差压式水位测量系统的设计
摘要：汽包水位是锅炉运行的重要参数，它直接影响锅炉运行的安全性和经济性。
汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，导致汽机出力和效率的降低。
汽包水位过低，会造成下降管带汽，影响锅炉水循环的正常工作，可能导致水冷壁管过热而爆管。
因此，准确可靠的测量汽包水位、配置合理可靠的水位保护装置在任何时候都是火电厂仪控专业的最重要课题之一。
本文在讨论了测量汽包水位常用的水位计的基础上，重点研究了差压式水位计，给出了差压式水位计的工作原理，设计了单室平衡容器的结构。
针对差压式水位计测量水位时易受汽包压力的影响，对单室平衡容器产生的水位信号进行了压力温度补偿，完成了补偿公式的拟合。
同时，对所用到的仪表进行了选型，对单室平衡容器水位测量系统安装的注意事项进行了说明，并将DCS控制系统用于汽包水位测量测量系统中。
毕业论文网 关键词：汽包水位；差压式水位测量系统；平衡容器的结构；补偿公式的拟合； 一、差压式水位测量系统的设计 1单室平衡容器的结构 差压式水位计由平衡容器、差压变送器和显示仪表组成。
平衡容器实际上就是水位传感器，其工作原理是造成一个恒定的水静压力，使之与被测水位形成的水静压力相比较，输出二者之差。
简单的平衡容器如下所示： 水位差压关系为： （1） g为重力加速度。
由（1）式得 (2) 由（2）式可以看出水位变化量 与差压变化量 不成比例。
、L、g为常数，但 、 、 都随汽包压力的变化而变化，而且 还与温度有关，所以，汽水密度随汽包压力变化是水位测量误差的主要来源。
平衡容器的主要技术参数：筒体规格：Ф108、Ф133 工作压力：1.15~21.5MP 接口形式：法兰连接、焊接 工作温度：饱和温度 汽水中心距：600、670、1270mm（可按要求制造） 1.1单室平衡容器的压力温度补偿原理 汽包内饱和蒸汽和饱和水密度 、 是汽包压力的单值函数，所以根据汽包压力 P利用函数 、 就可得到 、 ，汽包压力对正压侧凝结水密度的影响很小，可以忽略不计。
所以，可以认为正压侧凝结水密度 是温度的单值函数，根据正压侧凝结水温度t，利用函数 就可得到。
1.2信号的处理 水位测量系统加入温度、压力补偿后，汽包压力、平衡容器凝结水温度的测量误差都将影响到汽包水位的准确测量，甚至会影响到汽包水位保护的正确动作，因此必须对测量信号进行处理，保证测量结果的准确可靠。
(1)汽包压力信号的处理 一般 100MW以上机组的锅炉汽包，都有三个以上汽包压力测点，取三个汽包压力信号，进行三取中逻辑处理就可有效避免任一一个压力信号故障对整个测量系统造成的影响。
(2)凝结水温度信号的处理 平衡容器凝结水温度的测量都用热电阻元件，测量信号故障一般有两种情况：第一、系统断线；第二、系统测量电阻非正常变大(比如元件故障、端子排接触电阻变大)。
第一种故障用信号超限方式就可判断，一般信号限幅值为 0℃和 200℃；第二种故障用检测信号变化速率的方式可以判断，具体做法是对每一次采集的温度信号都同前一个采样周期(250ms)采集的温度值相比较，如果差值超过3℃判断为故障。
通过对测量系统的正确安装，可以使作为差压测量基准的平衡容器正压侧凝结水温度近似等于环境温度。
一般环境温度在 25℃一50℃之间，因为在 50℃以下温度对凝结水密度的影响不大，所以当判断出所测的温度信号不可靠时，测量系统将凝结水温度值自动设置为50℃。
(3)差压信号的处理 差压信号对水位测量系统的影响是最直接的，且差压信号又对外界的干扰最敏感。
某电厂因现场变频器的电磁干扰，差压信号由350mm 突增至 600mm ，造成水位保护误动停炉。
解决这一问题的方法就是对差压信号的变化速率进行限制，正常情况下水位在一个采样周期(250ms)内的变化量不会超过30 mm。
为此，差压信号在一个采样周期内的变化量限制在 30mm ，这样在任何时候差压信号不会突增250mm。
