CN104515566A - 汽包液位测量装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽包液位测量装置，包括与汽包连接的测量筒；测量筒上部取压口接平衡容器后通过导压管与差压变送器的负端连接；测量筒上部取压口通过导压管直接与差压变送器的正端连接；它还包括用于汽包测量汽包内的压力变送器、用于测量汽包内的温度的第一温度计、安装在差压测量的基准管路上用于测量基准管路水温的第二温度计、以及采集汽包内的压力、汽包内的温度、基准管路水温、测量筒差压并计算汽包液位的数据处理模块。本发明针对锅炉运行中汽包液位变化的特点及其测量的复杂情况，采用可靠、实用的方法，综合考虑影响汽包液位的汽包内的压力、汽包内的温度等工艺参数，通过专家知识的推理得出更为精确的汽包液位值。

Description

汽包液位测量装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及在锅炉系统中对汽包液位的测量领域，具体涉及一种汽包液位测量装置、系统及方法。

背景技术

在锅炉运行过程中，汽包内液位的高低变化、过高、过低等状态，对锅炉的稳定生产至关重要。汽包液位过高，汽水分离不充分，造成汽水混合输出，一方面影响锅炉产出蒸汽质量，另一方面造成过热器结垢，热交换效率降低且容易烧坏；汽包液位过低，造成汽水循环不连续，使金属局部过热出现爆管等后果。因此汽包液位的准确测量是锅炉运行中的重要内容，也是对汽包液位精确稳定控制的基础。

目前工业锅炉中，汽包液位测量广泛使用的方法有电接点水位计测量法、单(双)室平衡容器差压法等，这些方法没有统筹考虑汽包压力、汽包温度等对汽包液位测量有重要影响的工艺参数，其测量结果与实际液位值有一定的误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种汽包液位测量装置、系统及方法，能够获得更准确的汽包液位值。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种汽包液位测量装置，其特征在于：它包括与汽包连接的测量筒；测量筒上部取压口接平衡容器后通过导压管与差压变送器的负端连接，形成差压测量的基准管路；测量筒上部取压口通过导压管直接与差压变送器的正端连接；它还包括用于汽包测量汽包内的压力的压力变送器、用于测量汽包内的温度的第一温度计、安装在差压测量的基准管路上用于测量基准管路水温的第二温度计、以及采集汽包内的压力、汽包内的温度、基准管路水温、测量筒差压并计算汽包液位的数据处理模块。

一种利用上述汽包液位测量装置实现的汽包液位测量系统，其特征在于：它包括以下模块：

汽包液位测量知识库，用于存储绝对压力、饱和温度、饱和水密度、饱和水蒸汽密度、温度的对应关系，这些关系从热力学中公认的水和水蒸汽密度数据中收集得到；

事实库，用于利用汽包液位测量知识库中的数据，按照事实变换引起的密度变化需满足液位测量精度要求的原则划分并创建事实；

规则库，用于利用事实库中的事实和汽包液位测量知识库的数据，按“如果事实，那么汽包水密度为……，汽包水蒸气密度为……，基准管路水密度为……”的推理生成规则；

推理机，用于采用正向推理的方法，若采集到的汽包内的压力、汽包内的温度和基准管路水温满足事实库中的事实，并且在规则库中有对应该事实的规则，那么输出此规则得到的基准管路水密度、汽包水密度和汽包水蒸气密度；

汽包液位计算模块，用于根据推理机获得的基准管路水密度ρ_w(t₀,p)、汽包水密度ρ_w(t,p)和汽包水蒸气密度ρ_s(t,p)，以及采集的汽包内的压力p、汽包内的温度t、基准管路水温t₀、测量筒差压Δp，按下述公式计算汽包液位h：

h＝Δp/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}+{ρ_w(t₀,p)-ρ_s(t,p)}*L/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}

式中，L为测量筒液位满量程值。

一种利用上述汽包液位测量系统实现的汽包液位测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、采集汽包内的压力、汽包内的温度、基准管路水温、测量筒差压；

S2、利用推理机获取汽包水蒸汽密度ρ_s(t,p)、汽包水密度ρ_w(t,p)、基准管路水密度ρ_w(t₀,p)；

S3、根据推理机获得的基准管路水密度ρ_w(t₀,p)、汽包水密度ρ_w(t,p)和汽包水蒸气密度ρ_s(t,p)，以及采集的汽包内的压力p、汽包内的温度t、基准管路水温t₀、测量筒差压Δp，按下述公式计算汽包液位h：

h＝Δp/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}+{ρ_w(t₀,p)-ρ_s(t,p)}*L/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}

