準(zhǔn)確的鍋爐汽包水位控制對(duì)于高效和安全的鍋爐運(yùn)行至關(guān)重要

鍋爐汽包水位控制
鼓水平對(duì)于安全至關(guān)重要，但控制和維持正確的水位對(duì)于較大化鍋爐效率也很重要。但是，有幾個(gè)因素使得精確的水位測量變得困難。
例如，蒸汽鼓包含水與夾帶的蒸汽泡和蒸汽的湍流混合物。隨著蒸汽需求的減少，滾筒壓力將增加并壓縮夾帶的蒸汽泡。因此，即使水量實(shí)際上增加，鼓水平也會(huì)顯著縮小。

圖3：水和蒸汽的密度和介電特性隨壓力和溫度而變化
相反，隨著蒸汽需求增加，鼓壓降低并且氣泡膨脹，導(dǎo)致鼓水平看起來膨脹。為了解釋收縮和膨脹，發(fā)電廠工程師使用復(fù)雜的控制系統(tǒng)來維持蒸汽鍋中恒定的液態(tài)水位。
除了要求滾筒水平的可視指示外，BPVC還規(guī)定了對(duì)故障安全模式，多樣性，自我診斷和測量冗余的需求。用于任何鍋爐應(yīng)用的液位測量技術(shù)類型基于危險(xiǎn)分析，但代碼建議使用兩個(gè)本地液位指示器，并結(jié)合兩個(gè)獨(dú)立液位變送器，以提供鍋爐汽包水位控制和指示。
基于這些要求和用戶的操作經(jīng)驗(yàn)，鍋爐和給水系統(tǒng)的三重冗余正在成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。差壓和導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的組合可以滿足這一要求，可接受的組合是兩個(gè)導(dǎo)波雷達(dá)（GWR）+一個(gè)差壓（DP）; 兩個(gè)DP +一個(gè)GWR; 或三個(gè)相同技術(shù)的設(shè)備。
DP變送器廣泛用于鍋爐水平的控制，因?yàn)樗鼈儩M足應(yīng)用對(duì)精度和可靠性的要求。DP變送器可測量液位和靜壓。變送器的高壓側(cè)測量液體壓頭和靜壓，而低壓側(cè)僅測量靜壓。
較終結(jié)果是靜壓自動(dòng)補(bǔ)償，僅留下液頭測量。該測量結(jié)合液體密度提供液位測量。
DP發(fā)射器根據(jù)特定的液體密度校準(zhǔn)水平。如果密度發(fā)生變化，則會(huì)將誤差引入水平測量。這些變化在啟動(dòng)期間尤為常見，因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)達(dá)到工作溫度和壓力時(shí)，系統(tǒng)的液相和蒸汽相都會(huì)發(fā)生密度變化�；�于操作條件的補(bǔ)償方法對(duì)于DP水平測量的密度調(diào)整是必要的。
為了提供DP水平測量的密度補(bǔ)償，壓力測量用于根據(jù)操作壓力和飽和蒸汽表中建立的密度值確定合適的密度值。

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)
GWR變送器為汽包應(yīng)用提供了另一種選擇，因?yàn)樗鼈兲峁┝嗽S多優(yōu)于DP技術(shù)的重要優(yōu)勢。
例如，GWR變送器完全獨(dú)立于密度，能夠承受高達(dá)400°C的極端溫度和高達(dá)345 bar的壓力。即使暴露在機(jī)械振動(dòng)和高湍流下，它們也能提供準(zhǔn)確可靠的測量。GWR變送器沒有活動(dòng)部件，提供低維護(hù)和高可靠性的額外好處。
在典型的安裝中，GWR安裝在腔室的頂部，探頭延伸到腔室或容器的整個(gè)深度。向探頭發(fā)送低能量微波脈沖，當(dāng)它到達(dá)介質(zhì)表面時(shí)，反射被發(fā)送回發(fā)射器。
發(fā)射器測量脈沖到達(dá)介質(zhì)表面并反射回來所需的時(shí)間，并且板載微處理器使用時(shí)域反射計(jì)原理計(jì)算距離。
傳輸速度取決于介質(zhì)的介電常數(shù)。從表1中可以看出，在水的情況下，這在液相和蒸汽相中都發(fā)生變化。在高壓蒸汽應(yīng)用中，效果是減慢傳播速度，這可能導(dǎo)致溫度誤差高達(dá)20％。
隨著溫度升高，水的電介質(zhì)減少并且蒸汽的電介質(zhì)增加。只有當(dāng)水電介質(zhì)保持足夠高以從表面提供反射時(shí)才能獲得精確的液位測量。然而，當(dāng)蒸汽和水之間的介電差異變得太小而無法提供可靠的液位測量時(shí)，達(dá)到2610 psi（180 bar）和2900 psi（200 bar）之間的點(diǎn)。在這種情況下，基于GWR技術(shù)的電平發(fā)射器不再適用。

