本實(shí)用新型涉及汽包水位測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)置式單室平衡容器汽包水位測量裝置。

背景技術(shù)：

汽包水位是電廠鍋爐的一個非常重要的監(jiān)控參數(shù)，它間接反映了鍋爐負(fù)荷(即鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽量)和給水量之間的物質(zhì)平衡關(guān)系，保持汽包內(nèi)的正常水位在一定的允許范圍內(nèi)是保證鍋爐和汽機(jī)安全運(yùn)行的必要條件之一。

目前汽包水位的測量中經(jīng)常采用的方法有：云母水位計(jì)、雙色水位計(jì)、電接點(diǎn)水位計(jì)和差壓式水位計(jì)。其中云母水位計(jì)的指示直觀、可靠，但遠(yuǎn)程監(jiān)視不便；雙色水位計(jì)可就地顯示，也可利用工業(yè)電視技術(shù)在主控室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視；電接點(diǎn)水位計(jì)在測量中指示不夠連續(xù)；差壓式水位計(jì)最為常用，也可作為水位調(diào)節(jié)的被調(diào)參數(shù)，因此本領(lǐng)域較為重視差壓式水位計(jì)的技術(shù)創(chuàng)新。

差壓式水位計(jì)的原理是將汽包水位通過平衡容器轉(zhuǎn)換為差壓信號，用差壓計(jì)測量出差壓的大小，從而得出水位的高低。汽包水位測量廣泛采用差壓式水位計(jì)，其中目前采用的差壓式汽包水位測量平衡容器通常主要有單室平衡容器和雙室平衡容器。目前采用的單室平衡容器如圖1所示：包括正壓一次門1、單室平衡器2、負(fù)壓一次門3和汽包4。圖1中ρ_s為飽和汽的密度，ρ_w為飽和水的密度，ρ_c為單室平衡器2內(nèi)水的密度，H為當(dāng)前水位到負(fù)壓一次門連接管路的距離；L為正壓一次門連接管路到負(fù)壓一次門連接管路的距離；P+為正壓，P-為負(fù)壓。

單室平衡容器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但測量誤差較大。當(dāng)鍋爐在額定汽壓運(yùn)行，水位為正常水位時，其輸出的差壓比較穩(wěn)定，測量較準(zhǔn)確；當(dāng)汽壓下降時，負(fù)壓側(cè)的壓力將顯著增大，致使平衡容器輸出差壓減小，水位指示偏高。

針對單室平衡容器的這一現(xiàn)象，本實(shí)用新型進(jìn)行了改造，采用內(nèi)置式單室平衡容器，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的水位測量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種內(nèi)置式單室平衡容器汽包水位測量裝置，所要解決的技術(shù)問題是如何實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的水位測量。

本實(shí)用新型所述的內(nèi)置式單室平衡容器汽包水位測量裝置包括汽包、內(nèi)置平衡罐、正壓側(cè)取樣管、負(fù)壓側(cè)取樣管、汽側(cè)管、冷凝水引入管、冷凝罐和差壓變送器，其中所述的內(nèi)置平衡罐設(shè)置在汽包的內(nèi)部，所述的冷凝水引入管設(shè)置在所述的內(nèi)置平衡罐中，所述的冷凝水引入管與汽側(cè)管連通，汽側(cè)管的一端插入汽包內(nèi)，汽側(cè)管的另一端與冷凝罐連接，所述的正壓側(cè)取樣管的一端插入汽包內(nèi)并連接到內(nèi)置平衡罐上，正壓側(cè)取樣管的另一端連接到差壓變送器的正壓側(cè)，所述的負(fù)壓側(cè)取樣管的一端與汽包連接，負(fù)壓側(cè)取樣管的另一端連接到差壓變送器的負(fù)壓側(cè)，所述的冷凝罐和差壓變送器均設(shè)置在汽包的外部。

