运用水位（精选7篇）
运用水位 篇1
《蒸汽锅炉安全技术监察规程》 (劳部发[1996]276号) (以下简称《蒸规》) 对于安全保护装置的要求, 在第一百六十五条中规定:额定蒸发量大于或等于2t/h的锅炉, 应当装设高低水位报警装置 (高低水位报警信号应当能够区分) ;而《锅炉安全技术监察规程》TSG G0001-2012 (以下简称《锅规》) 中6.6条对于蒸汽锅炉的安全保护装置有了新的规定:蒸汽锅炉应当装设高、低水位报警 (高低水位报警信号应当能够区分) 。本文作者在检验过程中通过理论与实践相结合, 研发出SK-2智能高低水位报警装置, 它是新标准下一款简单实用的高低水位保护装置。
1 锅炉缺水与满水
锅炉安全运行必须保持水位正常, 避免产生缺水和满水事故。当水位表中的水位低于最低安全水位时, 称为锅炉缺水事故。由于缺水原因造成的锅炉事故占很大比例, 锅炉爆炸的主要原因之一也是缺水, 因此锅炉运行时必须杜绝锅炉缺水事故。当水位表中的水位超过最高安全水位时, 称为满水事故。发生锅炉满水事故时, 锅筒蒸汽空间缩小, 不但使蒸汽大量带水影响蒸汽品质, 严重时还会造成蒸汽管道水击事故。因此锅炉运行时, 既要保证生产运行所需的用汽量, 又要保证锅炉的安全运行, 这就必须将水位控制在一定的范围内。
2 高低水位报警装置
锅炉的高低水位报警装置的作用是为了将锅炉的水位控制在一定的范围内。它的工作原理是利用锅筒和报警器内水位的联通性, 造成报警器的电气元件相应上、下移动与警报装置形成闭合回路。高低水位报警器的形式多样, 运用最广泛的是电极式高低水位报警装置。电极式水位报警器主要由一组高、低水位电极以及附属电气部分组成, 高低水位电极的末端分别在锅位最高和最低安全水位上。锅内的水位上升或下降至安全水位线时, 电极与炉水接触或脱开, 使接触回路电源导通或切断, 从而发出警报。常用的警报信号有灯信号、音信号和音灯混合信号, 可以与锅炉运行的鼓引风机构、给水机构等形成成联锁装置, 共同控制锅炉的运行。
3 SK-2智能高低水位报警装置
SK-2智能高低水位报警装置是一款简单实用的高低水位报警装置, 它针对小型蒸汽的锅炉使用特点而研创的。小型蒸汽锅炉在近年来使用越来越广泛, 而《蒸规》对小于2t/h的锅炉高低水位报警装置没有特殊要求。《锅规》中对于所有的蒸汽锅炉都要求有高低水位报警装置, 这增加了锅炉的使用成本。SK-2智能高低水位报警装置简单实用而且可靠, 成本低廉, 可广泛用于小型蒸汽锅炉中。图1为电源及硬件复位原理图, 图2为控制面板图。
SK-2智能高低水位报警的集成CPU从水位控制系统中获取指令, 放入指令寄存器, 并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作, 然后发出“注水”、“缺水”指令, 快速有效的执行微操作系列, 从而完成高低水位的控制。界面中的“电源”、“注水”、“缺水”三种灯:当报警装置电源接通时“电源”灯亮;当锅炉在进水时, “注水”灯亮, 停止进水时, 该灯熄灭;当锅炉水位低于低 (L) 点时, “缺水”灯亮, 锅炉水位上高于低 (L) 点时, 该灯熄灭。
“H”、“M”、“L”水位灯:表明锅炉内高 (H) 、中 (M) 、低 (L) 三点水位状态。哪点水位接点接触到水, 相应的灯就会亮, 否则就会熄灭。
结语
SK-2智能高低水位报警装置是新形势下适应新《锅规》而研发的产品, 它构造简单、操作方便、使用安全可靠。未来将在小型蒸汽锅炉系统控制中得到较好的应用。
摘要：《锅炉安全技术监察规程》对锅炉的高低水位报警装置提出了新的要求, 本介绍了一种新型的安全可靠的适应小型蒸汽锅炉的高低水位报警装置, 实践证明SK-2智能高低水位报警装置操作方便、使用安全可靠, 未来将在锅炉控制系统中得到广泛的运用。
关键词：锅炉,高低水位,报警装置
参考文献
[1]TSG G0001-2012, 锅炉安全技术监察规程[S].
[2]胡朝峰.DFS一系列水位计在水位控制中的应用[J].淮北职业技术学院学报, 2005 (04) :94.
