本次推文分五部分，靜心學習。
1、平衡容器水位測量原理 2、雙室平衡容器 3、內置式平衡容器 4、汽包水位測量 5、 DLT 1393-2014 火電發電廠鍋爐汽包水位測量系統技術規程
1、平衡容器水位測量原理
2、雙室平衡容器
雙室平衡容器是一種結構巧妙，具有一定自我補償能力的汽包水位測量裝置。它的主要結構如圖1所示。在基準杯的上方有一個圓環形漏斗結構將整個雙室平衡容器分隔成上下兩個部分，為了區別於單室平衡容器，故稱為雙室平衡容器。為便於介紹，這裡結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，另外文中把雙室平衡容器汽包水位測量裝置簡稱為容器。
圖1 雙室平衡容器
凝汽室
理想狀態下，來自汽包的飽和水蒸汽經過這裡時釋放掉汽化潛熱，形成飽和的凝結水供給基準杯及後續環節使用。
基準杯
它的作用是收集來自凝汽室的凝結水，並將凝結水產生的壓力導出容器，傳向差壓測量儀表——差壓變送器（後文簡稱變送器）的正壓側。基準杯的容積是有限的，當凝結水充滿後則溢出流向溢流室。由於基準杯的杯口高度是固定的，故而稱為基準杯。
溢流室
溢流室佔據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水，並將凝結水排入鍋爐下降管，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。正常情況下，由於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。
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。毋庸置疑，它的主要作用是將汽包中動態的水位產生的壓力傳遞給變送器的負壓側，與正壓側的（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具有一定的流動性，防止其延伸到汽包之間的管線冬季發生凍結。連通器內部介質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，但是由於流體的自平衡作用，對使汽包水位測量沒有任何影響。
3、內置式平衡容器
1、差壓水位計（老式單室平衡容器）
下面就單室平衡容器的測量誤差作一簡要分析：如圖三所示：
當ΔＰ2＝0時，有公式(5)成立
式中ΔＰ１：變送器所測參比水柱與汽包內水位的差壓值（ΔＰ2＝0時）
Ｌ：參比水柱高度
r：參比水柱的平均密度
ΔＰ2：正、負壓側儀表管路的附加差壓
這裡飽和蒸汽和飽和水的密度（r//、r/）是汽包壓力Ｐ的單值非線性函數，通過測量汽包壓力可以得到，而參比水柱中水的平均密度r通常是按50℃時水的密度來計算的，而實際的r具有很大的不確定性與50℃時水的密度相差很大是造成測量誤差的主要原因之一。
單室平衡容器參比水柱溫度與DCS修正補償的50℃或60℃相差很大，帶來不確定的附加誤差，其誤差在100mm以上。
由於雲母水位計和單室平衡容器的誤差方向不一致，所以要保證各水位計之間的偏差在30mm以內是不可能的，現行是以雲母水位計為準，通過改變變送器或DCS軟件修正來拼湊的，只能從數值上在一個特定的工況和小範圍內使其偏差在30mm以內，是自欺欺人的做法，不能保證鍋爐的安全運行。
從上可見要全過程全範圍的實現汽包各水位計之間的偏差小於30mm是不可能的。
由於汽包水位測量不準，造成汽包長期高水位運行，降低了旋風分離器的工作效率，使飽和蒸汽帶水過多，增加了過熱器和汽輪機的結垢，降低了機組的工作效率，加速了過熱器的爆管洩漏，存在著很大的事故隱患。
2、內置式單室平衡容器
如圖四所示：
H=L-ΔP /g(r/ - r// ) --- (6)
(6)式是(5)式中，參比水柱的平均密度r 等於飽和水的密度r/ 轉換而來，L、g為常數，r/ - r//是汽包壓力的單值函數，ΔP是變送器測得的差壓值，故此消除環境溫度對參比水柱密度的影響，從而克服了這一誤差。
內置式平衡容器特點：