所述的內(nèi)置平衡罐設(shè)置在汽包中水面的上方。

所述的冷凝水引入管傾斜地設(shè)置在所述的內(nèi)置平衡罐中。

所述的內(nèi)置式單室平衡容器汽包水位測量裝置還包括備用正壓取樣管，該備用正壓取樣管連接在冷凝罐的一側(cè)。

所述的汽側(cè)管和備用正壓取樣管分別設(shè)置在冷凝罐的不同側(cè)。

所述的內(nèi)置平衡罐的筒高147mm，筒直徑為Ф90mm，內(nèi)置平衡罐的測量筒為上部開口筒，筒頂另配直徑90mm的圓形蓋，圓形蓋的厚度為3mm，筒的底部開孔，開孔尺寸為直徑Ф15mm，孔中心與底同軸，筒壁上部開有長型孔，長型孔為前后對稱，在一個中心線上，共兩個，寬度為30mm，長度為60mm，長型孔的底部為直徑30mm的半圓；整個筒體厚度均為3mm。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型所述的內(nèi)置式單室平衡容器汽包水位測量裝置將單室平衡容器置于汽包的內(nèi)部，使其水容器和參比水柱永遠(yuǎn)處于飽和環(huán)境下，克服了參比水柱水溫難以測量的不足，從而使信號更加穩(wěn)定。由于將平衡罐安裝在汽包內(nèi)部，克服了環(huán)境溫度對測量結(jié)果的影響，簡化了補(bǔ)償公式，使測量結(jié)果更真實(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定，三個平衡容器的測量值更接近真實(shí)值。由于在汽包的汽側(cè)取樣管上焊接有冷凝罐，可以及時向內(nèi)置平衡容器中補(bǔ)充冷凝后的飽和水，可以保證在啟爐后短時間內(nèi)投入汽包水位。備用正壓取樣管，防止內(nèi)裝式平衡罐出現(xiàn)意外后可將正壓側(cè)管與之相連，這樣就可以變成外置式單室平衡容器繼續(xù)測量汽包水位。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中配單室平衡容器的差壓式水位計(jì)測量示意圖。

圖2是所述的內(nèi)置式單室平衡容器汽包水位測量裝置的原理示意圖。

圖3是所述的內(nèi)置平衡罐的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。

如圖2所示，本實(shí)用新型所述的內(nèi)置式單室平衡容器汽包水位測量裝置包括汽包1、內(nèi)置平衡罐2、正壓側(cè)取樣管3、負(fù)壓側(cè)取樣管4、汽側(cè)管5、冷凝水引入管6、冷凝罐7和差壓變送器9，其中所述的內(nèi)置平衡罐2設(shè)置在汽包1的內(nèi)部，所述的冷凝水引入管6設(shè)置在所述的內(nèi)置平衡罐2中，所述的冷凝水引入管6與汽側(cè)管5連通，汽側(cè)管5的一端插入汽包1內(nèi)，汽側(cè)管5的另一端與冷凝罐7連接，所述的正壓側(cè)取樣管3的一端插入汽包1內(nèi)并連接到內(nèi)置平衡罐2上，正壓側(cè)取樣管3的另一端連接到差壓變送器9的正壓側(cè)，所述的負(fù)壓側(cè)取樣管4的一端與汽包1連接，負(fù)壓側(cè)取樣管4的另一端連接到差壓變送器9的負(fù)壓側(cè)，所述的冷凝罐7和差壓變送器9均設(shè)置在汽包1的外部。

所述的內(nèi)置平衡罐2設(shè)置在汽包1中水面的上方。

所述的冷凝水引入管6傾斜地設(shè)置在所述的內(nèi)置平衡罐2中。

所述的內(nèi)置式單室平衡容器汽包水位測量裝置還包括備用正壓取樣管8，該備用正壓取樣管8連接在冷凝罐7的一側(cè)。

所述的汽側(cè)管5和備用正壓取樣管8分別設(shè)置在冷凝罐7的不同側(cè)。

內(nèi)置平衡罐2的作用是形成一個穩(wěn)定的正壓頭，即形成一個水位標(biāo)尺。

冷凝罐7的作用是通過冷凝水引入管6和汽側(cè)管5將汽包中的飽和蒸汽冷凝后補(bǔ)充內(nèi)置平衡罐2中的水，使其保持滿水。

汽側(cè)管5以及冷凝水引入管6的作用是引出汽包中的飽和蒸汽，同時將冷凝后的水補(bǔ)充回內(nèi)置平衡罐。

正壓側(cè)取樣管3的作用是將內(nèi)置平衡罐中的靜壓水引至差壓變送器的正壓側(cè)。

負(fù)壓側(cè)取樣管4的作用是將汽包中的靜壓水引至差壓變送器的負(fù)壓側(cè)。

差壓變送器的作用是將引入的正、負(fù)壓的差壓轉(zhuǎn)換成電信號，同時傳送給DCS系統(tǒng)顯示水位值。

圖2中，L為平衡罐上邊沿到水側(cè)取樣管中心線的距離(即平衡容器中參比水柱的高度)，H₀為0水位線到水側(cè)取樣管中心線的距離(即汽包水側(cè)取樣孔中心線距汽包零水位線的高度)，ΔH為現(xiàn)在水位線相對于0水位線的差值(即汽包內(nèi)水位)，γ₁為平衡容器中參比水柱(飽和水)的密度；γ₂為汽包內(nèi)飽和汽的密度。

本實(shí)用新型所述的內(nèi)置式單室平衡容器汽包水位測量裝置的測量原理為：

汽包運(yùn)行過程中飽和蒸汽進(jìn)入到冷凝罐中冷凝成飽和水，回流到平衡罐中，參比水柱所形成的靜壓通過正壓側(cè)取樣管引到差壓變送器的正端，汽包內(nèi)的水通過負(fù)壓側(cè)取樣管引到差壓變送器的負(fù)端，這樣差壓變送器輸出差壓信號給DCS，在DCS中通過壓力補(bǔ)償計(jì)算得出汽包內(nèi)的水位。這樣測量沒有了環(huán)境溫度對參比水柱密度的影響，計(jì)算出來的結(jié)果就更接近于汽包中的實(shí)際水位，能夠更準(zhǔn)確的反映汽包的水位。