运用水位 篇2
某电厂新上一台260t/h高温高压循环流化床锅炉, 过热器出口蒸汽压力9.81 MPa, 过热器出口蒸汽温度540℃。汽包水位测量方面, 配置两个彼此独立的高压磁浮双色液位计就地水位计, 并设有彩色工业电视探头;两套电接点水位计, 包括测量筒、电极和二次仪表, 二次仪表带4~20mA输出至DCS;三套差压式水位计, 包括双室平衡容器、仪表管路、罗斯蒙特3051DP型差压变送器。DCS分散控制系统采用北京国电智深控制技术有限公司EDPF-NT+系统, 通过其完成差压式水位计算的逻辑组态。
1 平衡容器结构及出厂水位计算公式
该锅炉厂配套的差压式水位计平衡容器是一种双室平衡容器 (图1) , 包括蒸汽罩、漏斗、基准水槽、正压管、负压管。锅炉运行过程中, 正压管中始终充满凝结水至基准水槽上沿, 负压管与汽包联通, 随汽包水位升降, 通过测量正负压管内水位差压值计算转换为水位值。
在锅炉厂平衡容器图纸中, 给出了差压计算公式:
由此公式得到容器内实际水位计算公式:
式中, ΔP为容器水位的差压 (Pa) ;ρ′为容器内饱和水的密度 (kg/m3) ;ρ″为容器内饱和蒸汽的密度 (kg/m3) ;g为重力加速度 (m/s2) ;H为容器水位最大测量范围 (m) ;H0为容器内实际水位高度 (m) 。
2 测量异常情况
依照上述锅炉厂出具的水位计算公式, 在DCS中完成了相关计算逻辑, 同时按照《防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义》中“差压水位计 (变送器) 应采用压力补偿”[1]的要求, 在DCS中, 用汽包压力信号, 通过VLP和VGP算法模块分别对饱和水和饱和蒸汽密度进行了压力补偿, 并对三台差压式水位计测量值采取了三取中的方式进行优选。完成上述DCS逻辑组态后, 在汽包压力相对稳定的情况下, 进行了热态水位升降试验, 发现通过差压式水位计测得的汽包水位值在各水位点均比电接点、就地水位计测得的水位低150mm左右, 而三台差压变送器输出的差压信号基本一致。
按照DRZ/T01—2004《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》的要求:锅炉正常运行中应经常核对各个汽包水位测量装置间的示值偏差, 当偏差超过30mm时应尽快找出原因, 进行消除[2]。这里差压式水位计水位测量误差远远超过了规定的30mm, 热工人员随即对误差产生的原因进行分析。
3 水位计算公式分析及改进
从锅炉厂出具的平衡容器水位计算公式可以看出, 该公式适用于一种正负压侧取压管均从容器下部引出的双室平衡容器 (图2) , 这种平衡容器可以将正压侧水柱全部视为饱和水。
但此次锅炉配套的双室平衡容器结构与之不同, 正压侧取压口开在容器侧面, 正压侧取压口至基准水槽上沿的一段正压管因处于蒸汽罩中, 内部温度接近于汽包内温度, 该段水柱密度可以视为汽包内的饱和水密度。但锅炉厂平衡容器安装要求中说明平衡容器正负压侧取压口之后的引压管要求水平引出大于1m后再向下敷设到变送器, 这时正压侧垂直段的引压管处于环境温度中, 管内的参比水柱温度远低于汽包内饱和水温度, 在计算时应该采用近于环境温度下的密度值ρ1, 而不是汽包内饱和水密度值ρ′。锅炉厂出具的水位计算公式是不合适的, 不适用于实际配套的双室平衡容器, 热工人员随即对差压水位计算公式进行了改进。
按照实际情况, 正压侧压力计算公式:
负压侧压力计算公式:
此时, 汽包水位的差压为:
由此公式得到容器内实际水位计算公式:
式中, H1为平衡容器正压侧取压口与负压侧取压口之间的垂直距离 (m) ;ρ1为环境温度下正压侧引压管中水的密度 (kg/m3) 。
按照修改后的水位计算公式重新在DCS中进行了相关逻辑组态, 热工人员用测温仪测量了H1段引压管周围的环境温度和仪表管表面温度, 决定在汽包压力下采用50℃水的密度作为ρ1代入公式进行计算, 并认识到要加强对环境温度的监测, 做好不同季节ρ1值的修正。按照新公式计算并依次进行DCS逻辑组态后, 平衡容器差压式水位计水位值与就地水位计、电接点水位计示值基本一致, 偏差在30mm以内, 属于可允许范围, 符合规范要求。
4 投仪表管伴热对水位测量的影响及处理
该锅炉建设竣工时已入冬季, 启动后几天因气温降低仪表测量系统投入了蒸汽伴热。热工人员在检查DCS水位测量逻辑时发现三台汽包水位测量差压变送器中的一台差压输出值比其他两台小, 换算成水位偏高约100 mm。热工人员对该台差压变送器重新进行了校验, 变送器测量准确, 排除了变送器自身问题后, 热工人员判断可能是仪表管伴热对水位测量产生了影响。临时退出该变送器的仪表管伴热, 随后观察发现随着伴热温度的逐渐降低消失该变送器差压输出值逐步接近另外两台变送器。此时确定了仪表管伴热对水位测量产生影响的判断。随后对该变送器仪表管保温层进行了拆除, 拆除后发现输出异常的变送器负压侧仪表管路与伴热管直接接触, 而退出伴热前测量的伴热管表面温度在120℃左右。因为正负压侧差压值很小, 负压侧仪表管路直接接触伴热管, 会使得正负压管内水柱产生温差, 进而使得密度不一致产生水位测量误差。确定误差产生原因后, 在仪表管与伴热管之间用保温材料进行了整体隔离, 重新投入仪表管伴热后, 观察该差压变送器水位测量与另外两台测量值基本一致, 测量恢复正常。
5 结语
汽包水位平衡容器差压式水位计测量受汽包压力、平衡容器安装、仪表管路安装、环境温度、仪表管伴热、差压变送器安装及准确性等诸多因素影响, 想要保证测量的准确可靠性, 必须从图纸审查开始, 遵循正确的图纸和计算方法, 并严格按照电力建设热工仪表及控制装置相关施工技术规范要求做好从安装到调试的每一步工作, 投运后还要加强对水位测量系统的观察, 发现问题及时分析解决, 才能保证汽包水位这一影响锅炉安全运行的重要参数的长期有效可靠测量。
参考文献
[1]国家能源局.防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义[M].北京:中国电力出版社, 2014.
