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　　1、幾種常見(jiàn)的水位測(cè)量平衡容器
　　
　　差壓式水位計(jì)用于測(cè)量鍋爐汽包水位，其平衡容器通常有單室平衡容器、簡(jiǎn)單雙室平衡容器、蒸汽罩式雙室平衡容器以及蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器（即帶中間抽頭的雙室平衡容器）4種。
　　
　　1.1單室平衡容器
　　
　　單室平衡容器又叫簡(jiǎn)單平衡容器，如圖1所示，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，但測(cè)量誤差較大。當(dāng)鍋爐在額定汽壓運(yùn)行，水位為正常水位時(shí)，其輸出的差壓△p比較穩(wěn)定，測(cè)量較準(zhǔn)確；當(dāng)汽壓下降時(shí)（即使此時(shí)的水位保持不變，正壓側(cè)壓力（p+）變化不大），負(fù)壓側(cè)的壓力（p-）將顯著增大，致使平衡容器輸出差壓減小，水位表指示偏高。
　　
　　由圖1可以得到水位測(cè)量關(guān)系式：　　
　　圖1和式（1）、式中：ρc為平衡容器內(nèi)水密度，kg/m3；ρw為汽包內(nèi)飽和水密度，kg/m3；ρs。為汽包內(nèi)飽和汽密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；H為汽包水位，m；△p為平衡容器輸出差壓，kPa；L為水位計(jì)量程，m。　　
　　由圖1可以看出，正壓側(cè)壓力p+由恒定的水柱高度維持（汽包內(nèi)的蒸汽經(jīng)過(guò)正壓側(cè)一次門(mén)“1”注入平衡容器內(nèi)并凝結(jié)成水，利用溢流原理將多余的水流回汽包。），負(fù)壓側(cè)壓力p-則隨汽包水位變化而變化，所以△p即隨汽包水位而變化。
　　
　　但是，由于汽包內(nèi)的飽和水與平衡容器內(nèi)的冷凝水溫度不同（即密度不同），會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。為了減少此誤差，通常是使平衡容器的安裝標(biāo)高（正負(fù)壓取樣管的垂直距離L）與二次顯示儀表的刻度全量程一致，并在二次表校驗(yàn)時(shí)，按運(yùn)行額定參數(shù)和環(huán)境平均溫度，考慮密度影響的修正值。單室平衡器一般用于測(cè)量低溫、低壓容器的水位，在用于測(cè)量鍋爐汽包水位時(shí)，要運(yùn)用水位測(cè)量的汽壓自動(dòng)校正系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確的測(cè)量。
　　
　　1.2雙室平衡容器
　　
　　雙室平衡容器（簡(jiǎn)單雙室平衡容器）的結(jié)構(gòu)如圖2所示。　　
　　雙室平衡容器的正壓側(cè)與單室平衡容器一樣，維持恒定水柱高度，負(fù)壓側(cè)置于平衡容器內(nèi)，上部比正壓管下緣高10mm左右，下部與汽包的水室相連通，其水柱高度隨著汽包水位的變化而變化。
　　
　　雙室平衡容器的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)外2根管內(nèi)水的溫度比較接近，減少了采用單室平衡容器因正負(fù)壓取樣管內(nèi)水的密度不同所引起的測(cè)量誤差，但是，由于平衡容器內(nèi)的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽包內(nèi)的溫度，故負(fù)壓管內(nèi)的水位比汽包實(shí)際水位偏低，因而產(chǎn)生測(cè)量誤差。當(dāng)汽壓和平衡容器環(huán)境溫度變化時(shí)，此誤差是個(gè)變數(shù)。
　　
　　雙室平衡容器的水位測(cè)量關(guān)系式與單室平衡容器相同。
　　
　　1.3蒸汽罩式雙室平衡容器
　　