1 、精確度高，不受汽包內水欠飽和以及外置平衡容器參比水柱溫度變化的影響，從公式可以看出變送器所測得的差壓值為汽段參比水柱（飽和水）和相同高度的飽和汽靜壓之差，這一點與以往的任何一種外置式平衡容器不同，而採用外置式平衡容器測量汽包水位不僅受平衡容器下參比水柱溫度變化的影響，而且由於補償公式是假定汽包內水是飽和狀態下推算出來，而實際上汽包內的水是欠飽和的，而且隨著負荷變化欠飽和度也是變化的，由此可見，採用內裝平衡容器的測量精確度遠比外置式平衡容器要高。
2 、由於汽包的汽側取樣管上焊接有冷凝罐，可以及時向平衡容器中補充冷凝後的飽和水，因而可以保證鍋爐點火不久就可投入汽包水位測量。
內置式單室平衡容器圖片
汽包水位內置式平衡容器原理圖
4、汽包水位測量
鍋爐汽包水位補償公式：
1、汽包水位補償
水位補償公式：H=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g
然後用H減去水位零點相對平衡容器下取樣點的距離,得到的值就是修正後的汽包水位。 L為平衡容器兩個取樣管間高度（m）
ρ1為凝結水密度 （kg/m3）
ρ2為飽和水密度 （kg/m3）
ρ3為飽和蒸汽密度（kg/m3）
ΔP為變送器差壓 （Pa）
H為水位高度 （m）
h0為汽包水位零點至下取樣管高度（m），H為補償後水位（m）。
補償後水位：h=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g -h0. 再把單位從米轉為毫米。 如果L、h0、h單位為毫米，ΔP單位為mmH2O, ρ1、ρ2、ρ2單位為kg/m3。則公式為
h=[ L*(ρ1-ρ3)-ΔP*1000 ] / (ρ2-ρ3) -h0
汽包水位測量分析及補償
[摘 要] 汽包水位的準確測量值是電廠重要的測量參數之一，其測量方式很多，目前常用的是靜壓式測量方法中的連通式液位計和壓差式液位計。但當液位計與被測汽包中的液體溫度有差異時，顯示的液位不同於汽包中的液位，而且其誤差還會隨汽包壓力的改變而改變。襄樊電廠300MW機組，應用汽包水位模擬量信號採用差壓變送器測量，並進行汽包壓力補償的測量方法，結果表明，汽包水位運行正常，測量準確，滿足運行要求。
1 準確測量汽包水位的重要性
大型機組都設計全程給水控制系統，在機組啟動到滿負荷或停機減負荷及負荷波動中，汽包壓力在不斷地變化，汽包內的蒸汽和水的密度也隨之變化，從而影響汽包水位測量的準確性和全程給水控制系統的投運，危及機組的安全。因為汽包水位過高可能造成蒸汽帶水，使蒸汽品質惡化，輕則加重管道和汽輪機積垢，降低出力和效率，重則使汽輪機發生事故；汽包水位過低，則對水循環不利，可能導致水冷壁局部過熱甚至爆管。因此汽包水位的準確測量值是電廠最重要的測量參數之一。
2 汽包水位的測量方式及存在問題
汽包水位測量方式很多，一般可分為：(1)靜壓式；(2)浮力式；(3)電氣式；(4)超聲波式；(5)核輻射式。目前電廠中最常用的是靜壓式測量方法中的連通式液位計和壓差式液位計。連通式液位計包括雲母水位計和電接點水位計，這類液位計直觀，便於讀數，但它們共同的缺點是：當液位計與被測汽包中的液溫有差別時，其顯示的液位不同於汽包中的液位，而且此誤差還會隨汽包壓力的改變而改變。為了減小因溫度差異而引起的誤差，常將液位計保溫，而筒殼頂部不保溫，增加凝結水量。但因散熱，水位計中的水溫總比汽包中飽和水的溫度低，因而水的密度大於飽和水的密度。假設液位計中水的密度為ρ，汽包中飽和水密度為Hˊ，液位計中水位為Hˊ，汽包實際水位為H，飽和蒸汽密度為ρ″，液位計高度為L，則：
Hρˊ+(L-H) ρ″= Hˊρ+(L- Hˊ) ρ″
H= Hˊ(ρ-ρ″)/( ρˊ-ρ″) (1)
由於ρ隨溫度、壓力變化而變化，特別在啟停過程中，液位計中的液位和汽包中的液位之差總是變化的。根據長期運行的經驗，對300 MW機組而言，在額定工況時，H＝Hˊ十40—60mm(具體情況視保溫狀況而定)。而且對電接點水位計採說，由於它不是連續指示，不能反映接點之間的水位變化，又由於電接點水位計接點的佈置是非均勻的，在正常水位即零水位附近間距小，在遠離零水位的兩邊間距大，當在額定工況下，汽包實際水位在零水位左右時，由於電接點水位計中的水位要低40—60 mm，再加上此處電接點的間距，其誤差就會更大，有可能達到100 mm誤差。因而電接點水位計僅能在啟動過程和低負荷運行中有效，在高負荷時，僅能作汽包水位的參考，更不能用作調節和保護信號。
