一种内置式单室平衡容器汽包水位测量装置的制作方法

本实用新型涉及汽包水位测量技术领域，具体涉及一种内置式单室平衡容器汽包水位测量装置。

背景技术：

汽包水位是电厂锅炉的一个非常重要的监控参数，它间接反映了锅炉负荷(即锅炉所产生的蒸汽量)和给水量之间的物质平衡关系，保持汽包内的正常水位在一定的允许范围内是保证锅炉和汽机安全运行的必要条件之一。

目前汽包水位的测量中经常采用的方法有：云母水位计、双色水位计、电接点水位计和差压式水位计。其中云母水位计的指示直观、可靠，但远程监视不便；双色水位计可就地显示，也可利用工业电视技术在主控室实现远程监视；电接点水位计在测量中指示不够连续；差压式水位计最为常用，也可作为水位调节的被调参数，因此本领域较为重视差压式水位计的技术创新。

差压式水位计的原理是将汽包水位通过平衡容器转换为差压信号，用差压计测量出差压的大小，从而得出水位的高低。汽包水位测量广泛采用差压式水位计，其中目前采用的差压式汽包水位测量平衡容器通常主要有单室平衡容器和双室平衡容器。目前采用的单室平衡容器如图1所示：包括正压一次门1、单室平衡器2、负压一次门3和汽包4。图1中ρ_s为饱和汽的密度，ρ_w为饱和水的密度，ρ_c为单室平衡器2内水的密度，H为当前水位到负压一次门连接管路的距离；L为正压一次门连接管路到负压一次门连接管路的距离；P+为正压，P-为负压。

单室平衡容器结构简单，安装方便，但测量误差较大。当锅炉在额定汽压运行，水位为正常水位时，其输出的差压比较稳定，测量较准确；当汽压下降时，负压侧的压力将显著增大，致使平衡容器输出差压减小，水位指示偏高。

针对单室平衡容器的这一现象，本实用新型进行了改造，采用内置式单室平衡容器，从而实现更精准的水位测量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种内置式单室平衡容器汽包水位测量装置，所要解决的技术问题是如何实现更精准的水位测量。

本实用新型所述的内置式单室平衡容器汽包水位测量装置包括汽包、内置平衡罐、正压侧取样管、负压侧取样管、汽侧管、冷凝水引入管、冷凝罐和差压变送器，其中所述的内置平衡罐设置在汽包的内部，所述的冷凝水引入管设置在所述的内置平衡罐中，所述的冷凝水引入管与汽侧管连通，汽侧管的一端插入汽包内，汽侧管的另一端与冷凝罐连接，所述的正压侧取样管的一端插入汽包内并连接到内置平衡罐上，正压侧取样管的另一端连接到差压变送器的正压侧，所述的负压侧取样管的一端与汽包连接，负压侧取样管的另一端连接到差压变送器的负压侧，所述的冷凝罐和差压变送器均设置在汽包的外部。

所述的内置平衡罐设置在汽包中水面的上方。

所述的冷凝水引入管倾斜地设置在所述的内置平衡罐中。

所述的内置式单室平衡容器汽包水位测量装置还包括备用正压取样管，该备用正压取样管连接在冷凝罐的一侧。

所述的汽侧管和备用正压取样管分别设置在冷凝罐的不同侧。

所述的内置平衡罐的筒高147mm，筒直径为Ф90mm，内置平衡罐的测量筒为上部开口筒，筒顶另配直径90mm的圆形盖，圆形盖的厚度为3mm，筒的底部开孔，开孔尺寸为直径Ф15mm，孔中心与底同轴，筒壁上部开有长型孔，长型孔为前后对称，在一个中心线上，共两个，宽度为30mm，长度为60mm，长型孔的底部为直径30mm的半圆；整个筒体厚度均为3mm。

本实用新型的技术方案具有如下优点：

本实用新型所述的内置式单室平衡容器汽包水位测量装置将单室平衡容器置于汽包的内部，使其水容器和参比水柱永远处于饱和环境下，克服了参比水柱水温难以测量的不足，从而使信号更加稳定。由于将平衡罐安装在汽包内部，克服了环境温度对测量结果的影响，简化了补偿公式，使测量结果更真实、准确、稳定，三个平衡容器的测量值更接近真实值。由于在汽包的汽侧取样管上焊接有冷凝罐，可以及时向内置平衡容器中补充冷凝后的饱和水，可以保证在启炉后短时间内投入汽包水位。备用正压取样管，防止内装式平衡罐出现意外后可将正压侧管与之相连，这样就可以变成外置式单室平衡容器继续测量汽包水位。

附图说明

图1是现有技术中配单室平衡容器的差压式水位计测量示意图。

图2是所述的内置式单室平衡容器汽包水位测量装置的原理示意图。

图3是所述的内置平衡罐的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图2所示，本实用新型所述的内置式单室平衡容器汽包水位测量装置包括汽包1、内置平衡罐2、正压侧取样管3、负压侧取样管4、汽侧管5、冷凝水引入管6、冷凝罐7和差压变送器9，其中所述的内置平衡罐2设置在汽包1的内部，所述的冷凝水引入管6设置在所述的内置平衡罐2中，所述的冷凝水引入管6与汽侧管5连通，汽侧管5的一端插入汽包1内，汽侧管5的另一端与冷凝罐7连接，所述的正压侧取样管3的一端插入汽包1内并连接到内置平衡罐2上，正压侧取样管3的另一端连接到差压变送器9的正压侧，所述的负压侧取样管4的一端与汽包1连接，负压侧取样管4的另一端连接到差压变送器9的负压侧，所述的冷凝罐7和差压变送器9均设置在汽包1的外部。