1.3单室平衡容器水位测量系统安装的几点注意事项 (1)保证 B、C、D(如图4所示)三点内的水温相等。
只有 B、C点温度相等，才能使由B点温度确定的凝结水密度，能够准确反映 BC段的静压；只有C、D点温度相等，才能使 C―D平面以下的正，反压侧表管内水温相等，避免造成附加的测量误差。
若要使 B、C、D三点内水温相等，必须保证 AB段有足够的冷却长度，使 B点内的水温近似等于环境温度。
经过现场试验，AB段长度一般为 1200mm，同理 CD段长度也为 1200mm。
(2)汽包内水侧取样管不能在汽包下降管附近，因为汽包下降管处容易产生涡流，涡流对差压的形成有不良影响，且这种影响随锅炉负荷的增加而加大。
二、使用仪器的选型 单室平衡容器选用秦皇岛华电测控有限公司的外置式单室平衡容器，在安装中，我们把汽侧引出管水平敷设大约一米长，然后再垂直向下引管，这样做的目的是消除了参比水柱的密度梯度变化，并增加参比水柱实际平均温度补偿，进一步提高测量的精确度。
压力和水位变送器采用霍尼韦尔变送器（型号：STG/STD/STR/STA）。
三、DCS控制系统在汽包水位测量中的应用 DCS是集散控制系统，它是70年代发展起来的最新的工业过程综合控制系统。
它以微处理机为基础，按照系统概念进行设计，综合了控制(contro1)、计算机(computer)、 通信 (communication)、阴极射线管(cathode ray tube，CRT)显示技术等“4C”技术。
需要知道凝结水密度、饱和水密度、饱和蒸汽密度、重力加速度、水连通管至单室平衡容器内水面之问的垂直距离、差压等数据，其中重力加速度，水连通管至单室平衡容器内水面之间的垂直距离为常量，凝结水密度、饱和水密度、饱和蒸汽密度为变量。
普通测量系统利用单片机技术，测量信号经过存储在EPROM中的公式计算后即得出水位，其变量不连续，因而显示误差较大，而在DCS系统中，可保证变量的连续性，且在测量及控制组态上较灵活。
下面就介绍在 DCS系统中怎样进行水位的测量： 图 锅炉汽包水位（单室平衡容器）测量组态图 它通过 INFI一90系统 中的 ：#1、#2、#15、：#16、#17、#27等六种功能码来实现。
功能码1为函数发生器，功能码2为手动设定常数，功能码15为输入加法器，功能码16为乘法器，功能码17为除法器，功能码27为模拟量输入 ，各功能块的规格表如表1： 表一 N5函数发生器 N6函数发生器 N7函数发生器 规格数 范围 规格数 范围 规格数 范围 S1 N4 S1 N4 S1 N4 S2 0.01 S2 0.001 S2 0.001 S3 992.26 S3 0.0077 S3 990.9 S4 4 S4 4 S4 4 S5 994.04 S5 20.101 S5 798.66 S6 8 S6 8 S6 8 S7 995.72 S7 42.508 S7 722.44 S8 12 S8 12 S8 12 S9 997.46 S9 70.031 S9 654.96 S10 16 S10 16 S10 16 S11 999.1 S11 107.43 S11 584.69 S12 20 S12 20 S12 20 S13 1000.8 S13 170.15 S13 490.92 在函数发生器中规格数S1为块地址，S偶数项为密度曲线各段的压力值，S奇数项为各段压力对应的密度值。
本函数发生器偶数编号的是X轴坐标，奇数编号的是Y轴坐标。
如果输入值在X轴的两点之间，输出值将由下式确定 ： 块输出= 式中，x为当前输入值， 为当前输入值右边最近的X轴规格点。
为对应于 的Y轴的值， 为对应于 的Y轴的值。
为当前输入值所对应的折线段的斜率，表示对应单位输入变化下输出变化的单位。
为输入值高于左边最近规格数的值。
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