151差压式水位测量装置的应用及存在的问题

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关键词:摘要:1151差压式水位测量装置在现代化大型火电机组的自动控制和安全稳定运行中起着重要的作用,因此对该水位测量装置作深入研究具有重要的现实意义。本文详细分析了1151差压式水位测量装置在汉川电厂300MW单元机组锅炉汽包水位、除氧器水位、高加水位测量中的应用及存在的问题。 1151差压式水位测量装置的一个突出优势,是将水位实时信号转化为4~20mA模...
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  • 摘要:1151差压式水位测量装置在现代化大型火电机组的自动控制和安全稳定运行中起着重要的作用,因此对该水位测量装置作深入研究具有重要的现实意义。本文详细分析了1151差压式水位测量装置在汉川电厂300MW单元机组锅炉汽包水位、除氧器水位 、高加水位测量中的应用及存在的问题。

 

1151差压式水位测量装置的一个突出优势 ,是将水位实时信号转化为4~20mA模拟信号向远方传输,信号处理方便 。特别是随着系统的广泛应用和发展,1151差压式水位测量装置与DCS系统高效结合 ,使得该装置已不仅仅用于显示和模拟量自动控制,而且具有逐步取代浮筒式液位开关而承担保护功能的趋势。汉川电厂4300MW机组的汽包水位高低MFT保护信号﹑除氧器水位高低信号和高加水位高低信号就均来自1151差压式水位测量装置。因此,对1151差压式水位测量装置进行更深入的研究 ,对大型火电厂的安全经济稳定运行具有重要的现实意义 。

目前汉川电厂300MW机组主要的水位测量装置有就地云母水位计、就地磁性翻板水位计、电接点水位计 、浮筒式液位开关、以1151变送器为核心的差压式水位测量装置等。就其性质而言,云母水位计、磁性翻板水位计属于就地显示仪表,具有“眼见为实”的特点;电接点水位计属于远方显示仪表;浮筒式液位开关用于远方联锁开关量控制;1151差压式水位测量装置用于远方模拟量显示和自动控制。就其测量精度而言 ,1151差压式水位测量装置较前几种测量装置精确得多,汉川电厂目前使用的1151变送器的精度为0.25级,在测量1000mm水位时的误差只有2.5mm 。

一﹑1151差压式水位测量装置的工作原理

11151差压式水位测量装置的组成

以汉川电厂锅炉汽包水位测量为例 ,其1151差压式测量装置组成简图如图1。

1  锅炉汽包测量装置

从图1可看出 ,1151差压式水位测量装置主要由连通管 、平衡容器、引压管、1151变送器组成。在对不同的对象进行测量时,其结构略有不同 。

21151差压式水位测量装置工作原理

以图1锅炉汽包水位测量装置为例,汽包内的饱和蒸汽在凝结球(平衡容器)内不断散热凝结 ,平衡容器内的液面总是保持恒定,所以正压管内的水柱高度是恒定的,负压管的水柱高度则随着水位H而变化。因此由正负压引入口得到的差压信号为:

ΔP = P+ - P- = Lρ1g –[Hgρ′+ (L-H) gρ″]

   = Lg(ρ1 -ρ″)- Hg(ρ′-ρ″)

式中  H 容器水位

ρ1 平衡容器中水的密度

ρ 汽包压力下饱和水的密度;

ρ 汽包压力下饱和汽的密度。

由此式可知 ,当平衡容器的安装结构一定(即L确定) 、汽包压力一定(ρ′、ρ″确定)及ρ1一定的条件下,正负压管的差压输出△P与汽包水位H呈反向线性关系,即水位越低 ,差压越大 。

正负压管的压力信号通过挤压1151变送器中电容膜室的膜片,改变膜片间的距离,引起正负膜室电容的变化 ,即有下列线性关系:

(C1-C2)/(C1+C2) = KP

式中  C1、C2 正 、负膜室电容;

K 比例系数 。

1151变送器中的测量电路将差动电容量的变化转换成4~20mA DC电流信号,经控制送至集控室。此时,1151变送器输出的4~20mA DC电流信号与汽包水位H呈反向线性关系 ,即水位越低 ,差压越大,4~20mA DC电流信号也越大。

