一、工作原理
在正常工況下,鍋爐汽包內(nèi)的水位無法直接測量,為此多采用引出管測量法。但其弊病是引出管與汽包的溫度差異大,故水的密度與汽包內(nèi)差異大,從而造成一定的測量誤差。采用雙室平衡容器是因為其在工作過程中,飽和蒸汽在室中凝結(jié)釋放熱量,對其中正壓補償管和負壓補償管加熱,并且平衡容器外層加以足夠的保護層。減少了熱量損失,使平衡容器的溫度接近于汽包內(nèi)的溫度。從而使正壓補償管及負壓管內(nèi)水的密度在任何工況下都近似等于汽包內(nèi)水的密度;又由于正確的選擇正壓補償管的高度,在汽包水位一定時,使汽包內(nèi)的壓力無論如何變化,正壓補償管的壓力與負壓管的壓力變化值均相等,因此雙室平衡容器輸出的差壓不變,即低置水位表指示的水位不變。一旦汽包內(nèi)水位發(fā)生變化,則平衡容器輸出的差壓也隨之線性變化,所以低置水位指示可以適時顯示汽包內(nèi)的水位。
GM雙室平衡容器是一種結(jié)構巧妙,具有一定自我補償能力的汽包水位測量裝置。它的主要結(jié)構如圖1所示。在基準杯的上方有一個圓環(huán)形漏斗結(jié)構將整個雙室平衡容器分隔成上下兩個部分,為了區(qū)別于單室平衡容器,故稱為雙室平衡容器。為便于介紹,我結(jié)合各主要部分的功能特點,將它們分別命名為凝汽室、基準杯、溢流室和連通器,另外把雙室平衡容器汽包水位測量裝置簡稱為容器。
1.1凝汽室
理想狀態(tài)下,來自汽包的飽和水蒸汽經(jīng)過這里時釋放掉汽化潛熱,形成飽和的凝結(jié)水供給基準杯及后續(xù)環(huán)節(jié)使用。
1.2.基準杯
它的作用是收集來自凝汽室的凝結(jié)水,并將凝結(jié)水產(chǎn)生的壓力導出容器,傳向差壓測量儀表——差壓變送器的正壓側(cè)?;鶞时娜莘e是有限的,當凝結(jié)水充滿后則溢出流向溢流室。由于基準杯的杯口高度是固定的,故而稱為基準杯。
1.3.溢流室
溢流室占據(jù)了容器的大部分空間,它的主要功能是收集基準杯溢出的凝結(jié)水,并將凝結(jié)水排入鍋爐下降管,在流動過程中為整個容器進行加熱和蓄熱,確保與汽包中的溫度達到一致;在多數(shù)的平衡容器中并沒有下降管,其缺點是平衡容器的溫度與汽包的溫度不一致,造成測量誤差,因此,我建議應該使用帶有下降管的平衡容器。正常情況下,由于鍋爐下降管中流體的動力作用,溢流室中基本上沒有積水或少量的積水。
1.4.連通器
倒T字形連通器,其水平部分一端接入汽包,另一端接入變送器的負壓側(cè)。毋庸置疑,它的主要作用是將汽包中動態(tài)的水位產(chǎn)生的壓力傳遞給變送器的負壓側(cè),與正壓側(cè)的(基準)壓力比較以得知汽包中的水位。它之所以被做成倒T字形,是因為可以保證連通器中的介質(zhì)具有一定的流動性,防止其延伸到汽包之間的管線冬季發(fā)生凍結(jié)。連通器內(nèi)部介質(zhì)的溫度與汽包中的溫度很可能不一致,致使其中的液位與汽包中不同,但是由于流體的自平衡作用,對使汽包水位測量沒有任何影響。
1.5.差壓的計算
通過前面的介紹,我們可以知道:凝汽室、基準杯及其底部位于容器內(nèi)部的導壓管中的介質(zhì)溫度與汽包中的介質(zhì)溫度是相等的,即γw=γ`w,γs=γ`s。故而不難得到容器所輸出的差壓。我就以東方鍋爐廠的DG670-13.73-8A型鍋爐所采用的測量范圍為±300mm雙室平衡容器為例加以介紹(如圖1所示)。