提高汽包水位测量精度 篇3
利用重力水位的原理, 我们可以测量出汽包内的真实水位。电厂常用的汽包水位计有云母水位计和电接点水位计以及差压式水位计。云母式水位计结构简单且读数直观可靠, 但因就地安装使运行人员无法在集控室读数。电接点水位计能在锅炉变参数运行时可靠测量汽包水位, 但由于其测量和显示水位是阶跃性的, 因此其测量精度低, 它输出的水位信号是非连续的, 故不宜作为给水自动调节信号。差压式水位计由于输出的是连续水位信号, 所以可作为给水系统调节用, 当锅炉在额定参数下运行时, 它能准确无误地指示出汽包的真实水位, 但当锅炉在启停以及滑参数运行时, 汽包水位就难以准确测量了。因此对传统的差压式汽包水位测量仪进一步地进行研究, 采用计算机技术提高汽包水位测量精度有着重大的现实意义。
1 双室平衡容器水位提高测量精度的方法
我国锅炉一般配套双室平衡容器, 测量装置示意图如图1所示, 采用饱和蒸汽加热正压头水柱, 使之处于饱和蒸汽。
由图可推得如下公式:
即:
式中:h——水位 (单位:m)
ΔP——差压 (单位:Pa)
ρw——饱和水密度 (单位:kg/m3)
ρS——饱和蒸汽密度 (单位:kg/m3)
g——重力加速度
补偿公式SAMA图如图2所示。图中:汽包压力按表压计算;汽包水位按差压 (Pa) 值计算, 若原为mm H2O, 则换算关系为:1mmH2O=9.8Pa≈10Pa。折线函数1为 (ρw-ρs) ;除法器2的系数为:G1=1、B1=0、G2=9.80665、B2=0;常数C为 (L-h0) ;减法器3的系数为:G1=G2=1000。
(ρw-ρs) 是汽包压力P的函数, 可通过查《饱和水与饱和蒸汽表》经运算得出。下表给出石景山#2 (200MW) 机组汽包水位双室平衡容器补偿 (ρw-ρs) 的折线函数。
注:
1) 《饱和水与饱和蒸汽表》中的压力为绝对压力, 实际计算时所用为表压。二者之间的关系为:表压+1标准大气压=绝对压力 (1标准大气压=1bar) 。因此, 在查表时, 应将所查压力值+1。如:查0.4M pa时的 (ρw-ρs) , 应查5bar时的值, 即 (1/0.0010928-1/0.37481=912.4) , 而不是4bar时的值, 即 (1/0.0010839-1/0.46242=920.4) 。
2) 上述公式适用于汽包0位与平衡容器0位一致的情况。
2 单室平衡容器水位提高精度的方法
测量装置示意图如图3所示。
由图可推得如下公式:
式中:h——水位 (单位:m)
ΔP——差压 (单位:Pa)
ρw——饱和水密度 (单位:kg/m3)
ρs——饱和蒸汽密度 (单位:kg/m3)
ρ凝——汽包外水柱密度 (单位:kg/m3)
g——重力加速度
补偿公式SAMA图如图4所示。图中:汽包压力按表压计算;汽包水位按差压 (Pa) 值计算, 若原为mm H2O, 则换算关系为:1mm H2O=9.8Pa≈10Pa。折线函数1为 (ρ凝-ρs) ;折线函数3为 (ρW-ρs)
注:
1) 采用单室平衡容器构成校正回路时, 通常按50℃确定ρ凝, 没有考虑ρ凝随温度变化带来的影响, 在使用中平衡容器水柱温度变化较大时, 将产生较大的误差。因此, 采用这种方式时, 要注意避免平衡容器水柱温度的过大变化, 例如采用一定的防护或保温措施。
2) (ρ凝-ρs) 、 (ρW-ρs) 是汽包压力P的函数, 因此上述校正回路可表示为:
在较大压力范围内 (如0~19.6Mpa) , (ρ凝-ρs) ×g×L=F (P) 可用直线方程近似: (ρ凝-ρs) ×g×L=K3-K4×P, 因此, 校正回路可变为:
(ρ凝-ρs) ×g=K3-K4×P=1000.9-7.410×P在冷水温度为50℃, 汽压为0.10~18.63M pa范围内, 计算误差小于±1.3%。
取冷水温度为40℃, 汽压在0.1~20.2Mpa范围内, 计算误差不超过±0.3%。
在汽包压力为2.94~12.7Mpa范围内时, f (P) 也可用直线近似: (ρW-ρs) ×g=K1-K2×P, 因此, 校正回路可变为:
(ρW-ρs) ×g=908.8-27.685×P在冷水温度为50℃, 汽压为0.39~18.63M pa范围内, 计算结果与实际值的误差小于±2.5%。
(ρW-ρs) ×g=942.36-50.418×P+2.8855×P2-0.09627×P3在冷水温度为40℃, 汽压为2.94~20.59Mpa范围内, 计算结果与实际值的误差小于±1.0%。
还有将误差看成汽包压力的函数进行校正的方案, h=Δp×K×f (P) 这种方式只对正常水位有较好的校正作用, 水位偏离正常值时误差较大。
3 结语
借助于分散控制系统 (DCS) 技术, 差压水位计在一定程度上提高了性能, 同时采取密度修正的方法提高测量汽包水位的精度, 如果能够准确测量平衡容器内冷凝水的温度, 根据公式便可以准确地测量汽包的水位, 收到了预期效果。
参考文献
[1]朱祖涛主编.锅炉汽包水位测量与计算机应用.上海电力学院学报, 1993.