式中，L为测量筒液位满量程值。

本发明的有益效果为：针对锅炉运行中汽包液位变化的特点及其测量的复杂情况，采用可靠、实用的方法，综合考虑影响汽包液位的汽包内的压力、汽包内的温度等工艺参数，通过专家知识的推理得出更为精确的汽包液位值。

附图说明

图1为汽包液位测量装置的结构示意图。

图2为汽包液位测量方法流程图。

图中：1-汽包，2-第一温度计，3-压力变送器，4-测量筒，5-平衡容器，6-差压变送器，7-第二温度计，8-数据处理模块。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明作进一步说明。

一种汽包液位测量装置，如图1所示，它包括与汽包1连接的测量筒4；测量筒4上部取压口接平衡容器5后通过导压管与差压变送器6的负端连接，形成差压测量的基准管路；测量筒4上部取压口通过导压管直接与差压变送器6的正端连接；它还包括用于汽包测量汽包内的压力的压力变送器3、用于测量汽包内的温度的第一温度计2、安装在差压测量的基准管路上用于测量基准管路水温的第二温度计7、以及采集汽包内的压力、汽包内的温度、基准管路水温、测量筒差压并计算汽包液位的数据处理模块8。

一种利用上述汽包液位测量装置实现的汽包液位测量系统，包括以下模块：

汽包液位测量知识库，用于存储绝对压力、饱和温度、饱和水密度、饱和水蒸汽密度、温度的对应关系，这些关系从热力学中公认的水和水蒸汽密度数据中收集得到；

事实库，用于利用汽包液位测量知识库中的数据，按照事实变换引起的密度变化需满足液位测量精度要求的原则划分并创建事实；

规则库，用于利用事实库中的事实和汽包液位测量知识库的数据，按“如果事实，那么汽包水密度为……，汽包水蒸气密度为……，基准管路水密度为……”的推理生成规则；

推理机，用于采用正向推理的方法，若采集到的汽包内的压力、汽包内的温度和基准管路水温满足事实库中的事实，并且在规则库中有对应该事实的规则，那么输出此规则得到的基准管路水密度、汽包水密度和汽包水蒸气密度；

汽包液位计算模块，用于根据推理机获得的基准管路水密度ρ_w(t₀,p)、汽包水密度ρ_w(t,p)和汽包水蒸气密度ρ_s(t,p)，以及采集的汽包内的压力p、汽包内的温度t、基准管路水温t₀、测量筒差压Δp，按下述公式计算汽包液位h：

h＝Δp/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}+{ρ_w(t₀,p)-ρ_s(t,p)}*L/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}

式中，L为测量筒液位满量程值。

一种利用上述汽包液位测量系统实现的汽包液位测量方法，如图2所示，包括以下步骤：

S1、采集汽包内的压力、汽包内的温度、基准管路水温、测量筒差压；

S2、利用推理机获取汽包水蒸汽密度ρ_s(t,p)、汽包水密度ρ_w(t,p)、基准管路水密度ρ_w(t₀,p)；

S3、根据推理机获得的基准管路水密度ρ_w(t₀,p)、汽包水密度ρ_w(t,p)和汽包水蒸气密度ρ_s(t,p)，以及采集的汽包内的压力p、汽包内的温度t、基准管路水温t₀、测量筒差压Δp，按下述公式计算汽包液位h：

h＝Δp/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}+{ρ_w(t₀,p)-ρ_s(t,p)}*L/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}

式中，L为测量筒液位满量程值。

下面介绍汽包液位测量系统的具体原理。

一、创建汽包液位测量知识库

1.1知识收集

汽包液位测量的专家知识从热力学中公认的的水和水蒸汽密度数据中收集，现根据汽包运行的实际参数范围截取温度范围为300～380℃、压力范围为3.0～6.0MPa部分的水和水蒸汽密度数据，如表1所示。

表1水和水蒸汽密度表

表1中，当汽包温度小于饱和温度时，温度下对应的数字为对应温度及压力下的汽包水密度，汽包水蒸汽密度等于对应压力下的饱和水蒸汽密度；当汽包温度大于等于饱和温度时，知识库表格中温度下对应的数字为对应温度及压力下的汽包水蒸汽密度，汽包水密度等于对应压力下的饱和水密度。当基准管路水温度小于饱和温度时，温度下对应的数字为对应温度及压力下的基准管路水密度；当基准管路水温度大于等于饱和温度时，基准管路水密度等于对应压力下的饱和水密度。

1.2知识表达

使用规则法表达液位测量的专家知识，其标准的程序架构为“若-则”(IF-THEN)，即评估一个情况，若状况为真，则采取行动。根据表1中的专家知识经规则法知识表达后生成事实库和规则库两部分。

