CN101986108A - 一种用于压力容器的差压式液位测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于压力容器的差压式液位测量装置，涉及一种压力容器的液位测量技术。该装置包括蒸汽引出管、饱和水引出管、正压管以及差压变送器。蒸汽引出管与正压管直接相连，并在蒸汽引出管上安装隔离阀；正压管设置在装有恒温流体的恒温外套管内，且在正压管的顶端安装有注水阀。饱和水引出管和负压管合二为一，安装在高压容器水平标高的零点位置，水平布置。差压变送器安装在饱和水引出管上，饱和水引出管通差压变送器与正压管连接。本发明有效克服了单室平衡容器法和双室平衡容器法由于正压管内的水出现汽泡和汽化等造成密度和液位不确定，以及差压变送器的安装位置所造成的测量误差，在测量精度、使用方便及制造成本上具有明显的特点。

Description

一种用于压力容器的差压式液位测量装置

技术领域

本发明涉及一种差压式液位测量装置，尤其涉及一种汽包等压力容器的差压式液位测量技术。

背景技术

目前汽包等压力容器水位测量中最常用的方法有两种，一种是单室平衡容器法，另一种是双室平衡容器法。

图1为单室平衡容器汽包水位测量方法原理示意。汽包1内上部为汽空间，充满密度为ρ_s的饱和蒸汽；下部为密度为ρ_w的饱和水的空间，汽包水位为H。在汽包上部汽空间有一蒸汽引出管2与平衡容器3相连。平衡容器下部有两根测压管，一根为正压管4，连接差压变送器6的正压侧；另一根为负压管5，连接差压变送器的负压侧，负压管同时还与汽包饱和水引出管7连接，饱和水引出管水平标高也是汽包水位的零点。汽包内的蒸汽通过平衡容器在正压管中凝结成密度为ρ_c的水，正压管中水产生的压力作用在差压变送器上，作为差压变送器的正压参比端。负压管内的上部为蒸汽，下部为水，负压管内的压力作为差压变送器的负压参比端。差压变送器的正压参比端与负压参比端的压差值Δp与汽包水位高度H存在一定的函数关系，差压变送器将压差值Δp转换成4-20mA电信号输出给计算机，由计算机根据一定的函数关系计算出汽包水位高度H值。根据物理学原理，可以得出差压变送器输出的差压值Δp计算式为：

Δp＝p+-p-＝L(ρ_c-ρ_s)g-H(ρ_w-ρ_s)g

或改写为：

$H=\frac{L({\mathrm{\ρ}}_c-{\mathrm{\ρ}}_s)g-\mathrm{\Δp}}{({\mathrm{\ρ}}_w-{\mathrm{\ρ}}_s)g}$

公式中的L为蒸汽引出管2和饱和水引出管7水平位置高度差值，也是水位测量的量程。由此可以看出：汽包水位H与差压变送器输出的差压值Δp有一线性对应关系，此关系受ρ_w、ρ_s及ρ_c的影响。ρ_w及ρ_s由汽包的压力决定，一旦压力定了，ρ_w及ρ_s数值即为定值。在实际的锅炉计算机控制***DCS***中，利用计算机的计算功能来自动校正压力对汽包水位H与差压值Δp的关系影响，但ρ_c是一个受环境温度，蒸汽温度及管壁保温等多因素影响的数值，单室平衡容器汽包水位测量方法没有考虑ρ_c变化的影响。

为了克服单室平衡容器法测量的不足，出现了双室平衡容器法，其汽包水位测量方法原理如图2所示意。平衡容器内室8连接正压管4，管内为蒸汽冷凝的饱和水，平衡容器外室9通过汽包上部汽空间蒸汽引出管和外室下部的蒸汽排出口，使蒸汽充满外室并不断流出，其目的是加热内室以及与之相连的正压管，使其中的水保持在饱和状态。同样根据物理学原理，可以得出汽包水位H与差压变送器输出的差压值Δp对应关系：

$H=L-\frac{\mathrm{\Δp}}{({\mathrm{\ρ}}_w-{\mathrm{\ρ}}_s)g}$

从此式可以看出，H——Δp对应关系只受ρ_w及ρ_s的影响，而ρ_w及ρ_s由汽包的压力决定，在DCS***中可以很好地自动校正压力对H——Δp关系的影响，因此双室平衡容器法解决了单室平衡容器汽包水位测量方法中的缺陷。

但是双室平衡容器法也存在许多不足：①锅炉启动时，差压式水位计平衡容器内无法凝结成参比水柱，需采用人工向平衡容器内室和外室内注水，其注水方法复杂。②正压管内经常出现汽泡，甚至内室上部水位不能充满，原因是水处于饱和状态，当汽压变化时，很容易出现自身汽化沸腾，而这将很大的影响正压管内压力，造成对水位测量的误差。③为保证内室以及与之相连的正压管内的水保持在饱和状态，外室必须有足够的空间以便于蒸汽加热内室，而外室尺寸越大，其制造成本越高。因为外室与汽包相连，外室为压力容器。④差压变送器的位置安装在汽包水平标高零点以下，好处是安装位置自由度大，方便，但是带来的问题也很突出：汽包水平标高零点以下正压管和负压管内的水的密度等特性必须一样，否则会带来测量误差。实际工程中，由于运行条件和两根管子的保温情况不可能完全一致，测量误差无法避免。