恒水位控制系统改造 篇4
曲靖卷烟厂的供水系统如图1所示, 三台水泵将蓄水池中的水加压后供生产、消防、生活和绿化用水, 系统中并联35m水塔, 起到稳定供水压力、高峰期补水的作用。水泵的启停由35m水塔浮子开关控制, 水位在400mm以下时水泵启动, 水位达到2200mm以上时水泵停止, 三台水泵由软启动器驱动。
供水系统存在的问题是:
(1) 水泵启动的瞬间, 对电网造成一定的冲击。水泵启动时, 易产生水锤效应, 对加压管道和水塔出水单向阀造成较大的冲击, 破坏性大, 安全隐患大。 (2) 水塔水位的波动较大, 且这种供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应, 供水质量差, 供水压力波动对生产造成严重的影响。 (3) 水位检测采用浮子开关, 容易卡滞, 可靠性差。 (4) 水泵全负荷运行, 频繁启停, 能耗较高且使用寿命缩短。
2 改造方案的提出
针对此供水系统存在的不足, 为了提高供水质量, 提高系统的稳定性和可靠性, 我们提出使用PLC和变频器改造成恒水位供水系统, 保证水塔水位恒定, 也就能保证系统恒压供水。
3 改造方案实施
3.1 控制系统设计
恒水位控制系统由PLC可编程控制器和变频器、超声波水位传感器组成一个闭环控制系统, 其框图如图2所示。
其中PLC可编程控制器系统根据设定的水位值与反馈的实际值进行比较, 其差值经PID运算处理后, 发出控制指令, 控制水泵的投运台数和水泵电机的转速, 从而达到水塔水位稳定在设定值附近。
3.2 水泵的控制策略
PLC自动累计三台水泵电机的运行时间, 水泵电机的切换采用连续运行24小时即自动停止, 当水位降低水位时, 启动两台备用水泵中总运行时间最短的那台。若一台水泵运行在50Hz仍不能满足供水, 水位继续下降至1800mm时, 则系统会自动运行总运行时间较短的备用泵。水泵电机是根据水位检测当前水位值送入PLC和给定值之间偏差进行PID运算, 从而控制变频器的输出电压和频率, 进而改变水泵电机的转速来改变供水量, 使水塔水位稳定, 达到供水管网压力的恒定。
3.3 控制系统的选型
本系统选用西门子S7-300型PLC、变频器选用丹佛斯FC300型、水位传感器选用E+H超声波液位计、人机界面选用WINCC7.02。其中PLC控制系统采用分布式控制系统, PLC主站安装在控制室的主控制柜内, 35m水塔装有从站, 主、从站通过Profibus网络通讯。PLC配置清单如表1所示。
3.4 程序设计
程序功能包含工作模式、模拟量输入输出处理、水泵自动选择、水塔水位的PID控制、声光报警等功能。
系统的工作模式有手动运行和自动运行两种, 考虑到系统的可靠性, 当自动模式出故障时, 系统能切换到手动运行模式, 可以通过控制柜的按钮进行对系统手动操作, 为了保证水塔水位, 不影响供水质量, 在水塔上同时装了两块E+H超声波水位计, 一块接入PLC, 另一块接入操作室的二次显示表。当接入PLC的水位计故障或PLC系统故障时, 可通过变频器的手操板控制变频器运行。
水塔水位的PID控制, 采用西门子的工程工具CFC编写, 通过绘制图表的方式来自动生成程序, 使用简单的连线来降低开发成本和降低程序的错误, 具有直观、调试方便的优点。CFC特别适合过程控制图, 因此水位的PID控制功能使用CFC实现。 (如图3)
水泵组的控制功能, 根据水泵的运行时间, 自动选择水泵, 达到三台水泵的运行时间的均衡。 (如图4)
系统报警是必不可少的重要组成部分, 为了保证系统安全、可靠、平稳的运行。对水泵供水池设定了最低水位500mm停机报警信号, 当水位降至此水位, PLC接收到信号, 立即对变频器发出停止信号, 停止水泵的运行, 以防机泵空转, 烧毁机封, 浪费电能。对35米水塔水位设定了2250mm的高水位报警信号, 水塔水位升至此水位发出声光报警信号, 提醒操作人员密切监视水塔水位, 以防水塔溢水。
3.5 人机界面的设计
系统人机界面采用西门子WINCC7.0进行设计, 画面美观简洁。具有系统监控、参数设置、报表输出等功能。 (如图5)
3.6 系统的调试
根据现场测试水塔水位在1800-2200mm之间, 供水压力稳定, 能够满足生产、生活用水的需求。水塔水位的下下限设为1800mm, 下限设为1900mm, 上限设为2100mm, 上上限设为2200mm, 整定PID控制参数后, 获得了理想的效果, 图6是2#泵供水时水塔水位与运行频率的趋势图, 从图中可以看出, 水塔水位十分稳定。
4 结束语
文章针对曲靖卷烟厂生产、消防、生活和绿化用水的特点, 摒弃原软启动控制装置, 重新设计开发了一套基于PLC的变频恒水位供水自动控制系统。该系统不仅有效地保证了供水系统水压的恒定, 而且具有工作安全可靠、施工简单、节能效果显著、全自动控制、无二次污染等优点。
摘要：介绍了采用带PID功能的西门子S7-300可编程控制器控制变频器进行水位调节, 系统存在工作可靠, 使用方便, 水位稳定, 无冲击等优越性。
关键词：PLC,恒水位供水,变频器,PID控制
参考文献
[1]张春.西门子STEP7编程语言与使用技巧[M].机械工业出版社, 2009.
[2]胡寿松.自动控制原理 (第四版) [M].北京:科学出版社, 2001.
[3]李军.Win CC组态技巧与技术问答[M].机械工业出版社, 2013, 1.
[4]丹佛斯变频器FC300设计指南[Z].2008, 7.
