN標(biāo)準(zhǔn)也沒有對(duì)差壓式變送器測(cè)量準(zhǔn)確度的校核規(guī)定。根據(jù)原國家電力公司有關(guān)防止鍋爐汽包滿水和缺水事故的政策性條文的要求，本文在揚(yáng)州第二發(fā)電廠引進(jìn)機(jī)組汽包水位差壓式測(cè)量設(shè)備配置的基礎(chǔ)上，在東南大學(xué)有關(guān)專家的支持下，就汽包水位差壓式變送器及取樣裝置安裝、測(cè)量、零位偏差校驗(yàn)、測(cè)量誤差進(jìn)行了詳細(xì)分析，并采用函數(shù)插值法公式對(duì)汽包壓力及取樣管平均溫度造成的水位測(cè)量誤差進(jìn)行了補(bǔ)償校核計(jì)算。

　　1差壓式水位計(jì)的可靠性分析600MW機(jī)組的鍋爐汽包差壓式水位計(jì)每臺(tái)爐共設(shè)計(jì)4臺(tái)，每組2對(duì)取壓管分別布置在汽包的兩端。4臺(tái)水位變送器按二取一、二取二的四冗余邏輯參與鍋爐水位保護(hù)，其中3臺(tái)變送器按三取均邏輯參與給水自動(dòng)控制。美國BW公司設(shè)計(jì)汽包水位差壓變送器取壓方式采用單室冷凝筒式結(jié)構(gòu)，其中正壓側(cè)冷凝器及冷凝器前取樣管水平管全部裸露，被環(huán)境冷卻。冷凝器后正壓側(cè)信號(hào)管及負(fù)壓側(cè)信號(hào)管都有保溫及電伴熱防凍系統(tǒng)，原系統(tǒng)設(shè)定恒定溫度60 *C進(jìn)行溫度補(bǔ)償。為進(jìn)行水位示值的在線溫度補(bǔ)償，可以對(duì)正壓側(cè)信號(hào)管水溫fM進(jìn)行測(cè)量。

　　根據(jù)靜力學(xué)原理，水位（重量水位）H與變送器輸出的差壓信號(hào)A尸的關(guān)系為：火力哀電壓信號(hào)管的長度。運(yùn)行中對(duì)pM、ps、pw進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償。從原理上看，單室平衡容器差壓式水位計(jì)差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換關(guān)系可靠而穩(wěn)定，實(shí)際情況則要進(jìn)行校核計(jì)算。

　　2差壓式水位計(jì)的理論校核計(jì)算2.1不進(jìn)行壓力補(bǔ)償產(chǎn)生的水位示值誤差差壓式水位計(jì)補(bǔ)償計(jì)算采用了Siemens的功能塊CORL.在COR*L中設(shè)定汽包壓力P=16MPa不變，當(dāng)汽包壓力偏離設(shè)定壓力時(shí)則水位計(jì)產(chǎn)生示值誤差。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，設(shè)水位計(jì)正壓信號(hào)管水溫度fM=100'C，用中間水位h=601mm為例計(jì)算示值誤差A(yù)、。

　　按照差壓式水位計(jì)工作原理：水位/z=601mm時(shí)差壓裝置產(chǎn)生的差壓：按16MPa計(jì)算水位計(jì)示值通過對(duì)校核計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析表明：CORL中設(shè)定汽包壓力P=16MPa產(chǎn)生的示值誤差過大，需改進(jìn)。

　　建議按汽包實(shí)時(shí)壓力進(jìn)行水位計(jì)的壓力補(bǔ)償。

　　22按照正壓信號(hào)管溫度60*C不變，分析水位示值誤差如果按照汽包實(shí)時(shí)壓力和設(shè)定正壓信號(hào)管溫度fM=60 1C不變，則正壓信號(hào)管水溫變化時(shí)產(chǎn)生示值誤差測(cè)，獲得一批正壓信號(hào)管水溫變化和分布的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明因環(huán)境溫度變化和電伴熱的投人，正壓信號(hào)管水的平均溫度變化范圍為90.9~121.8C.以及正壓信號(hào)管水溫度fM=6（TC.此時(shí)水的密度PM6=990.lokg/m3.當(dāng)水溫、偏離60時(shí)，該水溫下產(chǎn)生的差壓信號(hào)A/>由分3檔：0、2、22MPa，溫度f=0~100'C，每HTC一分格。P、f在表格值之間時(shí)用線性內(nèi)插法計(jì)算未飽和水密度。因此內(nèi)插法的比較大誤差出現(xiàn)在壓力1MPa左右和11MPa左右，溫度為個(gè)位為5的數(shù)值，如1510、45.（：、95.等。（：111中的未飽和水密度可以采用內(nèi)插法求得。