通過圖1可知,容器正壓側(cè)輸出的壓力等于基準杯口所在水平面以上總的靜壓力,加上基準杯口至L形導壓管的水平軸線之間這段垂直區(qū)間的凝結(jié)水壓力,再加上L形導壓管的水平軸線至連通器水平軸線之間,位于容器的外部的這段垂直管段中的介質(zhì)產(chǎn)生的壓力。顯而易見,其中的最后部分壓力,由于其中的介質(zhì)為靜止的且距容器較遠,因此其中的介質(zhì)密度應為環(huán)境溫度下的密度。因此
P+= PJ +320 γw+(580-320) γC
式中P+ ——容器正壓側(cè)輸出的壓力
γw——容器中的介質(zhì)密度(γw=γ`w)
γC ——環(huán)境溫度下水的密度
PJ ——基準杯口以上總的靜壓力
負壓側(cè)的壓力等于基準杯口所在水平面以上總的靜壓力,加上基準杯口水平面至汽包中汽水分界面之間的飽和水蒸汽產(chǎn)生的壓力,再加上汽包中汽水分界面至連通器水平軸線之間飽和水產(chǎn)生的壓力,即
P-= PJ+(580-h(huán)w) γs + hwγw
式中P-——容器負壓側(cè)輸出的壓力
hw ——汽水分界線至連通器水平管中心線之間的垂直高度
γs ——汽包中飽和水蒸汽的密度
因此差壓
ΔP=P+-P-=320 γw+260 γC-(580-h(huán)w) γs-h(huán)wγw
即
ΔP=260γC + 320γw-580γs-(γw-γs)hw
這里有一點需要說明,(1)式中環(huán)境溫度下水的密度γC,通常情況下它會隨著季節(jié)的變化而變化,它的變化將會影響汽包水位測量的準確性。就本例中的容器而言,當環(huán)境溫度由25℃升高到50℃時,由于密度的變化對于差壓產(chǎn)生的影響為-2.3mm水柱,經(jīng)過補償系統(tǒng)補償后對最終得到的汽包水位的影響將為+2.3~5.5mm之間。通常情況下這樣的誤差是可以忽略的,也就是說可以認為這里的溫度是恒定的。但是為了盡量減小誤差,必須恰當?shù)卮_定這里的溫度。確定溫度可以遵循這樣一條原則,就高不就低,視當?shù)貧夂蚣岸景闊岬纫蛩卮_定。比如此處的環(huán)境溫度一年當中通常在0~50℃之間變化,平均溫度為25℃,則可以令這里的溫度為35℃。這是因為水的密度隨著溫度升高它的變化梯度越來越大,確定的溫度高些,將會使環(huán)境溫度變化對整個系統(tǒng)的影響更小。就本例中的容器而言,當溫度從0℃升高到25℃時,溫度的變化對測量系統(tǒng)的最終結(jié)果影響只有1mm左右,而環(huán)境溫度從25℃升高到50℃所帶來的影響卻為+2.3~5.5mm之間。故而,確定溫度應就高不就低。
安裝注意事項:
1、鍋爐汽包引出的水汽管中心距應與平衡容器相同;
2、平衡容器與鍋爐汽包的壓力等級應相同;
3、平衡容器與鍋爐汽包連接法蘭尺寸或焊接各接口管規(guī)格應對應;
4、注意:本平衡容器安裝前必須對鍋爐管道進行氣吹,防止雜質(zhì)進入平衡容器,而發(fā)生嚴重事故。
5、將平衡容器的汽水接口分別與汽包隔絕閥門外側(cè)焊接,保證其垂直安裝。由于雙室平衡容器較重,所以底部需用槽鋼支撐,且支撐面應光滑。以防止設備因熱力膨脹產(chǎn)生位移而損壞。
6、雙室平衡容器的疏水管應單獨引至汽包水循環(huán)最快的下降管(靠近疏水管處加裝截止閥),其垂直長度應大于10 m,以保證平衡容器內(nèi)無水而又不至于抽空。如發(fā)生抽空現(xiàn)象時關小截止閥的開度。該管路不做保溫。
7、雙室平衡容器的正負壓取壓管路應在水平方向引出1m后向下敷設,以保證取壓管內(nèi)的水溫等于環(huán)境溫度。
8、安裝完畢后,各汽水取樣管、取樣閥門、連通管、筒體應做保溫處理,筒體頂部不做保溫。
9、引到差壓變送器的兩根導壓管路應平行敷設,共同保溫,并根據(jù)現(xiàn)場需要加伴熱防凍。加蒸汽伴熱管時應與導壓管隔離。以防導壓管內(nèi)水汽化影響測量效果。