汛期防洪限制水位的确定 篇5
闹德海水库原运用方式是“冬蓄春放, 汛期敞泄” (即每年10月1日开始蓄水, 翌年5月1日开始放水, 5月底基本放空) , 考虑到作为辽宁省西部重要工业城市的阜新市严重缺水, 且已制约地区经济、社会的可持续发展, 要求提高水库供水保证率、降低成本。另外, 筹建中彰武火力发电厂需水库供水。因此, 在条件允许的情况下, 改变闹德海水库原来的运行方式, 抬高汛期防洪限制水位拦蓄洪水, 满足供水要求是十分必要的。
1 防洪限制水位的确定依据
汛期防洪限制水位应从四方面去论证: (1) 从排沙角度, 能否保证在洪前泄空水库, 空库迎洪, 敞排泥沙; (2) 会不会降低水库防洪标准, 危及大坝安全; (3) 蓄水之后能否满足阜新城市供水及新建彰武电厂用水要求; (4) 能否保证对库伦旗耕地不被淹没。
1.1 排沙要求
汛期防洪限制水位174.5m情况下, 平水期蓄水的泥沙淤积量少且部位较低, 都在174m以下的狭谷段, 一有敞泄机会即可排出库外。但柳河泥沙主要集中在几场大洪水之中, 为减轻大洪水期水库严重淤积, 防洪限制水位必须保证在洪水预报期内放空水库, 满足“空库迎洪, 敞泄排沙”的运用原则。按照目前预报水平, 上游流域雨量站虽然相对偏少, 但已有自动雨量测报系统, 测报比较及时, 上游站报出洪峰后, 峰现时间平均为6小时左右, 而据泄空计算, 水位174.5m泄空水库需10小时左右, 为安全起见, 建议主汛期7、8月份, 洪峰之前水位应控制在172.0～174.0m, 根据实时预报情况, 进行动态控制。
1.2 水库防洪标准复核
为安全计, 复核计算采用1963年汛后库容典线。
水库防洪标准:100年一遇设计洪水位为189.56m, 设计洪峰流量7560m3/s, 相应库容为1.368亿m3;1000年一遇校核洪水位为193.11m, 校核洪峰流量12900m3/s, 相应库容为2.227亿m3。
闹德海水库汛期防洪限制水位抬高到174.5m后, 预报峰现时间按6小时计, 接到上游站的预报后, 水库放空6小时, 库水位由174.5m降至166.8m, 再由166.8m起调, 进行洪水调节计算, 经计算, 闹德海水库工程规模复核成果如表1:
复核计算的100年一遇设计洪水位为189.48m, 相应库容为1.34亿m3, 较原设计为低;1000年一遇校核洪水位为193.11m, 相应库容为2.17亿m3, 与原设计一致, 所以说抬高水库防洪限制水位到174.5m, 不影响水库防洪标准, 水库仍然保持原来的工程规模。
1.3 闹德海水库兴利调节计算
年径流系列采用1970～2000年共31年, 多年平均径流量20680万m3, 其中每年10月～翌年5月为9520万m3, 6～9月为11160万m3。库容曲线采用2002年实测库容曲线。阜新引水量应满足阜新市日供水量的10万m3/d, 管路输水损失按年损失水量为20万m3考虑;净水厂自用水量按年供水量的10%计, 为365万m3;因此从闹德海水库的取水量为3945万m3, 取水隧洞进口底高程164.5m, 洞径3m, 满足取水要求的死水位为169.0m, 彰武发电厂年引水量1980万m3。水库优先满足阜新市城市用水和彰武发电厂的需水要求, 有余力情况下在5月供给盘锦地区的农业用水。
1.4 库伦旗耕地淹没问题
内蒙古库伦旗境内流动沙丘和半固定沙丘占境内总面积比例很大, 可耕种地大部分在柳河、养蓄木河、乌根稿河沿岸, 而水库淹没区的耕地又正是农民的好地, 这无疑给征地带来很大难度, 加之跨省区征地又涉及少数民族问题, 征地实属不易。1971年阜新市与库伦旗的征地协议就是在保证库伦农民仍然能耕种淹没地的前提下达成的。协议主要条款:“蓄水高程181.50m (每年10月1日开始蓄水, 5月1日开始放水, 5月底基本放空) 。”根据这一条款若5月末库区水面仍淹没耕地, 库伦旗方面便要提出抗议。但是水库枢纽特性和库区自然条件能满足既保证阜新在库区直接引水又不淹没耕地。
闹德海水库正常高水位181.5m, 排沙底孔高程150.00m, 阜新引水源取水口高程165.00m, 洞顶高程167.00m。库水位在174.50m高程时库区水面在天然河道内, 不淹没耕地, 取水前水深23m, 相应库容960万m3。若将水位限制在174.50m以下则不存在淹没征地问题。
2 选择确定最佳的防洪限制水位方案
2.1 冬蓄春放, 汛期敞泄方案
非汛期水库最高水位181.5m, 死水位169.0m, 多年平均阜新引水量2560万m3, 年引水天数为243天, 汛期从坝下河道取水, 31年中有1年不能保证供水;彰武电厂引水量为0;此外5月可以向盘锦地区农业供水4147万m3, 水库弃水量13973m3。
2.2 防洪限制水位174.5m完全蓄洪方案
非汛期水库最高蓄水位181.5m, 汛期最高蓄水位为174.5m, 死水位169.0m, 完全蓄洪不考虑冲沙排水需要。水库完全可以满足阜新市和彰武县的引水要求, 多年平均年引水天数365天, 总年引水量为5925万m3, 阜新引水量3945万m3, 彰武电厂引水量1980万m3, 此外5月可以向盘锦地区农业供水4077万m3, 水库弃水量10678m3。
2.3 防洪限制水位174.5m洪水期敞泄排沙方案
非汛期水库最高蓄水位181.5m, 汛期最高蓄水位为174.5m, 死水位169.0m, 遇大洪水时考虑四种排沙方案:第Ⅰ方案, 当入库洪峰日平均流量>300m3/s时, 放空水库排沙;第Ⅱ方案, 当入库洪峰日平均流量>200m3/s时, 放空水库排沙;第Ⅲ方案, 当入库洪峰日平均流量>100m3/s时, 放空水库排沙;第Ⅳ方案, 当入库洪峰日平均流量>50m3/s时, 放空水库排沙。各排沙方案水库径流调节计算成果见表2。