所述的内置平衡罐2设置在汽包1中水面的上方。

所述的冷凝水引入管6倾斜地设置在所述的内置平衡罐2中。

所述的内置式单室平衡容器汽包水位测量装置还包括备用正压取样管8，该备用正压取样管8连接在冷凝罐7的一侧。

所述的汽侧管5和备用正压取样管8分别设置在冷凝罐7的不同侧。

内置平衡罐2的作用是形成一个稳定的正压头，即形成一个水位标尺。

冷凝罐7的作用是通过冷凝水引入管6和汽侧管5将汽包中的饱和蒸汽冷凝后补充内置平衡罐2中的水，使其保持满水。

汽侧管5以及冷凝水引入管6的作用是引出汽包中的饱和蒸汽，同时将冷凝后的水补充回内置平衡罐。

正压侧取样管3的作用是将内置平衡罐中的静压水引至差压变送器的正压侧。

负压侧取样管4的作用是将汽包中的静压水引至差压变送器的负压侧。

差压变送器的作用是将引入的正、负压的差压转换成电信号，同时传送给DCS系统显示水位值。

图2中，L为平衡罐上边沿到水侧取样管中心线的距离(即平衡容器中参比水柱的高度)，H₀为0水位线到水侧取样管中心线的距离(即汽包水侧取样孔中心线距汽包零水位线的高度)，ΔH为现在水位线相对于0水位线的差值(即汽包内水位)，γ₁为平衡容器中参比水柱(饱和水)的密度；γ₂为汽包内饱和汽的密度。

本实用新型所述的内置式单室平衡容器汽包水位测量装置的测量原理为：

汽包运行过程中饱和蒸汽进入到冷凝罐中冷凝成饱和水，回流到平衡罐中，参比水柱所形成的静压通过正压侧取样管引到差压变送器的正端，汽包内的水通过负压侧取样管引到差压变送器的负端，这样差压变送器输出差压信号给DCS，在DCS中通过压力补偿计算得出汽包内的水位。这样测量没有了环境温度对参比水柱密度的影响，计算出来的结果就更接近于汽包中的实际水位，能够更准确的反映汽包的水位。

内置式平衡容器是平衡罐安装在汽包内，使平衡罐及引出水接近饱和水温度，这样可以通过压力补偿，有稳定的计算参数，可以消除因参比水温度变化对水位测量的影响。本测量装置最主要的改进之处是将参比水柱(L-H₀-ΔH)从汽包外面移至汽包内部，由不饱和水变为饱和水。

计算公式及信号补偿：

内置式平衡容器中，由于参比水柱的平均密度等于汽包内水的密度，变送器所测量的差压值ΔP为浸泡在汽段的参比水柱(饱和水)所形成的静压和相同高度的饱和汽所形成的静压之差。内置式平衡容器汽水水位测量公式如下：

根据流体静力学原理，平衡容器输出的差压为

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

式中：L为平衡容器中参比水柱的高度；

H₀为汽包水侧取样孔中心线距汽包零水位线的高度；

ΔH为汽包内水位；

γ₁为平衡容器中参比水柱(饱和水)的密度；

γ₂为汽包内饱和汽的密度；

由公式(1)可得汽包内置水位平衡容器的计算公式：

ΔH＝[L-H₀]-ΔP/(γ₁-γ₂) (2)

由于饱和水的密度γ₁和饱和汽的密度是随着汽包压力变化而变化的，因此，要用差压法准确测量汽包内水位，就必须对差压水位信号进行压力补偿。由于平衡罐改装到了汽包内部，克服了环境温度对测量结果的影响，无须进行稳定补偿。

后备外置式单室平衡容器：

为确保本装置可靠稳定的测量，在冷凝罐的一端设置有一段备用正压取样管。万一内置水位平衡容器在使用期间出现问题，导致无法正常测量，便可将冷凝罐一端打开，连接至备用正压取样管。此时本装置便等同于外置式单室平衡容器，可以继续进行汽包水位的测量。

本实用新型的关键改进点在于：

1、平衡罐移到汽包内部

把平衡罐移入汽包内部，从平衡容器到整个参比水柱的温度与汽包内部的饱和温度完全相同，使参比水柱温度引起的误差不再存在。

2、在汽包内部找到补充水源

把平衡容器移入汽包内部后，如果仍然从汽包外部取得补充水，因为平衡容器和参比水柱中水的过冷度还会随时变化，则不能保证测量准确度。本装置的使用可以在汽包内部找到补充水源。

3、实现装置内热水的隔离

内置式的平衡罐把平衡容器中的冷热水隔开，保证了参比水柱中的水为饱和水温度，但又不影响差压值的传递和测量。此结构还使得平衡容器水面的波动更小、测量值更加平稳；大大降低了停炉后装置内水的蒸发速度，延长了在锅炉停炉后的持续工作时间。

下面结合图3介绍内置平衡罐2的制作和安装。如图3所示，所述的内置平衡罐(又称汽包水位测量筒)的筒高147mm，筒直径为Ф90mm，测量筒为上部开口筒，筒顶另配直径90mm的圆形盖，厚度为3mm，筒的底部开孔，开孔尺寸为直径Ф15mm，孔中心与底同轴，筒壁上部开如图3所示大小的长型孔，长型孔为前后对称，在一个中心线上，共两个，宽度为30mm，长度为60mm，底部为直径30mm的半圆；整个筒体厚度均为3mm，筒体及筒盖材质均为不锈钢(1Cr18Ni9Ti)。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。