基于双差压变送器的液位测量装置及液位测量方法与流程

本发明涉及一种基于双差压变送器的液位测量装置及液位测量方法。

背景技术：

当前，大量的锅炉和废锅应用于电力行业、石化行业或煤化工行业中，利用这些锅炉或废锅产出蒸汽以用于发电、驱动蒸汽透平或回收工艺系统产生的热量。锅炉和废锅的汽包液位是一个非常重要的参数，是衡量汽水系统是否平衡的标志，汽包液位的高低直接影响蒸汽的品质以及锅炉和废锅的安全运行。例如，汽包液位过高会影响汽水分离效果，使产出的蒸汽带液，不仅降低了蒸汽的质量和产量，而且会导致诸如蒸汽透平等下游设备的损坏；若汽包液位过低，轻则影响锅炉或废锅内的汽、水平衡，重则导致锅炉和废锅损坏，甚至会引起爆炸。因此，针对汽包液位的控制尤其需要引起重视。

尽管目前已经开发出了多种用于控制汽包液位的方法，例如，双冲量控制方法和三冲量控制方法。但是，由于现有的测量方法依旧难以准确地测量出汽包的液位，致使汽包液位控制仍然是困扰锅炉和废锅平稳、安全运行的难题。

现有技术中通常采用一套或多套“一台差压变送器+一台单室平衡容器”或者“一台差压变送器+一台双室平衡容器”来测量废锅和锅炉中的汽包液位。然而，由于受汽包运行工况变化、环境温度变化以及伴热影响，单室平衡容器和双室平衡容器的参比水柱密度均具有较大的不确定性。例如，较大的昼夜温差、寒冷季节投用伴热或者汽包降压运行等都将导致参比水柱密度发生变化，进而影响汽包液位的准确测量和控制精度。

技术实现要素：

本发明所要解决的首要技术问题是针对上述现有技术提供一种能保证汽包液位的测量精度，避免液位测量受到运行工况变化、环境温度变化以及伴热影响的基于双差压变送器的液位测量装置。

本发明所要解决的进一步技术问题是提供一种基于双差压变送器的液位测量方法。

本发明解决上述首要技术问题所采用的技术方案为：基于双差压变送器的液位测量装置，其特征在于，包括第一液位差压变送器和第二液位差压变送器，其中：

所述第一液位差压变送器的负压接口通过第一导压管连通待测设备的负压管口，第一导压管上设置有紧邻所述负压管口的负压侧根部阀和负压侧冷凝容器；第一液位差压变送器的正压接口通过第二导压管连通待测设备的正压管口，第二导压管上设有紧邻所述正压管口的正压侧根部阀和正压侧冷凝容器；

所述第二液位差压变送器的负压接口通过第三导压管连通第一导压管；第二液位差压变送器的正压接口通过第四导压管连通负压侧冷凝容器，第四导压管上设有紧邻所述负压侧冷凝容器的第一分离罐隔离阀；

所述正压侧冷凝容器的下游连通有第五导压管，第五导压管上设置有正压侧排污阀；

所述第三导压管的下游连通有第六导压管，在第六导压管上设置有负压侧排污阀；所述第四导压管的下游连通有第七导压管，第七导压管上依次连接有第二分离罐隔离阀和分离罐，在分离罐下游的所述第七导压管上设置有分离罐排污阀。

改进地，所述负压侧冷凝容器和正压侧冷凝容器均设置有三个过程接口以及一个配有排放丝堵的排放口。其中，负压侧冷凝容器的一个过程接口连通负压侧根部阀，负压侧冷凝容器的另一个过程接口分别连通第一液位差压变送器和第二液位差压变送器，负压侧冷凝容器的第三个过程接口连通第一分离罐隔离阀；对应地，正压侧冷凝容器的一个过程接口连通正压侧根部阀，正压侧冷凝容器的另一个过程接口连通第一液位差压变送器，正压侧冷凝容器的第三个过程接口连通正压侧排污阀。