发明内容

针对目前现有技术中使用的单室平衡容器测量法和双室平衡容器测量法存在的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种用于压力容器的差压式液位测量装置，使其在测量精度、使用方便及制造成本上优于现有技术。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种用于压力容器的差压式液位测量装置，该装置包括蒸汽引出管、饱和水引出管、正压管、负压管以及差压变送器，其特征在于：所述的蒸汽引出管与正压管直接相连，并在蒸汽引出管上安装隔离阀；所述的正压管设置在装有恒温流体的恒温外套管内，正压管的顶端安装有注水阀；所述的饱和水引出管和负压管合二为一，安装在高压容器水平标高的零点位置，且水平布置；所述的差压变送器安装在饱和水引出管上，饱和水引出管通差压变送器与所述的正压管连接。

上述技术方案中，所述的恒温流体采用恒温水。

本发明有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①无需考虑锅炉运行与否，可以很方便的给正压管内注水，保证正压管内液位。②克服了现有技术中由于正压管内水自身受压力变化出现的汽泡和汽化等造成密度和液位不确定，进而造成测量误差的缺陷。③现有技术中的平衡容器为承压部件，体积较大，需要厚壁材料以承受高温、高压，制造成本高。本发明取消了平衡容器，外套管内的恒温流体为常温、低压，外套管无需考虑承受高温、高压，制造成本比现有技术低很多。④避免了差压变送器的安装位置引起的测量误差。

总之，本发明克服有效克服了现有的单室平衡容器法和双室平衡容器法存在的问题，在测量精度和使用方便及制造成本上具有明显的技术进步。

附图说明

图1为单室平衡容器汽包水位测量装置的原理结构示意图。

图2为双室平衡容器汽包水位测量装置的原理结构示意图。

图3为本发明的一种差压式液位测量装置的原理结构示意图。

图中：1-汽包；2-蒸汽引出管；3-平衡容器；4-正压管；5-负压管；6-差压变送器；7-饱和水引出管；8-平衡容器内室；9-平衡容器外室；10-隔离阀；11-注水阀；12-恒温外套管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体结构、原理和工作过程作进一步说明。

图3为本发明提供的差压式液位测量装置原理示意图，该装置包括蒸汽引出管2、饱和水引出管7、正压管4以及差压变送器6，其特征在于：所述的蒸汽引出管与正压管4直接相连，并在蒸汽引出管上安装隔离阀10；所述的正压管设置在装有恒温流体的恒温外套管12内，正压管的顶端安装有注水阀11；所述的饱和水引出管和负压管合二为一，安装在高压容器水平标高的零点位置，且水平布置；所述的差压变送器安装在饱和水引出管上，饱和水引出管通差压变送器与所述的正压管连接。

本发明的工作原理如下：无论压力容器是否工作，关闭隔离阀10即断开了正压管与压力容器的连接，打开注水阀11可以往正压管4内注水，当注水过多时，开启隔离阀10后，多余的水可以回流到压力容器，因此正压管内的液位可以很好保持，另外注水阀也可当成放气阀，正压管内的汽泡可以通过注水阀放散，这样可以很好的保证正压管内的水柱的压力准确。恒温外套管12内装有恒温流体，恒温流体可以是恒温水或其他恒温液体，进出恒温外套管12的恒温流体是为保证正压管内液体的温度恒定，该恒定温度应低于压力容器压力对应的饱和温度一定数值，防止压力容器压力变化时，造成正压管内的汽泡和汽化。在我国北方冬季，单室平衡容器法中的正压管内有时会出现结冰，而外加电加热的正压管在压力容器压力低时会出现正压管水汽化等现象，不能保证正压管内的水位和密度，进而造成测量误差。恒温外套管12的恒温水在冬季相当于加热正压管内液体，在夏季相当于冷却正压管内的液体，总之，保证正压管内液体密度和液位不受环境变化，使之恒定。差压变送器安装在压力容器水位零点标高位置，也即对应的负压管与压力容器饱和水引出管合二为一，水平布置，因此负压管内水的密度等物性参数不影响差压变送器的负压参比端数值。影响差压变送器的正压参比端数值的正压管内密度ρ_c在L长度内由于恒温和低于饱和温度几乎为定值，因此正压参比端数值测量误差很小，L为蒸汽引出管和饱和水引出管水平位置高度差值，也是水位测量的量程。

参数根据物理学原理，压力容器水位H与差压变送器输出的差压值Δp对应关系：

$H=\frac{L({\mathrm{\ρ}}_c-{\mathrm{\ρ}}_s)g-\mathrm{\Δp}}{({\mathrm{\ρ}}_w-{\mathrm{\ρ}}_s)g}$

其中的ρ_c为正压管内液体的密度，ρ_c受进出恒温水温度影响，根据进出恒温水温度，可以方便的校正其对H——Δp关系的影响，同样公式中的ρ_w及ρ_s可以用压力修正，因此测量精度比现有技术更为可靠。

另外，恒温外套管12为冷却或加热正压管内液体用，不用考虑承受高温、高压，制造成本比现有技术中的承压部件的平衡容器低很多。

本发明与现有技术相比，克服现有的单室平衡容器法和双室平衡容器法存在的问题，在测量精度和使用方便及制造成本上优于现有技术。

Claims (2)

1.一种用于压力容器的差压式液位测量装置，该装置包括蒸汽引出管(2)、饱和水引出管(7)、正压管(4)、负压管以及差压变送器(6)，其特征在于：所述的蒸汽引出管与正压管(4)直接相连，并在蒸汽引出管上安装隔离阀(10)；所述的正压管设置在装有恒温流体的恒温外套管(12)内，正压管的顶端安装有注水阀(11)；所述的饱和水引出管和负压管合二为一，该管安装在高压容器水位零点标高的位置，且水平布置；所述的差压变送器安装在饱和水引出管上，饱和水引出管通差压变送器与所述的正压管连接。

2.按照权利要求1所述的差压式液位测量装置，其特征在于：所述的恒温流体采用恒温水。

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