為了保持電平測量的準(zhǔn)確性，必須將補(bǔ)償因子應(yīng)用于GWR液位計(jì)。如果條件穩(wěn)定，則可以在變送器配置期間手動(dòng)輸入預(yù)期工作壓力和溫度下的蒸汽電介質(zhì)。這允許該單元在預(yù)期的操作條件下補(bǔ)償電介質(zhì)。
對(duì)于可能在操作條件上有更多變化的高壓應(yīng)用，或者用戶希望能夠在接近環(huán)境條件下（例如在啟動(dòng)和關(guān)閉期間）驗(yàn)證設(shè)備的情況，需要?jiǎng)討B(tài)補(bǔ)償。
例如，艾默生的羅斯蒙特5300系列GWR變送器采用動(dòng)態(tài)氣相補(bǔ)償技術(shù)，可在各種工作條件下提供高精度的液位測量。
動(dòng)態(tài)蒸汽補(bǔ)償通過使用具有固定距離目標(biāo)的GWR探頭來工作（參見圖4）。發(fā)射器知道從目標(biāo)反射的脈沖應(yīng)該在沒有蒸汽存在的地方。

當(dāng)罐中有蒸汽時(shí)，反射器脈沖的電距離超出反射器點(diǎn)的實(shí)際物理距離。實(shí)際和表觀反射點(diǎn)之間的距離用于連續(xù)計(jì)算蒸汽電介質(zhì)。
然后，計(jì)算的電介質(zhì)被動(dòng)態(tài)地用于補(bǔ)償蒸汽電介質(zhì)變化 - 消除了在控制系統(tǒng)中引入補(bǔ)償?shù)男枰�。�?duì)于低于180 bar的應(yīng)用，具有動(dòng)態(tài)蒸汽補(bǔ)償?shù)腉WR將在飽和蒸汽條件下提供高度精確的液位測量。
建議使用帶有長反射器的羅斯蒙特動(dòng)態(tài)蒸汽補(bǔ)償集成靜管蒸汽探頭，以實(shí)現(xiàn)較佳實(shí)踐。根據(jù)應(yīng)用，探頭類型，反射器長度以及內(nèi)部和外部條件，精度誤差可能會(huì)有所不同，精度誤差可降至2％。
應(yīng)用和安裝條件（例如旁路室中的較低溫度）可能導(dǎo)致測量介質(zhì)內(nèi)的變化。因此，誤差讀數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用條件而變化，并且可能導(dǎo)致測量誤差增加2到3倍。
顯示了蒸汽補(bǔ)償之前和之后的雷達(dá)信號(hào)曲線。沒有補(bǔ)償，表面脈沖似乎超出實(shí)際水平。補(bǔ)償后，表面出現(xiàn)在正確的表面水平點(diǎn)。

高精確度
為了滿足鼓級(jí)應(yīng)用中的指示和冗余要求，推薦的組合是帶有導(dǎo)波雷達(dá)的磁翻板液位計(jì)安裝在相鄰的腔室中。這些設(shè)備共同提供低維護(hù)解決方案，可提供高精度和本地指示。
美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)發(fā)布的BPVC建議將兩個(gè)本地液位指示器與兩個(gè)獨(dú)立液位變送器相結(jié)合，以提供鍋爐汽包水位控制和指示。鍋爐和給水系統(tǒng)的三重冗余正在成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
磁翻板液位計(jì)提供液位的清晰指示，但由于它們依賴于浮子，因此它們不被視為水平的“直接”指示，例如玻璃量規(guī)。然而，磁翻板液位計(jì)更容易看到，并且通常被接受為次級(jí)指示裝置。電子蒸汽/水測量系統(tǒng)還可用于監(jiān)測水位，為操作員提供鍋爐水位的高可視性，幾乎無需維護(hù)和卓越的可靠性。

差壓變送器廣泛用于鍋爐液位控制，因?yàn)樗鼈儩M足應(yīng)用對(duì)精度和可靠性的要求。然而，因?yàn)椴顗鹤兯推魇腔�于特定的液體密度校準(zhǔn)的，所以隨著水和蒸汽的密度變化，誤差被引入液位測量�？梢栽诳刂葡到y(tǒng)內(nèi)補(bǔ)償這些誤差以計(jì)算較佳可能水平。