进一步改进，所述第二导压管通过第一三阀组连通第一液位差压变送器，所述第三导压管通过第二三阀组连通第二液位差压变送器；所述第六导压管经第二三通、第一三通连通第一液位差压变送器；所述第四导压管经第三三通分别连通第七导压管和第二液位差压变送器。

再改进，所述第一三阀组包括有第一三阀组负压侧隔离阀、第一三阀组正压侧隔离阀和第一三阀组平衡阀；所述第二三阀组包括有第二三阀组负压侧隔离阀、第二三阀组正压侧隔离阀和第二三阀组平衡阀。

本发明解决上述进一步技术问题所采用的技术方案为：基于双差压变送器的液位测量方法，利用上述的液位测量装置，其特征在于，包括如下步骤1至步骤6：

步骤1，在所述液位测量装置投入使用之前且在常温常压状态下，对第一液位差压变送器和第二液位差压变送器进行调校操作；其中，所述调校操作包括如下步骤1-1至步骤1-6：

步骤1-1，关闭负压侧根部阀和正压侧根部阀，以保持所述液位测量装置与待测设备之间的相互独立；

步骤1-2，打开负压侧排污阀、正压侧排污阀、第一分离罐隔离阀、第二分离罐隔离阀、分离罐排污阀、第一三阀组负压侧隔离阀、第一三阀组正压侧隔离阀、第二三阀组负压侧隔离阀和第二三阀组正压侧隔离阀，并关闭第一三阀组平衡阀和第二三阀组平衡阀；

步骤1-3，将负压侧冷凝容器和正压侧冷凝容器的排放丝堵均打开，并保持负压侧冷凝容器的排放丝堵与正压侧冷凝容器的排放丝堵均处于打开状态；

步骤1-4，将第一液位差压变送器和第二液位差压变送器调零，再将第一液位差压变送器和第二液位差压变送器的量程均设置为-1000h₁g～0；其中，h₁为第一液位差压变送器的负压管口至正压管口的垂直距离；g为所述液位测量装置所处位置的重力加速度；

步骤1-5，关闭负压侧排污阀和正压侧排污阀后，将负压侧冷凝容器和正压侧冷凝容器内注满水，再分别封堵负压侧冷凝容器的排放丝堵以及正压侧冷凝容器的排放丝堵；

步骤1-6，检查确认分离罐排污阀无液体排出后，先关闭分离罐排污阀，再打开负压侧根部阀和正压侧根部阀，从而完成针对所述液位测量装置的调校工作；

步骤2，启动所述液位测量装置，并按照预设时间间隔对分离罐进行排液操作；其中，针对分离罐的排液操作包括如下步骤2-1至步骤2-5：

步骤2-1，锁定并保持第二液位差压变送器的测量值；

步骤2-2，关闭第一分离罐隔离阀和第二三阀组正压侧隔离阀；

步骤2-3，依次循环执行关闭分离罐隔离阀和打开分离罐排污阀的操作，并最终令分离罐排污阀处于打开状态；

步骤2-4，检查确认分离罐排污阀无液体排出后，关闭分离罐排污阀，分别打开第一分离罐隔离阀和第二分离罐隔离阀，并打开第二三阀组正压侧隔离阀；

步骤2-5，解除对第二液位差压变送器测量值的锁定，以使第二液位差压变送器重新投入运行，从而完成排液操作；

步骤3，第一液位差压变送器对待测设备进行差压测量，获取得到对应第一液位差压变送器的正压侧压力与负压侧压力之间的第一差压值：其中，所述第一差压值标记为ΔP₁；第一差压值ΔP₁的计算公式如下：

ΔP₁＝P₀+ρ₀Hg+ρ_s(h₁-H)g-(P₀+ρ₁h₁g)

＝(ρ₀-ρ_s)Hg+(ρ_s-ρ₁)h₁g；

其中，P₀表示待测设备内气相的操作压力，ρ₀表示待测设备内的液相密度，H表示待测设备中需要待测量的液位，g表示所述待测设备所处地的重力加速度，ρ_s表示待测设备内的气相密度，h₁表示第一液位差压变送器的负压管口至正压管口的垂直距离；ρ₁表示处于负压侧冷凝容器与第三导压管之间的第一导压管内的液相密度；