3 採用差壓變送器測量時存在的問題及採取的措施
既然電接點等連通式水位計有不可克服的誤差，而汽包水位的準確測量值又是汽包水位必須控制的參數，在300MW機組中，汽包水位模擬量信號採用差壓變送器測量，汽側安裝單室平衡容器，其安裝如圖1所示。
平衡容器中水的密度同樣也會因溫度和壓力變化而變化，產生誤差。因此對單室平衡容器採取不保溫的措施，使平衡容器中水的溫度恆定在室溫左右，減小因溫度的變化而對平衡容器中水密度的影響，在工程上可以忽略溫度對平衡容器水密度的影響。因此在採用差壓變送器測量汽包水位時，必須進行汽包壓力的補償，其補償公式為：
式中 H——汽水側取樣管間高度，m；
h0——水側取樣管至零水位高度，m；
△h——汽包水位，m；
ρ——平衡容器中凝結水的密度，kg/m3；
ρ′——飽和水密度，kg/m3；
ρ″——飽和汽密度，kg/m3；
△p——變送器差壓，Pa；
Pd——汽包壓力，Mpa。
在組態時，對各函數設置應考慮到與汽泡結構數據分開。以便整定計算，因此該補公式可組態如圖2所示。
4 襄樊電廠汽泡水位的補償計算
襄樊電廠鍋爐為引進型1025t／h控制循環汽包爐。變送器取樣高度量＝0．86m，h0 ＝0．43m，函數發生器採用8段折線形式。各函數取樣值見表1。
將以上數據分別填入組態中，即可完成汽包水位的補償計算，為使補償計算後的實際汽包水位的變化值在顯示上方向一致，一般將差壓變送器反接，即將正端接汽包水側取樣管，負端接平衡容器。這樣就要進行差壓變送器零點的負遷移，由於現在大都採用智能型變送器，因而無論正反接，皆可容易滿足水位變化值和顯示上方向一致。同時在DCS系統裡，輸人點的量程標定也十分簡單，所以也可直接將變送器正接。這樣就不必進行變送器的負遷移。
如果在現場採用的是雙室平衡容器，其水側平衡室與汽包飽和水相通，用以加熱汽側平衡室中的凝結水。這樣，平衡容器內外均可視作飽和水。當差壓變送器的正端接汽包水側平衡室，負端接汽側平衡室時，其補償公式為：
△p=h(ρˊ-ρ″)+h(ρˊ-ρ″)- H(ρˊ-ρ″) (7)
△h=[p/(ρˊ-ρ″)] + H-h (8)
當h為H的一半，即零水位為變送器取樣點的中點時：
△h=[△p/(ρˊ-ρ″)] + h (9)
其補償計算與單室平衡容器一致。
在現場調試組態時，汽包水位輸入點的上、下限要根據差壓變送器的標定換算成實際差壓值。為調整方便，數據庫中可設為±0．4m，用修改加法器的汽包水位輸入端偏置來遷移實際差壓值，增益可進行量程轉換，壓力補償輸入端的增益應填入H值，除法器下游的算法增益用於將量程轉換成常用的mm單位，其輸入偏置則應設為h0 。
5 常見故障分析
300 MW機組在水位測量時，常見故障有以下幾個方面：
(1)變送器的量程滿足要求，但最大承受靜壓值不滿足實際要求，這樣易使變送器膜片損壞，測不出水位。
(2)汽包水位與水位計之間偏差較大，水位計一般適用於啟動過程和低負荷階段，而在高負荷階段，則以變送器為主，電接點僅作參考。但若偏差較大，超過100 mm以上，就應檢查二者的零水位定義是否一致，所設的H值是否與實際值不同，平衡容器水溫設置是否正確，電接點水位計保溫是否合乎要求。
(3)汽包水位的變化方向與水位計相反，一般為算法參數設置錯誤，實測差壓值與補償計算中的差壓值符號是否一致，可通過修改增益正負號改正。
(4)汽包水位不變化，輸出為4mA，檢查平衡門是否關閉，若打開，則兩邊差壓為零，故不能正確測量水位。
通過以上補償，我廠300 MW機組汽包水位運行正常，測量準確，完全滿足運行要求。
第五部分 DLT 1393-2014 火電發電廠鍋爐汽包水位測量系統技術規程
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