　　2.4對(duì)CORL中飽和水和飽和蒸汽密度的準(zhǔn)確度的鑒定在CORL中存有飽和態(tài)的水和蒸汽密度表，對(duì)于表格壓力之間的任意壓力，CORL用線性內(nèi)插法計(jì)算出相應(yīng)的飽和水和飽和蒸汽密度。為驗(yàn)算線性內(nèi)插法產(chǎn)生的比較大誤差，選用的壓力內(nèi)插點(diǎn)是表格值的中間值或接近中間值。

　　2.5對(duì)CORL中的水位補(bǔ)償公式進(jìn)行核對(duì)DCS系統(tǒng)中CORL中的水位校正公式為：信號(hào)管內(nèi)水密度、飽和水密度、飽和汽密度，A為按壓力P=0.1MPa計(jì)算未經(jīng)校正的水位，/為水位低限值。

　　下面對(duì)該水位校正公式進(jìn)行驗(yàn)算。設(shè)計(jì)算差壓的起始點(diǎn)在下端取壓口位置，L=1.202m，正壓信號(hào)管內(nèi)水溫fM=60"C.先設(shè)水位低限lHu=0m，驗(yàn)算壓力P=18MPa時(shí)實(shí)際重量水位=0.601m校正公式計(jì)算結(jié)果。經(jīng)以上插值公式驗(yàn)算，校正公式（5）正確。對(duì)于冷凝球（管）形式的差壓式水位計(jì)，按其基本工作原理，實(shí)際重量水位與輸出的差壓信號(hào)關(guān)系（或差壓信號(hào)與水位示值關(guān)系）為：可以證明，當(dāng)CORL水位校正公的//u=0時(shí)，CORJL校正公的校正示值水位因水溫變化產(chǎn)生的水位計(jì)示值誤差：。

　　校核計(jì)算結(jié)果表明：前5個(gè)月的測(cè)試記錄表明正因此，就西門子公司DCS系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計(jì)的汽包水位校核公式而言，因壓力補(bǔ)償所產(chǎn)生的測(cè)量示值誤差可以忽略不計(jì)。

　　3現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下差壓式水位計(jì)的測(cè)試及其分析設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)溫度修正回路十分必要。建議在正壓信號(hào)管測(cè)點(diǎn)TE3和TE4位置間隔中取*=. 489（TE3位置為0）作為平均水溫位置，安裝3支E型熱電偶。其熱電勢(shì)信號(hào)經(jīng)三取均計(jì)算后送CORL進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償。

　　3.2差壓式水位計(jì)輸出電流。電接點(diǎn)水位計(jì)以及現(xiàn)行CORJ水位示值的測(cè)試及其分析3.1正壓管段溫度分布的測(cè)試及其分析3.2.1水位校核計(jì)算被測(cè)試水位計(jì)的差壓取樣管路僅有冷凝筒裸露，而汽包與冷凝筒的連接管和正壓信號(hào)管均有保溫層。

　　以負(fù)壓側(cè)取樣管水平高度為零點(diǎn)，在正壓信號(hào)管的1.202m長度上均勻分布5個(gè)熱電偶（E型）測(cè)點(diǎn)，以記取不同季節(jié)取樣管內(nèi)實(shí)際水溫。經(jīng)過長期測(cè)試可求出正壓管段水的平均溫度位置以及平均溫度隨環(huán)境溫度的變化情況。

　　由記錄數(shù)據(jù)看出平均溫度在測(cè)點(diǎn)TE3和TE4之間。

　　電接點(diǎn)水位計(jì)算：電接點(diǎn)水位計(jì)的12個(gè)電接點(diǎn)布置的高度為533.40mm，兩電接點(diǎn)之間的距離/=533.40/13=41.03（mm）。由顯示的綠燈數(shù)n可計(jì)算出個(gè)綠燈時(shí)，Adjd=539由差壓式變送器輸出電流/計(jì)算水位示值先計(jì)算差壓A：準(zhǔn)確位置可以根據(jù)TE3、TE4和平均溫度進(jìn)行線性內(nèi)插求得：設(shè)兩相鄰測(cè)點(diǎn)間隔距離為1，求出平均溫度位置；c（測(cè)點(diǎn)TE3位置為0，TE4位置為1）：計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)的平均溫度，可以看出正壓管段平均溫度變化范圍為：卯。9~121.8.（：。