2.4 方案比较结论
闹德海水库若按原“冬蓄春放, 汛期敞泄”运用方式, 水库只能满足阜新市非汛期243天引水, 多年平均供水2560万m3, 而且有一个不能保证供水;彰武电厂引水为0 (因汛期敞泄无法供水) ;向盘锦地区农业供水4147万m3。这不能改变汛期从坝下河道取水保证率低、成本高的不良状况, 阜新市城市供水将得不到保证, 彰武电厂汛期也必须另找水源。可见, 闹德海水库要构成一个稳定的城市和发电厂的供水水源, 汛期必须设置防洪限制水位蓄水运用。
闹德海水库汛期防洪限制水位抬高至174.5m, 若不考虑排沙, 完全蓄洪运用, 虽然可以满足阜新市和彰武发电厂的引水及库伦耕地不被淹没要求, 但是柳河多沙, 水库会很快被泥沙淤死。因此, 必须考虑在汛期中安排一定的冲沙期。
水库汛期选用的4种排沙方案:
第1方案入库洪峰日平均流量>300m3/s, 水库进行放水排沙时, 1970～2000年31年系列中, 有2旬水库需放水排沙, 不能正常供水。水库多年平均供水量为5840万m3, 其中阜新市引水3910万m3 (日引水10.71万m3) , 彰武发电厂引水1970万m3。水库较改变运用前年供水量增加3320万m3。
第2方案入库洪峰日平均流量>200m3/s, 放空水库排沙时, 1970～2000年31年系列中, 有9旬水库需放水排沙, 不能正常供水。水库多年平均供水量为5840万m3, 其中阜新市引水3880万m3 (日引水10.63万m3) , 彰武发电厂引水1960万m3。水库较改变运用前年供水量增加3280万m3。
第3方案入库洪峰日平均流量>100m3/s, 放空水库排沙时, 1970～2000年31年系列中, 有21旬水库需放水排沙, 不能正常供水。水库多年平均供水量为5760万m3, 其中阜新市引水3830万m3 (日引水10.50万m3) , 彰武发电厂引水1930万m3。水库较改变运用前年供水量增加3200万m3。
第4方案入库洪峰日平均流量>50m3/s, 放空水库排沙时, 1970～2000年31年系列中, 有36旬水库需放水排沙, 不能正常供水。水库多年平均供水量为5630万m3, 其中阜新市引水3750万m3 (日引水10.27万m3) , 彰武发电厂引水1880万m3。水库较改变运用前年供水量增加3070万m3。
由上述分析可以看出, 当排沙流量由日平均50m3/s增加至100m3/s时, 水库多年平均增加供水水量80万m3;当排沙流量由日平均200m3/s增加至300m3/s时, 水库多年平均增加供水水量40万m3。比较表明, 第Ⅲ方案增加效益最大, 供水量和保证率都满足要求, 可以推荐。
3 结论
锅炉汽包水位的原理分析 篇6
汽包水位计是现代火电厂最重要的监视仪表之一, 其测量准确与否对生产过程影响很大。汽包水位过高, 降低了汽包内汽水分离器的分离效果, 使供出的饱和蒸汽携带水分过多, 含盐量也增多。由于蒸汽湿度大, 过热蒸汽过热度降低, 这不但降低了机组出力, 而且容易造成汽机末几级叶片的水冲击, 造成轴向推力过大使推力轴承磨损;含盐量过多, 使过热器和汽机流通部分结垢, 使机组出力不足且易使受热面过热而造成爆管。汽包水位过低, 则破坏了锅炉的汽水自然循环, 致使水冷壁管被烧坏, 严重缺水时还会发生爆管等事故。所以准确测出汽包内水位, 以提高机组的安全性是技术人员重点关注的问题[1]。
1 几种水位测量仪表的应用介绍
1.1 双色水位计
双色水位计采用连通器原理制成, 通过光学原理中水汽两种介质的折射率不同而显示出锅炉水汽颜色的不同, 汽红水绿。这种水位计属于锅炉的附属设备, 就地安置。直接观测水位, 汽满呈现红色, 水满呈现绿色。随水位变化自动而连续。在锅炉启、停时用以监视汽包水位和正常运行时定期校对其他型式的水位计。
1.2 电接点式水位计
利用饱和蒸汽与蒸汽凝结水的电导率的差异, 将非电量的锅炉水位转换为电信号, 并由二次仪表远距离地显示水位。电接点式水位计基本上克服了汽包压力变化的影响, 可用于锅炉启停及参数运行中。电接点式水位计离汽包很近, 电极至二次仪表全部是电气信号传递, 所以这种仪表延迟小, 误差小, 不需要进行误差计算和调整, 使得仪表的检修与校验大为简化[3]。
1.3 差压式水位计
差压式水位计的工作原理是在汽包水位取样管上安装平衡容器, 利用液体静力学原理使水位转换成差压, 用引压管将差压信号送至差压计, 由差压计显示汽包水位。经过发展现在采用智能式差压变送器来测量汽包水位, 特别计算机控制技术的引入, 从技术性能、安全性、可靠性都有了极大的提高, 现在亚临界锅炉均采用差压式水位计作为汽包水位测量的主要手段, 并作为汽包水位控制、保护信号用。
平衡容器又叫“凝结球”, 根据测量准确性的要求不同, 有以下几种平衡容器:单室平衡容器、双室平衡容器、带蒸汽罩补偿式平衡容器等。下面就简单介绍单、双平衡容器的原理。
(1) 单室平衡容器的测量原理
1-正压一次门2-单室平衡容器3-负压一次门4-汽包
如图1所示, 单室平衡容器结构简单, 安装方便, 但测量误差较大。当锅炉在额定气压运行, 水位为正常水位时, 其输出的差压△p比较稳定, 测量较准确;当气压下降时 (即使此时的水位保持不变, 正压侧压力p+变化不大) , 负压侧的压力p-将显著增大, 致使平衡容器输出差压减小, 水位表指示偏高。
由图可以得到水位测量关系式:
式中:ρc:平衡容器内水密度, 单位:kg/m3;
ρw:汽包内饱和水密度, 单位:kg/m3;
ρs:汽包内饱和汽密度, 单位:kg/m3;
g:重力加速度, 单位:m/s2;
