差壓液位變送器液位測量的誤差分析

隨著工業(yè)生產(chǎn)的自動化、智能化程度的提高，為了適應市場需標，控制自動化過程的儀表的技術也在不斷提高，包括了生產(chǎn)過程中的液位計的測量、監(jiān)測與控制，目前在在全國各大發(fā)電企業(yè)中，這種現(xiàn)象特別明顯，發(fā)電廠中對于液位的測量與監(jiān)視，主要集中于水位的控制，水位是否合理與準確，對于機組運行的自動化設備的穩(wěn)定與安全運行是非常重要的。例如凝汽器水位、鍋爐汽包液位、加熱器水位、除氧器水位等。比如在機組剛啟動過種中，各種液位測量值變化的幅度和頻率相對較大，會給運行人員的操作起到誤導做用及影響自動化投入率。所以，對熱工調(diào)試人員來說，正確調(diào)試和投運設備就顯得非常重要了。
 
目前在發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)中，常用的液位計包括了差壓式液位變送器、電容式液位計、投入式液位計、浮子式液位計、超聲波液位變送器等等。本文重點對于差壓液位變送器和電容式液位計在液位測量過程中遇到問題進行分析與研究，針對遇到的問題提出了相應的解決方案，通過生產(chǎn)廠家的具體案例介紹了差壓液位變送器在投入運行后相關的一系列情況。

 

　　2. 差壓式液位變送器

　　2.1 工作原理
　　差壓變送器工作原理就是把液位不斷變化的高度差轉變成壓力差，再通過二次轉換，變成4-20mA 模擬信號遠傳到CRT，供運行人員監(jiān)視。跟據(jù)下圖，具體分析、寫出公式。根據(jù)壓力計算公式可得如下計算式：
　　P+=ρgL P- =ρ2gH+ρ1（L-H）g
　　所以，得出正負壓側差壓計算式如下：
　　P= P+ - P- =ρgL-〔ρ2gH+ρ1（L-H）g〕
　　=gL ﹙ ρ-ρ1 ﹚ - gH ﹙ ρ2-ρ1 ﹚
　　L：正負壓側取壓點之間的距離。 ρ：正壓側測量管內(nèi)冷凝水密度。
　　ρ2：被測量容器內(nèi)水的密度﹙機組正常運行時﹚。
　　ρ1：被測量容器內(nèi)蒸汽的密度﹙機組正常運行時﹚。
　　H：被測量水位的高度。**********************************

　　所以，用上面的差壓式液位變送器測量水位，相對精度較高，有利于機組在正常工況下進行水位調(diào)節(jié)，有利于熱工控制投自動。一般多用于鍋爐汽包水位、除氧器水位測量。但也有一定因素對其測量的準確度構成影響。

　　2.2 影響因素和解決方法
　　2.2.1 壓力影響及解決辦法
　　機組啟動或停運時，水位變化較大，同時被測容器內(nèi)的壓力也相對變化較大，當水位較高時，容器內(nèi)的壓力相對也較高，特別是負壓則P- 壓力值變化很大，同時會引起△ P 跟著變化，但是ρ1和ρ2 變化率是不一樣的，而且變化方向相反，水位H 升高時，P-隨容器工作壓力的下降而增大，△ P 就會減小，水位測量發(fā)生正誤差。然而，水位H 較低時，影響不是很大。解決辦法如下：
　　(1)差壓式液位變送器 利用DCS 功能進行自動補償，根據(jù)工作壓力與﹙ ρ2-ρ1﹚之間的關系，對輸出的差壓值進行修正計算，就是采用數(shù)字計算進行補償。
　　(2) 在正壓則增加擴展容器與被測平衡容器聯(lián)通，使正壓側頭部始終保持充滿飽和蒸汽，不斷吸收飽和蒸汽冷凝時釋放出來的氣化熱能，這樣可以確保正壓側測量管內(nèi)的溫度與負壓側相對保持溫度一致，不會導致溫度相差太大，這樣，就可以保證汽水密度變化率相對平衡。
　　2.2.2 溫度影響及解決辦法
　　在大多電廠里，差壓變送器的正負測量管路引出的都較長，常溫下，測量管路向外散熱快，且是離取壓點越遠，溫度相對越低，引起溫度從上至下分部不均，導致壓差轉換偏差，水位顯示基本上是偏低的。根據(jù)環(huán)境不同，影響也不同，在我國南方相對影響較小，但在北方，特別是冬季，影響特別明顯，所以，只能對測量管路進行保溫處理才能解決問題。保溫時應注意以下幾點：
　　(1) 在我國南方如廣東，基本上不需要保溫，一年四季溫度相對較高，只需把差壓式液位變送器安裝在保溫箱中就行，設罝加熱裝罝，一但遇到天氣突發(fā)降溫，就投入加熱裝罝;(2) 在我國中部地區(qū)，要進行儀表管路保溫，但是，千萬不能把測量筒、擴展容器保溫，否則蒸汽無法冷凝成水，導致測量水位輸出不穩(wěn)定，CRT 顯示跳變;(3) 在北方，如北京、寧夏等地，儀表管路一定要保溫，而且要加裝伴熱帶，同時變送器要安裝在保溫箱中，保溫箱內(nèi)也要加裝加熱溫控器。