　　蒸汽罩式雙室平衡容器是采用汽包內(nèi)飽和蒸汽來(lái)加熱正、負(fù)壓側(cè)取樣管內(nèi)的水，使之處于飽和溫度，即ρc＝ρw，從而消除了簡(jiǎn)單雙室平衡容器內(nèi)水溫度與汽包內(nèi)水溫度不同帶來(lái)的測(cè)量誤差，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
　　
　　由于ρc＝ρw，蒸汽罩式雙室平衡容器的水柱-差壓關(guān)系式為：　　
　　蒸汽罩雙室平衡容器雖然消除了環(huán)境溫度對(duì)水位測(cè)量的影響，但當(dāng)汽壓p降低時(shí)，雖然實(shí)際水位不變，但由于飽和水密度增加，正壓管壓力p+增大，平衡容器輸出差壓也將顯著增大，導(dǎo)致水位指示偏低。
　　
　　1.4蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器
　　
　　鑒于當(dāng)汽壓變化時(shí)，單室平衡容器和蒸汽罩雙室平衡容器的輸出差壓變化方向恰好是相反的，于是提出了蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器（即帶中間抽頭的雙室平衡容器），其結(jié)構(gòu)如圖4所示。　　
　　蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器正壓側(cè)取樣管的水柱改由2段組成，ι段保持飽和溫度，L—ι段保持室溫。適當(dāng)選擇2段的比例，即可獲得在某一特定水位（如正常水位）下平衡容器輸出的差壓值不受汽壓變動(dòng)的影響。
　　
　　目前，測(cè)量中小型鍋爐汽包水位時(shí)，廣泛采用蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器，用蒸汽罩對(duì)正壓恒位水槽加熱，使槽內(nèi)的水在任何情況下都與汽包壓力下飽和水的密度相同，不受環(huán)境溫度的影響。蒸汽罩的加熱蒸汽取自汽包的蒸汽室，凝結(jié)水經(jīng)疏水管“4”流至鍋爐下降管。
　　
　　為了使平衡容器能迅速達(dá)到正常的工作狀態(tài)，在汽包與平衡容器的連接管之間加裝汽側(cè)一次門(mén)，當(dāng)鍋爐開(kāi)始升壓時(shí)，要關(guān)閉該閥門(mén)，使較高壓力的爐水由疏水管注入平衡容器，并迅速充滿正壓恒位水槽。這樣，待儀表管路沖洗后，打開(kāi)該閥門(mén)，水位表即可正常投入。
　　
　　在鍋爐參數(shù)變化時(shí)，為了保證汽包水位一定，差壓與水位成單值函數(shù)，密度補(bǔ)償長(zhǎng)度ι必須選擇合適，ι值的確定是在水位為正常水位H0時(shí)求取的。因此，只有當(dāng)汽包水位為H0時(shí)，才能進(jìn)行良好的密度補(bǔ)償。
　　
　　ι值的計(jì)算公式如下：　　
　　式中：ρwe、ρse為額定汽壓下飽和水和飽和蒸汽的密度，kg/m3；ρw、ρs為與補(bǔ)償范圍下限壓力相應(yīng)的飽和水和飽和蒸汽密度，kg/m3；α為比例系數(shù)。
　　
　　由于飽和水密度和飽和蒸汽密度與汽壓之間為非線性關(guān)系，因此，即使線性化后，式（5）中的比例系數(shù)。對(duì)于不同的汽壓范圍，其數(shù)值也有所不同。如：汽壓為4.41MPa時(shí)，α＝－0.18；汽壓為10.78MPa時(shí)，α＝－0.26；汽壓為14.7MPa時(shí)，α＝－0.32。
　　
　　蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器的水位-差壓轉(zhuǎn)換關(guān)系式如下：　　
　　2、平衡容器選型
　　