上述信号流程为:水位高度信号H→正负压管的差压输出信号△P1151差动电容信号→4~20mA DC信号→DCS系统 。

需要说明的是,在1151变送器进行检修后 ,为保证平衡容器液面的恒定,在机组运行初期,对于除氧器水位 、高加水位和凝汽器水位 ,均需通过手动灌水门向平衡容器灌水,水位信号才能得到正确测量;对于汽包水位变送器,只有当机组运行一段时间后平衡容器中充满凝结水时 ,变送器信号才恢复正常。

二、1151差压式水位测量装置的现场安装

1151差压式水位测量装置的安装涉及到取样管、平衡容器 、连通管、截止门、变送器的选型 、材质、安装尺寸等诸多方面。对于不同的测量对象和要求,安装方法各不相同,完全可以按照设计要求进行 。现仅从正负取压管和1151变送器的连接方式进行分析。

11151变送器的连接方式

一般情况下 ,1151变送器上标有H(高)和L(低)字样,前者表示高压侧,后者表示低压侧。三阀组与变送器连接后 ,人面对三阀组 ,若变送器左侧为H(高)、右侧为L(低),则称之为正安装;反之称为反安装 。

2正负取压管的连接方式

一般情况下,将与平衡容器(或汽侧)相连的取压管称为正压管(或高压侧) ,与水侧相连的取压管称为负压管(或低压侧)。正压管与1151变送器的高压侧相连,负压管与1151变送器的低压侧相连,称之为正安装;反之称为反安装。

当变送器零差压校验输出信号为4mA时:

(1) 若变送器和正负取压管均正安装或变送器和正负取压管均反安装 ,则水位越高,差压越小,变送器输出的电流信号越小 ,4mA对应满水;

(2) 若变送器和正负取压管一为正安装 、另一为反安装,则水位越高,差压越小 ,变送器输出的电流信号越小,20mA对应满水 。

当变送器零差压校验输出信号为20mA时,以上情况正好相反。

从实际情况看 ,变送器正安装和正负取压管的正反安装现象均存在。在具体安装时 ,应视对差压信号进行处理的装置的不同情况进行选择 。

三、1151差压式水位测量回路德参数设置

1151差压式水位测量装置、信号传输电缆及DCS系统的组合是1151差压式水位测量回路的典型组成,其控制回路的参数设置包括1151变送器和DCS系统两部分 。

11151变送器参数设置

目前,智能型1151变送器因具有体积小 、安装校验方便、维护量少等特点已得到广泛应用。根据不同的需要 ,可以很方便地对1151变送器进行零点量程调校、零点迁移 、本机状态设置等。

2DCS系统参数设置

DCS系统主要用于对差压式水位测量装置送入的4~20mA DC电流信号进行处理,并在CRT上按照运行习惯要求进行显示 。不同的DCS系统,其参数设置不尽相同。

以汉川电厂#3机组#3高加水位测量(图2)为例进行说明。图中 ,平衡容器O点为高加正常水位,即CRT显示零水位点(0mm);A点为高加满水位点,CRT显示+300mm点;B点为高加低水位点 ,CRT显示-300mm点 。

2  汉川#3机组#3高加水位测量装置简图

测量回路中:

(1) 取压管和变送器正安装,变送器的校验量程为0600mm,对应输出电流为204mA ,对应差压为-600mmH2O0mmH2O,CRT显示-300mm(无水)→+300mm(满水)。变送器校验时,零差压输出4mA ,负压端加压(或正压端抽压)至600mmH2O时 ,调整变送器输出为20mA。

汉川#3机组使用的DCS系统为WDPF-Ⅱ型系统,其参数显示转换系数C1 、C2计算如下:

+300 = C1&ti;;0.004+C2

-300 = C1×0.020+C2

(2) 若取压管和变送器正安装,变送器校验时零差压输出20mA ,则负压端抽压(或正压端加压)至600mmH2O时,调整变送器输出为4mA 。此时的对应关系为:电流为420mA,对应差压为-600mmH2O0mmH2O ,CRT显示-300mm(无水)→+300mm(满水)。

此时,DCS系统参数显示转换系数C1、C2应按以下公式计算:

-300 = C1×0.004+C2

+300 = C1×0.020+C2

因此,取压管和变送器的安装、变送器的校验以及DCS系统参数的设置应该一一对应 ,否则会导致水位测量显示错误。若错误的测量结果进入调节和保护系统,将会引起严重后果 。

四 、差压式水位测量装置实际应用中的问题

1高加水位测量中的问题

汉川#4机组#3高加水位测量示意图如图3。

3  汉川#4机组#3高加水位测量装置简图

初始安装时,变送器量程为0400mm ,差压范围为-400mmH2O0mmH2O,CRT显示-200mm(无水)→+200mm(满水),对应电流20mA4mA。由于差压变送器零点对应的差压值为0mmH2O ,因此变送器的零点应为图3中的A点 。那么 ,变送器的测量范围应为A点到C点 。因为图中O点是高加实际的正常水位,即零水位,因此该变送器所测量的实际水位应为+300-100mm ,变送器的测量显示零点即变送器输出12mA信号点(变送器测量中点)的实际水位值为+100mm。变送器输出12mA信号时,CRT上显示0mm。当高加实际水位在正常水位O点时,变送器输出16mA ,CRT显示-100mm 。因此,在变送器的测量范围(A点到C点)中,CRT显示值比实际偏低 ,当实际水位在C点以下时无法显示。

若变送器量程为+100mm+500mm,差压范围-4000mmH2O,CRT显示-200mm(无水)→+200mm(满水) ,对应电流值20mA4mA。如上述分析可知,变送器的测量中点应为+300mm,即图中A点向下300mm处 ,该点即为高加正常水位点O 。因此 ,变送器的测量中点与实际零水位点重合,则该变送器在正常测量范围内显示值正确。当实际水位在+300mm+200mm-300mm-200mm时,无法显示。

因此 ,应将变送器量程改为0mm+600mm-600mm0mm 。这样,既保证了正确显示,又扩大了测量范围。

2除氧器水位测量中的问题

汉川电厂#1、#2机组除氧器水位测量装置有电接点、就地磁性翻板水位计 、水位报警及保护液位开关、DAS水位变送器、CCS水位变送器 ,它们的显示零点不统一,量程和实际显示值不对应,与设计要求不符合。其中 ,DAS水位变送器差压为0mm2400mmH2O,显示值3800mm1400mmCCS水位变送器差压为0mm1500mm,显示值3400mm1900mm ,而实际应为3640mm2140mm,示值偏低240mm 。除氧器水位依靠此变送器进行调节,就使得除氧器水位偏高运行 ,水位高报警及保护的液位开关便容易误动。此外 ,给水泵跳闸信号也是由该变送器给出,所以水位低保护易拒动。

为了使除氧器水位测量准确,按照设计要求 ,对电接点 、就地磁性翻板水位计、水位报警及保护液位开关、DAS水位变送器 、CCS水位变送器的零点进行统一,所有表计的显示零点为除氧器水箱几何中心线下1900mm处(除氧器设计零点) 。CCS系统变送器量程改为:差压0mmH2O1600mmH2O,显示值为3640mm2040mm ,电流20mA4mA;取消水位高二值、高三值液位开关,其信号改由DCS系统给出 。这样,就保证了除氧器水位调节和保护的可靠性。

3.汽包水位测量中的问题

汉川电厂#2炉汽包A、B侧差压水位计原安装情况如图4。

4  汉川电厂#2炉汽包水位测量示意图

     经计算分析可知 ,当汽包水位为-381mm时,汽包水位低低MFT保护动作,此时变速器检测到的差压为670.96mmH2O ,已接近于变送器所能检测到的最大差压664.5mmH2O,裕量仅为6.46mmH2O 。若考虑安装 、环境温度等误差的影响,则汽包水位低低MFT保护动作所需的差压会超过变送器所能检测到的最大差压 ,直接导致水位低保护拒动。

因此 ,将差压水位计的水侧取样管孔位置向下移动60mm,使得水测取样点至汽包正常水位的距离为-460mm;同时保证汽侧取样管及凝结球安装位置不变。这样,低水位保护动作所需的差压与变送器所能检测到的最大差压之间有26.9232mmH2O的裕量 。与原安装的水位测量情况相比 ,裕量增大了20.46mmH2O,低水位保护可以正确动作。

  

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