H:汽包水位, 单位:m;
△P:平衡容器输出差压, 单位:k Pa;
L:水位计量程, 单位:m。
由图1和上式可以看出, 正压侧压力p+由恒定的水柱高度维持, 负压侧压力p-则随汽包水位变化而变化, 所以△p即随汽包水位而变化。但是, 由于汽包内的饱和水与平衡容器内的冷凝水温度不同 (即密度不同) , 会导致测量误差。单室平衡器一般用于测量低温、低压容器的水位, 在用于测量锅炉汽包水位时, 要运用水位测量的汽压自动校正系统才能实现较准确的测量。
(2) 双室平衡容器的测量原理
1-正压一次门2-双室平衡容器3-负压一次门4-汽包
由图2所示, 负压侧置于平衡容器内, 下部与汽包的水室相连通, 内外2根管内水的温度比较接近, 减少了采用单室平衡容器因正负压取样管内水的密度不同所引起的测量误差, 但是, 由于平衡容器内的温度还是低于汽包内的温度, 故负压管内的水位比汽包实际水位偏低, 因而产生测量误差, 而且也没有完全消除由密度引起的误差。因此, 必须要采取一定的措施, 进一步消除上述因素对汽包水位测量的影响。这种被用来消除密度或温度变化带来的影响的措施就叫做补偿[4]。通过补偿以准确地测定汽包中的水位。我们可以通过以下步骤建立补偿系统: (1) 确定双室平衡容器的0水位位置; (2) 确定差压变送器的量程, 它的量程是由汽包水位的测量范围、容器的0水位位置及补偿系统的补偿起始点3方面因素决定的; (3) 确定数学模型、通过函数的计算和查阅《饱和水与饱和水蒸汽密度表》确定函数。
采用补偿双室平衡容器是因为其在工作过程中, 饱和蒸汽在室中凝结释放热量, 对其中正压补偿管和负压补偿管加热, 并且平衡容器外层加以足够的保护层。减少了热量损失, 使平衡容器的温度接近于汽包内的温度。从而使正压补偿管及负压管内水的密度在任何工况下都近似等于汽包内水的密度;又由于正确的选择正压补偿管的高度, 在汽包水位一定时, 使汽包内的压力无论如何变化, 正压补偿管的压力与负压管的压力变化值均相等, 因此双室平衡容器输出的差压不变, 即低置水位表指示的水位不变。一旦汽包内水位发生变化, 则平衡容器输出的差压也随之线性变化, 所以低置水位指示可以适时显示汽包内的水位。
(3) 蒸汽罩补偿式平衡容器的测量原理
鉴于当汽压变化时, 单室平衡容器和蒸汽罩双室平衡容器的输出差压变化方向恰好是相反的, 于是提出了蒸汽罩补偿式平衡容器 (即带中间抽头的双室平衡容器) [5], 其结构如图3所示。
1-正压一次门2-蒸汽罩式双室平衡容器3-负压一次门4-汽包5-至下降管
蒸汽罩补偿式平衡容器正压侧取样管的水柱改由2段组成, ι段保持饱和温度, L—ι段保持室温。适当选择2段的比例, 即可获得在某一特定水位 (如正常水位) 下平衡容器输出的差压值不受汽压变动的影响。
目前, 测量中小型锅炉汽包水位时, 广泛采用蒸汽罩补偿式平衡容器, 用蒸汽罩对正压恒位水槽加热, 使槽内的水在任何情况下都与汽包压力下饱和水的密度相同, 不受环境温度的影响。蒸汽罩的加热蒸汽取自汽包的蒸汽室, 凝结水经疏水管“5”流至锅炉下降管。
为了使平衡容器能迅速达到正常的工作状态, 在汽包与平衡容器的连接管之间加装汽侧一次门, 当锅炉开始升压时, 要关闭该阀门, 使较高压力的炉水由疏水管注入平衡容器, 并迅速充满正压恒位水槽。这样, 待仪表管路冲洗后, 打开该阀门, 水位表即可正常投入[6]。
2 结语
实践证明, 补偿双室平衡容器指示精确度高, 表现出良好的稳定性, 应推广应用。俗话说, 办法总比困难多。随着测量技术的不断发展, 汽包水位的测量手段也越来越多, 汽包水位的测量也越来越精确。结合本厂的实际情况, 正确应用新技术以解决汽包水位测量偏差情况, 提高水位测量准确度。[2]
参考文献
[1]侯子良.锅炉汽包水位测量系统[M].北京;中国电力出版社, 2001.
[2]姬海军.锅炉汽包水位的测量分析及检验[J].水泥, 2001.
[3]祁延强, 李红蓉.大通电厂汽包水位监测保护系统改造[J].青海电力, 2009, S2期.
[4]吴业飞, 时敏.双室平衡容器汽包水位测量及其补偿系统的应用[J].自动化仪表, 2004, 7.
[5]陈欢.双室平衡容器在锅炉汽包上的应用[J].石油化工自动化, 2010, 5.
汽包水位的测量方法简述 篇7
关键词：汽包水位,测量误差,双色水位计,差压式水位计,电极式水位计
汽包水位过高, 直接影响汽水分离的效果, 使饱和蒸汽湿度增大, 含盐量增多。当水位高到一定程度时, 蒸汽就要带水, 而水中含盐浓度远比蒸汽的高, 致使蒸汽品质恶化, 盐类将在过热器管壁上结垢, 导致过热器管被烧坏、爆破, 严重时会导致汽轮机进水。若汽包水位过低, 则破坏了锅炉的汽水自然循环, 致使水冷壁管被烧坏, 严重缺水时还会发生爆管等事故。
一、汽包水位的复杂性
(一) 水面不平稳。
汽水混合物有从水面引入汽包的, 也有从水下引入的, 动能很大的汽水混合物冲击着炉水, 使水面形成波浪和水柱。同时, 汽包的工作压力不断地在平均值附近波动, 致使水冷壁中水沸腾的起始位置不断降低升高。这些会使汽包中的水位不断地上下波动。
(二) 没有明显的汽水分界面。
在炉水中汽泡在接近汽包底部处很少, 而接近水面处则很多。因此炉水的密度自下而上逐渐减小, 密度分布没有跳跃的转折点。
(三) 炉水表面有泡沫。
由于炉水中含盐容易形成泡沫。
(四) 沿汽包轴向和辐向的水位高低不同。
由于汽包沿轴向汽水混合物引入不相等, 造成汽包两端水位低, 中部具有明显的凸起。汽包水位的辐向分布与上升管的联接部位有关。一般在上升管联接的一边水位较高, 同时中部也有凸起现象, 这是由于汽水分离器排水干扰引起的。由以上可知:锅炉的汽包水位是一个非常复杂的参数, 要准确测量难度较大 (至今尚未研制出一种测量方式能很好满足监视、自动调节、保护对它的要求) 。同时也应知道, 片面地追求几台水位计指示完全一致是错误的。