內(nèi)置式平衡容器是平衡罐安裝在汽包內(nèi)，使平衡罐及引出水接近飽和水溫度，這樣可以通過壓力補(bǔ)償，有穩(wěn)定的計(jì)算參數(shù)，可以消除因參比水溫度變化對水位測量的影響。本測量裝置最主要的改進(jìn)之處是將參比水柱(L-H₀-ΔH)從汽包外面移至汽包內(nèi)部，由不飽和水變?yōu)轱柡退?/p>

計(jì)算公式及信號補(bǔ)償：

內(nèi)置式平衡容器中，由于參比水柱的平均密度等于汽包內(nèi)水的密度，變送器所測量的差壓值ΔP為浸泡在汽段的參比水柱(飽和水)所形成的靜壓和相同高度的飽和汽所形成的靜壓之差。內(nèi)置式平衡容器汽水水位測量公式如下：

根據(jù)流體靜力學(xué)原理，平衡容器輸出的差壓為

ΔP＝P₊－P_－＝L*γ₁-[(L-H₀-ΔH)*γ₂+(H₀+ΔH)*γ₁] (1)

式中：L為平衡容器中參比水柱的高度；

H₀為汽包水側(cè)取樣孔中心線距汽包零水位線的高度；

ΔH為汽包內(nèi)水位；

γ₁為平衡容器中參比水柱(飽和水)的密度；

γ₂為汽包內(nèi)飽和汽的密度；

由公式(1)可得汽包內(nèi)置水位平衡容器的計(jì)算公式：

ΔH＝[L-H₀]-ΔP/(γ₁-γ₂) (2)

由于飽和水的密度γ₁和飽和汽的密度是隨著汽包壓力變化而變化的，因此，要用差壓法準(zhǔn)確測量汽包內(nèi)水位，就必須對差壓水位信號進(jìn)行壓力補(bǔ)償。由于平衡罐改裝到了汽包內(nèi)部，克服了環(huán)境溫度對測量結(jié)果的影響，無須進(jìn)行穩(wěn)定補(bǔ)償。

后備外置式單室平衡容器：

為確保本裝置可靠穩(wěn)定的測量，在冷凝罐的一端設(shè)置有一段備用正壓取樣管。萬一內(nèi)置水位平衡容器在使用期間出現(xiàn)問題，導(dǎo)致無法正常測量，便可將冷凝罐一端打開，連接至備用正壓取樣管。此時本裝置便等同于外置式單室平衡容器，可以繼續(xù)進(jìn)行汽包水位的測量。

本實(shí)用新型的關(guān)鍵改進(jìn)點(diǎn)在于：

1、平衡罐移到汽包內(nèi)部

把平衡罐移入汽包內(nèi)部，從平衡容器到整個參比水柱的溫度與汽包內(nèi)部的飽和溫度完全相同，使參比水柱溫度引起的誤差不再存在。

2、在汽包內(nèi)部找到補(bǔ)充水源

把平衡容器移入汽包內(nèi)部后，如果仍然從汽包外部取得補(bǔ)充水，因?yàn)槠胶馊萜骱蛥⒈人兴倪^冷度還會隨時變化，則不能保證測量準(zhǔn)確度。本裝置的使用可以在汽包內(nèi)部找到補(bǔ)充水源。

3、實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)熱水的隔離

內(nèi)置式的平衡罐把平衡容器中的冷熱水隔開，保證了參比水柱中的水為飽和水溫度，但又不影響差壓值的傳遞和測量。此結(jié)構(gòu)還使得平衡容器水面的波動更小、測量值更加平穩(wěn)；大大降低了停爐后裝置內(nèi)水的蒸發(fā)速度，延長了在鍋爐停爐后的持續(xù)工作時間。

下面結(jié)合圖3介紹內(nèi)置平衡罐2的制作和安裝。如圖3所示，所述的內(nèi)置平衡罐(又稱汽包水位測量筒)的筒高147mm，筒直徑為Ф90mm，測量筒為上部開口筒，筒頂另配直徑90mm的圓形蓋，厚度為3mm，筒的底部開孔，開孔尺寸為直徑Ф15mm，孔中心與底同軸，筒壁上部開如圖3所示大小的長型孔，長型孔為前后對稱，在一個中心線上，共兩個，寬度為30mm，長度為60mm，底部為直徑30mm的半圓；整個筒體厚度均為3mm，筒體及筒蓋材質(zhì)均為不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作了詳盡的描述，但在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實(shí)用新型精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。