　　鍋爐在正常運(yùn)行時(shí)，汽包水位將保持在正常水位附近。從這個(gè)角度出發(fā)，對(duì)于中、小型鍋爐，在汽包水位測(cè)量不采用汽壓自動(dòng)校正（補(bǔ)償）系統(tǒng)條件下，以采用蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器（帶中間抽頭的雙室平衡容器）為宜。對(duì)于采用汽壓校正（補(bǔ)償）的水位測(cè)量系統(tǒng)（高壓或超高壓鍋爐），當(dāng)平衡容器安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度較穩(wěn)定時(shí)，以采用單室平衡容器為宜，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，同時(shí)還可避免在采用雙室平衡容器時(shí)汽壓驟然下降，造成飽和水汽化而喪失正壓頭的危險(xiǎn)。但如果平衡容器安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)，以采用蒸汽罩式雙室平衡容器為宜。
　　
　　3、汽包水位測(cè)量的壓力校正（補(bǔ)償）
　　
　　3.1單室平衡容器、簡(jiǎn)單雙室平衡容器
　　
　　由式（1）可知，如果將差壓信號(hào)△p與反映密度變化的信號(hào)（ρc－ρs）gL代數(shù)相減，再除以密度變化信號(hào)（ρw－ρs）g，則測(cè)量系統(tǒng)的輸出為水位H。平衡容器的汽包壓力自動(dòng)校正系統(tǒng)如圖5所示。　　
　　圖中f（x1）和f（x2）為函數(shù)轉(zhuǎn)換器，其輸出分別為（ρc－ρs）gL和（ρw－ρs）g，二者能自動(dòng)跟隨汽包壓力變化而變化，達(dá)到自動(dòng)校正汽包壓力的目的。由于采用單室平衡容器時(shí)ρc仍隨環(huán)境溫度變化，因此，測(cè)量上仍有一定的測(cè)量誤差，該誤差的大小取決于ρc隨環(huán)境溫度變化的大小。
　　
　　3.2蒸汽罩雙室平衡容器的壓力校正
　　
　　由于蒸汽罩的作用，蒸汽罩雙室平衡容器內(nèi)凝結(jié)水的密度與汽包飽和水的密度相同，不受環(huán)境溫度的影響。由式（4）可得到其壓力校正系統(tǒng)（圖6）。　　
　　函數(shù)轉(zhuǎn)換器f（x2）接受汽包壓力信號(hào)，輸出為（ρw－ρs）g，經(jīng)除法器與差壓信號(hào)相除，再送人減法器與代表L的定值電壓相減，便得到汽包水位H。
　　
　　3.3蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器的壓力校正
　　
　　由式（6）可得到蒸汽罩補(bǔ)償式平衡容器水位測(cè)量壓力校正系統(tǒng)（圖7）。　　
　　綜上所述，在汽包壓力校正系統(tǒng)中，f（x1）用來(lái)描述（ρc－ρs）與汽壓的關(guān)系，f（x2）用來(lái)描述（ρw－ρs）與汽壓的關(guān)系。這些關(guān)系在實(shí)際應(yīng)用中可采用多折線函數(shù)發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)；在采用微處理器或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的情況下，可采用較復(fù)雜的計(jì)算式，亦可采用按汽壓分段的多段計(jì)算式以提高計(jì)算精度。此外，還可利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)強(qiáng)大的存儲(chǔ)功能，采用查表的方法實(shí)現(xiàn)汽包水位的壓力自動(dòng)校正（補(bǔ)償）。但由于汽包水位測(cè)量涉及的因素較多，壓力校正的精度要求適可而止。而且，以上討論都是在假定凝結(jié)水溫度恒定的情況下給出的。在火電廠運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，凝結(jié)水溫度是隨環(huán)境溫度和運(yùn)行狀況而變化的，因此，單純提高壓力補(bǔ)償精度而忽略環(huán)境溫度的影響也是不合適的。
　　
　　4、結(jié)語(yǔ)
　　
　?。?）鍋爐汽包水位平衡容器的選型應(yīng)因地制宜。
　　
　?。?）平衡容器有多種壓力校正方式，其校正精度可酌情而定，但要適度。