二、汽包水位的几种测量方法在印尼百通电站工程中的应用
(一) 中国长春锅炉仪表程控股份有限公司生产的B69H-32/2-W型无盲区双色水位计。
结构及工作原理。本水位计观察孔在表体两条直线上, 通过将观察孔交错组合消除了中间盲区。由发光二极管发出的红绿光, 分别射向表体的观测窗, 在表体的气相部分, 红光射向正前方, 而绿光斜射倒壁上被吸收;与此同时在液相部分, 由于水的折射使得绿光射向正前方, 红光斜射到壁上被吸收。因此在正前方观察将获得汽红水绿、汽满全红水满全绿的显示效果。主要技术参数:公称压力:32MPa;工作压力:21.5MPa;温度:370℃;中心距离:1, 180mm;可视长度:670mm;光源:发光二级管。
在锅炉启、停时用以监视汽包水位和正常运行时定期校对其他型式的水位计。双色水位计观测明显直观, 但在实际运行中, 由于锅炉加药腐蚀和水汽冲刷, 运行一段时间以后, 石英玻璃管内壁磨损严重, 引起汽水分界不明显。尤其现在一般采用工业电视监视, 现场摄像头受光线变化影响使水位显示更加模糊不清, 另外由于水位计处于汽包上, 环境温度高, 使水位计的照明维护工作量明显增加。本工程采用彩色工业电视监视的方式, 由于摄像头与水位计并非一体, 在负荷逐渐升高时水位计的中心会随汽包横向膨胀偏离摄像头, 造成了红绿颜色分不清的问题, 增加了每次启动必须调节发光二极管角度的工作量。经改造, 将摄像头支架与水位计支架相连, 使得摄像头随之移动, 彻底解决了这个问题。
(二) 中国长春锅炉仪表程控股份有限公司生产的DQS系列电接点水位计。
本水位计是利用炉水和蒸汽导电率差异的特性进行测量, 由于液位的变化使部分电极进入水中, 部分电极至于蒸汽中, 炉水中的电极对筒体阻抗小, 而蒸汽中的电极对筒体的阻抗大, 利用这一特性, 可将非电量的水位转化为电量, 送给智能二次仪表, 从而实现水位的显示、报警等功能。本工程采用双侧分别在+200、+127、-178、-320取监视报警点。
二次仪表使用双色光柱显示水位, 全部参数使用数字设定, 水位设定最大指示为24点, 7路可在线编程任意高低报警输出, 由于全部参数均可在线设定, 并能掉点记忆, 对于不同地区各种水阻均可适应, 给现场带来很大方便。本身自带4～20mA输出, 适用于就地控制并与DCS系统连接。同时利用CMOS高输入阻抗的特点, 信号输入回路仅有微电流通过电极, 可以使被测液体对电极的化学腐蚀减少到最低限度, 因此, 使用本仪表能延长电极的使用寿命。另外, 在二次仪表上可以设置不同的修正值, 以实现对电极的阻值的适应性调整。所以本二次仪表能够适应不同压力、不同水质的各种汽包的水位监视。
测量筒技术参数:筒体直径×壁厚×筒体长度=Φ102×20×670;连通管规格:Φ38×5;排污管规格:Φ28×4;电极安装方式:压入式;二次仪表参数:环境温度-10℃～+50℃相对湿度<80%;电源AC220V 50Hz, 电流<1A, 功耗<20VA;报警输出:7路报警输出, 无源触点, 可在线任意设定, 自动记忆。水位修正:设定范围0～100分档, 自动记忆。筛选功能:故障电极筛选;电极信号传输距离:≤300米。
利用饱和蒸汽与饱和蒸汽凝结水的电导率的差异, 将非电量的锅炉水位变化转换为电信号, 并由二次仪表远距离地显示水位。电极式水位计基本上克服了汽包压力变化的影响, 可用于锅炉启停及变参数运行中。电极式水位计离汽包很近, 电极至二次仪表全部是电气信号传递, 所以这种仪表不仅迟延小而且误差小, 不需要进行误差计算与调整, 使得仪表的检修与校验大为简化。但是由于相邻两电接点有一定距离, 水位信号变化是阶跃的。它的指示是不连续的, 两电极之间的距离是仪表的不灵敏区。不便于实现水位自动控制。存在测量筒内水柱温降造成的误差, 使示值低于饱和水位。由于测量筒水侧部分的散热比云母水位计少, 因此电接点水位计指示较接近饱和水位。电接点使用寿命较低, 经长时间运行, 会出现腐蚀现象, 发生泄漏。需在运行中退出仪表进行更换。故障率高, 维护量大, 影响安全。
(三) 差压式水位计。
本工程使用4套差压变送器测量汽包水位, 其中水位2为全水位测量, 作为监视用, 水位1、3、4经计算后取平均值, 当其值大于+254和小于-381时跳闸MFT。水位1、3、4计算后还与给水流量、蒸汽流量组成三冲量控制系统。采用单室平衡容器的方式, 它的结构简单, 便于安装, 计算容易。根据液体静力学原理, 通过测量变动水位和恒定水位之间的静压差, 将差压值转换为水位值, 再通过差压变送器将汽包水位转换为随水位连续变化的电信号, 作为自动给水控制系统中的重要参数。特点是水位信号连续显示, 可输出标准4～20 m A信号, 用于远传、水位记录或实现水位自动调节。在运行中, 故障率较低, 维护量较小。
实际应用中差压式水位计存在的问题是:因为设计计算的平衡容器补偿装置是按水位处于零水位情况下得出的, 而运行中锅炉水位偏离零水位时, 就会引起测量误差。当蒸汽压力突然下降时, 正压容器内的凝结水被蒸发掉还会导致仪表指示失常。这些都给锅炉运行操作造成很大困难, 尤其投入自动给水调节时将产生错误动作, 导致锅炉事故发生。差压式水位计比较适合于锅炉稳定运行时的水位测量, 当运行参数变化很大时误差也就很大。因此在实际运行中尽量避免在差压测量系统上工作 (例如排污、校验时等) 。如必须工作时, 须与锅炉操作人员联系好, 尽量减少对差压测量的影响。
参考文献