　　找出正壓信號(hào)管水溫度= 60X：不變產(chǎn)生的水位示值誤差A(yù)ftsz的計(jì)算方法。設(shè)汽包壓力P=18MPa，實(shí)際水位/i=601mm，正壓管段平均溫度，=121.8X：。則差應(yīng)的水位示值：該差壓AP與正壓信號(hào)管60X：水溫產(chǎn)生的水位示值辦（PM6-Ps）gL-*由此可見，電廠DCS系統(tǒng)內(nèi)定溫補(bǔ)償法（60*C）所產(chǎn)生的示值誤差在50~120mm之間，誤差范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于《國家電力公司電站鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)配置、安裝和使用若千規(guī)定》中規(guī)定的30mm的要求，因此3.2.2測(cè)試結(jié)果的分析電接點(diǎn)水位計(jì)算的示值可靠，但不靈敏區(qū)太大（土20.5mm），不可用于準(zhǔn)確計(jì)算，僅能用于水位的粗略對(duì)比。由差壓式變送器輸出電流計(jì)算的水位值可靠，且準(zhǔn)確度高。從本例的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果來看，它與電接點(diǎn)水位計(jì)算比較僅差8.3mm，可認(rèn)為相當(dāng)一致。今后可用測(cè)試的差壓式變送器輸出電流作為水位校核計(jì)算的依據(jù)。同時(shí)，從本例看，<：1按戶=0.1撕3計(jì)算水位示值僅有偏差3.3mm，該計(jì)算可靠；而CORL按fM=60C補(bǔ)償計(jì)算的示值誤差A(yù)ft=A-Asz=598*3-548.0=50.3（mm）。

　　3.2.3有無溫度壓力補(bǔ)償?shù)姆治鰹檫M(jìn)一步表明溫度、壓力補(bǔ)償所起的作用，測(cè)試了較低壓力工況的一組數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了校核計(jì)算。

　　火力漢電校核計(jì)算結(jié)果表明：（1）因C0RU5定正壓信號(hào)管水溫fM=60X：不變，而實(shí)際溫度在110'C左右，使水位示值偏高I（2）CORL的水位示值與按。、實(shí)際P計(jì)算的水位示值的偏差非常小，而與按= />=16MPa計(jì)算的水位示值的偏差非常大。

　　4結(jié)語程中。因此必須對(duì)水位示值進(jìn)行在線溫度壓力補(bǔ)償。1號(hào)爐4臺(tái)水位計(jì)已有在線壓力補(bǔ)償，補(bǔ)償誤差基本可以忽略不計(jì)，但無溫度補(bǔ)償，僅設(shè)置正壓信號(hào)管水溫rM=60t：，這與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果（90~110X：左右）相差太大，所產(chǎn)生的示值誤差在50~120mm之間，因此不容忽視。

　　電廠現(xiàn)有的汽包單冷凝筒式水位計(jì)的差壓測(cè)量信號(hào)可靠性高，比雙室和蒸汽夾套加熱的水位計(jì)性能優(yōu)越得多。差壓信號(hào)加上在線的溫度壓力補(bǔ)償可使水位測(cè)量的準(zhǔn)確度大大提高，從而完全滿足原國家電力公司有關(guān)規(guī)定要求。

　　在SiemensDCS系統(tǒng)內(nèi)汽包差壓式水位計(jì)的溫度壓力補(bǔ)償軟件中，水和水蒸汽的密度計(jì)算采用查表加線性內(nèi)插法原理，內(nèi)插精度高，計(jì)算結(jié)果符合規(guī)定要求。

　　根據(jù)對(duì)1號(hào)爐4臺(tái)汽包水位變送器在各種工況下的測(cè)試數(shù)據(jù)和計(jì)算表明，如果不進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償計(jì)算，將產(chǎn)生過大的示值誤差，尤其是在鍋爐啟動(dòng)過