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[技术]1151差压式水位测量装置的应用及存在的问题

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文章出处: [2007/11/3 ]
责任编辑:上仪营销中心技术部
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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
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DCS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,使得该装置己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压式水位测量装置递行更深入的研究,对大型火电厂的安全经济稳定运行具有重要的现实意义。
一、1151差压式水位测量装置的工作原理
1. 1151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

 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。
2.1151
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:


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(p`p"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C1C2——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,经控制电缆送至集控室。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P→l151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7k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。
1.1151变送器的连接方式
一般情况下,门筑变送器上标有H()L()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()、右侧为L(),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C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:
(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
利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。
1.1151
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。维护量少等特点己得到广泛应用。根据不同的需要,可以很方便地对1151利变送器进行零点量程调校。零点迁移、本机状态设置等。
2.DCS
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(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;B点为高加低水位点,CRT显示-300mm点。

  
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0→600mm,对应输出电流为20→4mA,对应差压为-600mmH2O→0mmH2O,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)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C1C2计算如下:
+300=C1×0.004+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)600mmH2O时,调整变送器输出为4mA。此时的对应关系为:电流为4→20mA,对应差压为-600mmH2O→0mmH2O,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=C1X0.004+C2
+300=C1X0.020+C2
因此,取压管和变送器的安装、变送器的校验以信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


初始安装时,变送器量程为0→400mm,差压范围为-400mmH2O→0mmH2O,CRT显示-200mm(无水)→+200(满水),对应电流值20mA→4mA。如由于差压变送器零点应为图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16mACRT显示-100。因此,在变送器的测量范围(A点到C)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→+500,差压范围-400→0mmH2O,CRT显示-200(无水)→+200mm(
满水),对应电流值20mA→4mA。如上述分析可知,变送器的测里中点应为+300mm,即图中A点向下300mm处,该点即为同加止常水位点。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+300mm200mm-300mm-200mm时,无法显示。
因此,应将变送器量程改为0mm→+600mm-600mm0mm。这样,即保证了正确显示,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、CCS水位变送器差压为0mm1500mm,显示值3400mm900mm,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(除氧器设计零点)CCS系统变送器量程改为:差压0mmH2O→1600mmH2O,显示值为3640mm2040mm,电流20mA→4mA;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.
汽包水位测量申的问题
汉川电厂#2炉汽包AB侧差压水位计原安装情况如图4

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钡至的最大差压664.5mmH20,裕量仅为 6.46mmH2O。若考虑安装、环境温度等误差的影响,贝汽包水位低低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不移动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狈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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