步骤4，第二液位差压变送器对待测设备进行差压测量，获取得到对应第二液位差压变送器的正压侧压力与负压侧压力之间的第二差压值：其中，所述第二差压值标记为ΔP₂；第二差压值ΔP₂的计算公式如下：

ΔP₂＝P₀+ρ_sh₁g-(P₀+ρ₁h₁g)

＝(ρ_s-ρ₁)h₁g；

步骤5，根据所得第一差压值和第二差压值，获取第一差压值与第二差压值之间的差值；其中，第一差压值与第二差压值之间的差值标记为ΔP：

ΔP＝ΔP₁-ΔP₂

＝(ρ₀-ρ_s)Hg；

步骤6，根据第一差压值与第二差压值之间的差值，最终得到待测设备中需要待测量的液位：其中，需要待测量的液位H计算公式如下：

$H=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_1-{\mathrm{\ΔP}}_2}{({\mathrm{\ρ}}_0-{\mathrm{\ρ}}_s)g}.$

与现有技术相比，本发明的优点在于：

首先，在本发明所提供的液位测量装置中设置两个液位差压变送器，即第一液位差压变送器和第二液位差压变送器，第一液位差压变送器实时测量负压侧冷凝容器与待测设备的正压管口之间的差压，第二液位差压变送器实时测量负压侧冷凝容器与第三导压管之间的第一导压管上下差压，以消除第一导压管内液相密度的不确定性对测待测设备中的汽包液位测量精度造成影响，使得最终得到的汽包液位不会受到第一导压管内的液相密度影响，进而消除了运行工况变化、环境温度变化以及伴热对测量精度造成的影响，有效地保证了汽包液位测量的精度；

其次，利用本发明提供的液位测量方法对待测设备内的汽包液位进行测量，减少了在竖直方向上的第一导压管的长度，消除了因待测设备的正、负压侧管口之间导压管内液相介质的密度差所造成的额外误差，进一步提高了汽包液位测量精度。

附图说明

图1为本发明实施例中基于双差压变送器的液位测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中基于双差压变送器的液位测量方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的基于双差压变送器的液位测量装置，包括第一液位差压变送器LT1和第二液位差压变送器LT2，其中：

第一液位差压变送器LT1的负压接口通过第一导压管1连通待测设备的负压管口K1，第一导压管1上设置有紧邻负压管口K1的负压侧根部阀V1和负压侧冷凝容器C1；第一液位差压变送器LT1的正压接口通过第二导压管2连通待测设备的正压管口K2，第二导压管2上设有紧邻正压管口K2的正压侧根部阀V2和正压侧冷凝容器C2；

第二液位差压变送器LT2的负压接口通过第三导压管3连通第一导压管1；第二液位差压变送器LT2的正压接口通过第四导压管4连通负压侧冷凝容器C1，第四导压管4上设有紧邻负压侧冷凝容器C1的第一分离罐隔离阀V5；

正压侧冷凝容器C2的下游连通有第五导压管5，第五导压管5上设置有正压侧排污阀V4；

第三导压管3的下游连通有第六导压管6，在第六导压管6上设置有负压侧排污阀V3；第四导压管4的下游连通有第七导压管7，第七导压管7上依次连接有第二分离罐隔离阀V6和分离罐C3，在分离罐C3下游的第七导压管7上设置有分离罐排污阀V7。

改进地，在本实施例基于双差压变送器的液位测量装置中，负压侧冷凝容器C1和正压侧冷凝容器C2均设置有三个过程接口以及一个配有排放丝堵的排放口。负压侧冷凝容器C1的一个过程接口连通负压侧根部阀V1，负压侧冷凝容器C1的另一个过程接口分别连通第一液位差压变送器LT1和第二液位差压变送器LT2，负压侧冷凝容器C1的第三个过程接口连通第一分离罐隔离阀V5。对应地，正压侧冷凝容器C2的一个过程接口连通正压侧根部阀V2，正压侧冷凝容器C2的另一个过程接口连通第一液位差压变送器LT1，正压侧冷凝容器C2的第三个过程接口连通正压侧排污阀V4。