　　2.3 差壓式液位變送器冷態(tài)時的投用方法及注意事項
　　2.3.1 投用前確認正負壓管路無交叉，一次閥、二次閥、排污閥全部關閉，平衡閥打開。
　　2.3.2 對照雙色水位計或磁翻板，找水位中心點相對位置、做好標記和記錄。
　　2.3.3 用卷尺測量實際量程，確保變送器量程設罝與CRT 一致。
　　2.3.4 一定要等容器沖洗結束后，才能開始第一次投運，避免水臟，堵死管路。
　　2.3.5 待容器滿水后，先打開正負壓側一次閥，再開排污閥，等排出的水干凈后，關排污閥，開二次閥，給測量管注水，此時，把正壓側變送器排氣孔稍開一點，同時用工具輕擊管路，減少氣泡存于管路中。注水結束后用萬用表測量變送器輸出電流，如與4mA 相差較大，說明測量管水沒注滿，應繼續(xù)注水。
　　2.3.6 測量筒如果有排氣閥或孔，可人工注水。
　　2.3.7 從凝結水引一路管子連到測量筒的注水口，可穩(wěn)定自動注水（適合除氧器、凝汽器、低壓加熱器采用差壓液位變送器測量時所用）。
　　2.3.8 待水注滿后，關閉平衡閥，此時變送器已投運。讓操作員給被測容器放水，若電流輸出下降，說明差壓式液位變送器投運成功。
　　2.3.9 機組運行過程中，注意巡檢，確保排污閥、各接頭連接處無滲漏。

　　2.4 熱態(tài)時的投用方法及注意事項機組運行時，特別是高溫、高壓下，液位經(jīng)常會跳變、不準等情況，此時，就需重新投運變送器。首先要解除水位邏輯保護。
　　2.4.1 液位顯示跳變，一般可用以下方法消除：用小活口扳手，分別把差壓變送器正負排氣孔慢慢打開一點，進行排汽，可看到有白色、乳白色氣泡流出。再對正負壓側進行排污，排污時間不能太長，以免損壞閥芯。重新投運時，先投負壓，再投正壓，但間隔不能太長，以免差壓式液位變送器感壓元件或平衡閥閥芯損壞。
　　2.4.2 液位顯示偏差，可能原因：
　　(1) 測量管正、負壓側各連接頭或排污閥有滲漏;(2) 變送器感壓單元損壞;(3) 變送器平衡閥閥芯損壞;(4) 變送器量程與CRT 不一致;(5) 零點飄移;(6) 信號回路絕緣下降。

　　2.5 實際投運案例
　　北京草橋二期鍋爐高、中、低壓汽包液位采用4 只差壓變送器及一只雙色水位計測量，差壓式液位變送器安裝在汽包下一層保溫箱內(nèi)，當鍋爐水沖洗干凈后，第一次投用時（正負取壓管都沒有保溫），變送器投用正常（這之前，正負壓管路確認無交叉，對照雙色水位計，水位中心點、量程等都已拉過水平、測量并做好記錄）。但是慢慢的，水位開始偏差大。消缺時，發(fā)現(xiàn)部份排污閥關不死或內(nèi)漏，處理后問題解決。
　　但在機組點火、升溫升壓后，水位開始跳變，重新投用，問題依舊。重新檢查管路，發(fā)現(xiàn)從取壓點至排污閥所有管路全部保溫（北方冬季氣溫低，業(yè)主要求管路保溫），正壓管水蒸汽無法順利冷凝，導致水位跳變，拆除正壓測量筒保溫后問題解決。

 

　　3. 電容式液位計

　　3.1 工作原理
　　電容式液位計是采用測量電容的變化來測量液面的高低的。它是一根金屬棒插入盛液容器內(nèi)，金屬棒作為電容的一個極，容器壁作為電容的另一極。兩電極間的介質(zhì)即為液體及其上面的氣體。由于液體的介電常數(shù)ε1 和液面上的介電常數(shù)ε2 不同，比如：ε1>ε2，則當液位升高時，電容式液位計兩電極間總的介電常數(shù)值隨之加大因而電容量增大。反之當液位下降，ε 值減小，電容量也減小。

　　3.2 校驗及投用注意事項
　　電容式液位計主要是對液位的零點和滿度對行標定，當容器液位為零時，把電容式液位計輸出信號設為4mA，對應零液位。把被測容器注滿液位，輸出信號設為20mA，對應滿液位。電容式液位計根據(jù)廠家及型號的不同，具體參數(shù)設罝也不同，只要嚴格根據(jù)廠家資料設罝，正常投用時，測量是比較準確的。

　　3.3 實際投運案例
　　北京草橋項目二期，主油箱油位采用西門子生產(chǎn)的E+H、型號FMI51 電容式液位計測量，開始沒按要求標定，因主油箱注油、排油麻煩，且油位尺度不易把握，只對油箱不為零時進行標定，結果測量誤差較大，最后，我們做了一只小容器，容器內(nèi)注滿從油箱取來的潤滑油，按照說明書要求，把液位計放進容器內(nèi)，模擬油箱油位標定零位和滿度后問題解決。
 

　　4. 結束語

　　通過以上對液位計的投用分析、解決問題的方法，證明所做的分析和解決問題的方法是正確的，對以后的工作起到了一定的借鑒做用，使今后的工作少走彎路。