发表于:2006-09-21 18:12:00
23楼
5.补偿系统
5.1.基础知识与基本概念
从容器的特性中可以看到,双室平衡容器不能完全满足生产的需要。究其原因,是由于介质密度的变化所造成的。因此,必须要采取一定的措施,进一步消除密度变化对汽包水位测量的影响。这种被用来消除密度变化带来的影响的措施就叫做补偿。通过补偿以准确地测定汽包中的水位。
汽包水位测量补偿的方法通常有两种,一种是压力补偿,另一种是温度补偿,无论采取哪种方法补偿效果都一样。但是它们之间略有区别,即温度补偿可以从0℃开始,而压力补偿只能从100℃开始。这是因为温度可以一一对应饱和密度以及100℃以下时的非饱和密度,而压力却只能一一对应饱和密度,即最低压力0MPa只能对应100℃时的饱和密度。故而由这两种方法构成的补偿系统各自对应的补偿起始点有所不同,即差压变送器量程有所不同。表1中0MPa对应两行差压值,其原因即在于此;其中上一行对应的是温度补偿,下一行对应压力补偿。很显然,温度补偿也可以从100℃开始。
5.2.建立补偿系统的步骤
第一步 确定双室平衡容器的0水位位置
容器的0水位的位置一般情况下比较容易确定,通过查阅锅炉制造厂家有关汽包(学名锅筒)及附件方面的图纸和资料,进行比较和计算即可获得。文中例举的容器0水位位置位于连通器水平管轴线以上365mm处,即基准杯口水所在的平面下方215mm处。但是,偶尔由于图纸的疏漏缺少与确定0水位相关的数据,无法计算出0水位的位置,那么确定起来就比较复杂。如图1中就缺少数据。这种情况下就只有根据容器的自我补偿特性在0水位所体现的特点通过反复验算来获得。由于容器本身就是用这样的方法经反复验算而设计制造的,只要验算的方法正确通过验算得到的数据会很准确可靠,当然这只限于图纸不详的情况下。由于限于篇幅,这里只提供思路,具体的验算的方法本文不予介绍。对此感兴趣的读者可以试一试。
第二步 确定差压变送器的量程
差压变送器的量程是由汽包水位的测量范围、容器的0水位位置以及补偿系统的补偿起始点等三方面因素决定的。一些用户一般只考虑了前两方面因素,而忽略了补偿起始点因素,甚至极个别的用户只简单地根据汽包水位的测量范围确定变送器的量程,造成很大的测量误差。一般情况下,忽略容器的0水位位置所造成的误差在70~90mm之间,忽略补偿起始点所产生的误差在30mm以下,特别情况下误差都将会更大。此外,这里特别提醒用户,在进行汽包水位测量工作时,关于变送器的量程,在没有得到确认的情况下,切不可单纯依赖设计部门的图纸。事实上,多数情况下,设计部门在进行此类设计,对变送器选型时,只确定基本量程,而不给出应用量程。
下面来确定变送器的量程。
本文的例子中容器的0水位位置位于连通器水平管轴线以上365mm处。由于该容器的量程为±300mm,因此(1)式中的hw的最大值和最小值分别为665mm和65mm。如果采用压力补偿,从《饱和水与饱和水蒸汽密度表》中查出100℃时的饱和水与饱和水蒸汽的密度代入(1)式,再分别将665mm和65mm代入(1)式,即得最小差压
ΔPmin=-70.5mm水柱
和最大差压
ΔPmax=504mm水柱
这两个差压值就是变送器的量程范围(见表1中0MPa对应的下行),即-70.5~504mm水柱。如果采用温度补偿,且从0℃开始补偿,则由于水的密度极其接近1mg/mm3,误差可以忽略,令蒸汽的密度为0。用同样方法即可得到变送器的量程为-85~515mm水柱(见表1中0MPa对应的上行)。实际上,从0℃开始补偿是完全没有必要的,其原因这里无需遨述。
第三步 确定数学模型
数学模型是补偿系统中的最重要环节。由(1)式得
(2)
由于相对于规定的0水位的汽包水位 h= hw-365mm,所以
(3)
式中h —— 相对于规定的0水位的汽包水位
γw —— 饱和水的密度
γ s —— 饱和水蒸气的密度
γ c —— 环境温度下水的密度
ΔP—— 差压
(3)式即为补偿系统的数学模型。式中γ c为常数,令环境温度为30℃,则γ c=0.9956mg/mm3,所以
(4)
(4)式为最终的数学模型。显然,它与(3)式的作用完全一样。在补偿系统中可以任选其一。
第四步 确定函数、完成系统
在(3)式和(4)式中含都有“320 γ w-580 γ s”和“γ w-γ s”关于饱和水与饱和水蒸汽密度的两个子式。查《饱和水与饱和水蒸汽密度表》,可以获得这两个子式关于压力或温度的函数曲线。将所得到的曲线以及(3)式或者(4)式输入用以执行运算任务硬件设备,补偿系统即告完成。
从补偿系统的建立过程可以发现,补偿系统是根据某一特定构造的容器而建立的。因此,建立补偿系统时应根据不同的容器,建立不同的补偿系统。建立补偿系统时,当确定差压的计算公式以后,只需重复这里的步骤即可得到新的汽包水位测量补偿系统。
6.关于容器保温问题的释疑
众所周知,为了使容器达到理想工作状态,容器的外部必须作以适当的保温。然而,关于容器的凝汽室及顶部的保温问题目前有些争议,部分用户认为这里的保温可有可无。笔者在这里阐述一下个人的观点。笔者通过多年观察发现,在这里没有保温的情况下,冬季由仪表显示的汽包水位会比夏季低将近10mm。分析原因,是因为一般情况下凝汽室的温度都要比环境高300℃左右,甚至更高,因此它的热辐射能力很强。当凝汽室外部没有保温或者保温条件比较差时,尽管凝结水的速度会加快并导致更多的饱和水蒸汽流到这里补充这里的热量,但是由于这里的介质处于自然对流状态且受到管路等的阻力的制约,使补充的热量难以维持这里的温度,进而影响了测量的准确性。对于额定工作压力为13.73MPa的锅炉而言,如果冬季由仪表显示的汽包水位比真实水位低10mm,将意味着容器内部的温度比饱和温度低7℃左右。所以,为确保其包水位测量的准确性,这里必须加以适当的保温。笔者以为,这里的保温以保温层的外层温度不超过120℃为佳。