另外，在本实施例中，第二导压管2通过第一三阀组TV1连通第一液位差压变送器LT1，第三导压管3通过第二三阀组TV2连通第二液位差压变送器LT2；第六导压管6经第二三通T2、第一三通T1连通第一液位差压变送器LT1；第四导压管4经第三三通T3分别连通第七导压管7和第二液位差压变送器LT2。

再改进，本实施例中的液位测量装置还包括有两个三阀组，分别是第一三阀组TV1和第二三阀组TV2；其中，第一三阀组TV1包括有第一三阀组负压侧隔离阀V11、第一三阀组正压侧隔离阀V12和第一三阀组平衡阀V13；第二三阀组TV2包括有第二三阀组负压侧隔离阀V21、第二三阀组正压侧隔离阀V22和第二三阀组平衡阀V23。

另外，如图2所示，利用上述的液位测量装置，本实施例还提供一种基于双差压变送器的液位测量方法，该液位测量方法包括如下步骤1至步骤6：

步骤1，在液位测量装置投入使用之前且在常温常压状态下，对第一液位差压变送器LT1和第二液位差压变送器LT2进行调校操作；其中，调校操作包括如下步骤1-1至步骤1-6：

步骤1-1，关闭负压侧根部阀V1和正压侧根部阀V2，以保持液位测量装置与待测设备8之间的相互独立；这样，可以保证待测设备8的任何操作不会对测量装置的初步调校工作产生影响，测量装置的任何调校操作也不会对待测设备8的操作产生影响；

步骤1-2，打开负压侧排污阀V3、正压侧排污阀V4、第一分离罐隔离阀V5、第二分离罐隔离阀V6、分离罐排污阀V7、第一三阀组负压侧隔离阀V11、第一三阀组正压侧隔离阀V12、第二三阀组负压侧隔离阀V21和第二三阀组正压侧隔离阀V22，并关闭第一三阀组平衡阀V13和第二三阀组平衡阀V23；

步骤1-3，将负压侧冷凝容器C1和正压侧冷凝容器C2的排放丝堵均打开，并保持负压侧冷凝容器C1的排放丝堵与正压侧冷凝容器C2的排放丝堵均处于打开状态；

步骤1-4，将第一液位差压变送器LT1和第二液位差压变送器LT2调零，再将第一液位差压变送器LT1和第二液位差压变送器LT2的量程均设置为-1000h₁g～0；常温常压下，水的密度约为1000kg/m³，其中，h₁为第一液位差压变送器LT1的负压管口K1至正压管口K2的距离；g为液位测量装置所处位置的重力加速度；

步骤1-5，关闭负压侧排污阀V3和正压侧排污阀V4后，将负压侧冷凝容器C1和正压侧冷凝容器C2内注满水，再分别封堵负压侧冷凝容器C1的排放丝堵以及正压侧冷凝容器C2的排放丝堵；在液位测量装置投入使用后，第一导压管1和第二导压管2内的液相温度会升高，设置的负压侧冷凝容器C1会对第一导压管1内的液相提供额外的冷却效果，正压侧冷凝容器C2会对第二导压管2内的液相提供额外的冷却效果，以此降低第一液位差压变送器LT1工作时的工作温度，减小第一液位差压变送器LT1的正负两侧的温差；

步骤1-6，检查确认分离罐排污阀V7无液体排出后，先关闭分离罐排污阀V7，再打开负压侧根部阀V1和正压侧根部阀V2，从而完成针对液位测量装置的调校工作；

步骤2，启动液位测量装置，并按照预设时间间隔对分离罐C3进行排液操作；其中，针对分离罐C3的排液操作包括如下步骤2-1至步骤2-5：

步骤2-1，锁定并保持第二液位差压变送器LT2的测量值，避免排液操作对液位测量造成波动；

步骤2-2，关闭第一分离罐隔离阀V5和第二三阀组正压侧隔离阀V22；

步骤2-3，依次循环执行关闭分离罐隔离阀V6和打开分离罐排污阀V7的操作，并最终令分离罐排污阀V7处于打开状态；

步骤2-4，检查确认分离罐排污阀V7无液体排出后，关闭分离罐排污阀V7，分别打开第一分离罐隔离阀V5和第二分离罐隔离阀V6，并打开第二三阀组正压侧隔离阀V22；

步骤2-5，解除对第二液位差压变送器LT2测量值的锁定，以使第二液位差压变送器LT2重新投入运行，从而完成排液操作；

步骤3，第一液位差压变送器LT1对待测设备8进行差压测量，获取得到对应第一液位差压变送器LT1的正压侧压力与负压侧压力之间的第一差压值：其中，第一差压值标记为ΔP₁；第一差压值ΔP₁的计算公式如下：

ΔP₁＝P₀+ρ₀Hg+ρ_s(h₁-H)g-(P₀+ρ₁h₁g)

＝(ρ₀-ρ_s)Hg+(ρ_s-ρ₁)h₁g；

其中，P₀表示待测设备8内气相的操作压力，ρ₀表示待测设备8内的液相密度，H表示待测设备8中需要待测量的液位，g表示待测设备8所处位置的重力加速度，ρ_s表示待测设备8内的气相密度，h₁表示第一液位差压变送器LT1的负压管口K1至正压管口K2的垂直距离；ρ₁表示处于负压侧冷凝容器C1与第三导压管3之间的第一导压管1内的液相密度；该液相密度ρ₁往往因受到较大的昼夜温差、寒冷季节投用伴热或者汽包降压运行等因素影响而表现出很大的不确定性，液相密度ρ₁严重影响待测设备中汽包液位的测量准确度以及控制精度；此处待测设备中的汽包液位就是本实施例中所需要待测量的液位H；其中，待测量的液位H的最大取值为h₁；

步骤4，第二液位差压变送器LT2对待测设备8进行差压测量，获取得到对应第二液位差压变送器LT2的正压侧压力与负压侧压力之间的第二差压值：其中，第二差压值标记为ΔP₂；第二差压值ΔP₂的计算公式如下：

ΔP₂＝P₀+ρ_sh₁g-(P₀+ρ₁h₁g)

＝(ρ_s-ρ₁)h₁g；

步骤5，根据所得第一差压值ΔP₁和第二差压值ΔP₂，获取第一差压值ΔP₁与第二差压值ΔP₂之间的差值；其中，第一差压值ΔP₁与第二差压值ΔP₂之间的差值标记为ΔP：

ΔP＝ΔP₁-ΔP₂

＝(ρ_0-ρ_s)Hg；

步骤6，根据第一差压值ΔP₁与第二差压值ΔP₂之间的差值，最终得到待测设备8中需要待测量的液位：其中，需要待测量的液位H计算公式如下：

$H=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_1-{\mathrm{\ΔP}}_2}{({\mathrm{\ρ}}_0-{\mathrm{\ρ}}_s)g};$

根据步骤6中待测量液位H的计算公式可以看出，待测量液位H值的获取只取决于第一差压值ΔP₁、第二差压值ΔP₂、待测设备8内的液相密度ρ₀、待测设备8内的气相密度ρ_s以及待测设备8所处位置的重力加速度g，而通常情况下恶劣地影响待测液位测量精度的ρ₁，也就是负压侧冷凝容器C1与第三导压管3之间的第一导压管1内的液相密度在本实施例中已经被消除掉。可见，利用本实施例中基于双差压变送器的液位测量方法获取的待测设备中的待测量液位H因消除了第一导压管1内液相密度的不确定性影响而更加准确，避免液位测量受到运行工况变化、环境温度变化以及伴热影响，保证了汽包液位的测量精度，进一步确保了锅炉和废锅的安全运行。