1)生成事实库

按照事实变换引起的密度变化需满足液位测量精度要求的原则划分并创建事实，测量精度要求提高则细化事实、测量精度要求降低则粗化事实。现初步设定精度要求：蒸汽密度变化<4kg/m³、水密度变化<20kg/m³，则压力按0.5MPa的区间、温度按20℃的区间划分事实，建立的事实库如表2所示，包含“事实1”，......，“事实G”等事实，其中t表示水或者水蒸汽的温度，p表示水或者水蒸汽的压力。

表2汽包液位测量事实库

序号	事实	序号	事实
				事实1	290≤t<310	事实A	2.7≤p<3.2
事实2	310≤t<330	事实B	3.2≤p<3.7

事实3	330≤t<350	事实C	3.7≤p<4.2
				事实4	350≤t<370	事实D	4.2≤p<4.7
事实5	370≤t<390	事实E	4.7≤p<5.2
						事实F	5.2≤p<5.7
		事实G	5.7≤p<6.2

2)生成规则库

组合已经创建的事实库中的事实建立规则库，如表3所示，包含“规则1A”、......、“规则5G”等事实，其中ρ_s表示水蒸汽的密度，ρ_w表示水的密度。其中，规则“规则1A”就表达了“若290℃≤汽包温度t<310℃and 2.7MPa≤汽包压力p<3.2MPa；则汽包蒸汽密度ρ_s(1,A)＝12.06kg/m³，汽包水密度ρ_w(1,A)＝823.6kg/m³”的专家知识。

表3汽包液位测量规则库

序号	规则
		规则1A	IF事实1AND事实A；THENρs(1,A)＝12.06，ρw(1,A)＝823.6
规则1B	IF事实1AND事实B；THENρs(1,B)＝14.30，ρw(1,B)＝811.6
		......	......
规则1G	IF事实1AND事实G；THENρs(1,G)＝26.98，ρw(1,G)＝760.5
		......	......
规则5A	IF事实5AND事实A；THENρs(5,A)＝10.22，ρw(5,A)＝823.6
		规则5B	IF事实5AND事实B；THENρs(5,B)＝12.03，ρw(5,B)＝811.6
......	......
		规则5G	IF事实5AND事实G；THENρs(5,G)＝21.56，ρw(5,G)＝760.5

二、汽包液位测量知识推理

汽包液位测量专家系统通过推理机进行知识推理，获取一定压力和温度下汽包水和水蒸汽的密度值。

2.1推理方法

汽包液位测量专家系统推理机采用正向推理的方法，它针对用户输入的汽包压力测量值p、汽包温度测量值t、基准管路温度测量值t等已知条件，去处理系统知识库中的事实和规则。其推理原理是：

若事实M为真，且有一规则“TF M THEN N”存在，则N为真。

因此，如果用户输入的已知条件满足事实库中的事实1和事实A，且规则库有规则“IF事实1AND事实A；THENρ_s(1,A)＝12.06，ρ_w(1,A)＝823.6”存在；则可得汽包蒸汽密度ρ_s(1,A)＝12.06kg/m³，汽包水密度ρ_w(1,A)＝823.6kg/m³。

推理机的工作过程如下：

1)将用户输入的已知条件与事实库中的事实逐条进行匹配并生成事实。例如，温度传感器测得的汽包温度t＝315℃，这与表2中的事实2(310≤t<330)匹配，则生成事实2。

2)规则库中的规则前提与已生成的汽包温度、汽包压力以及基准管路温度等事实进行匹配；将每条规则的<前提>取出来，验证这些前提是否在库中，若都在，则匹配成功；不然的话，则取下一条规则进行匹配。

3)把匹配成功的规则的<结论>输出获得基准管路中水的密度ρ_w(t₀,p)、汽包中水的密度ρ_w(t,p)和汽包中水蒸汽的密度ρ_s(t₀,p)进行下一步运算。

4)根据推理出的参数带入式(1-2)求取汽包液位值h。

2.2程序实施

按照上述推理方法编制一组程序作为推理机。当锅炉启动且运行状态稳定后，按照以下步骤实施本文控制方法。

第一步：初始化汽包液位测量专家系统。输入确定液位测量规则、事实和推理方法，获取知识、建立知识库和推理机。

知识获取：根据现有热力学手册中的水和水蒸汽的热力学基本参数，得出汽包液位与汽包压力、温度等参数的相关数据。

知识库建立：将获取到的知识根据若-则(if-then)法则规范化后输入控制系统，建立知识库。

推理机创建：按照正向推理的方法编写程序创建推理机。正向推理是按照由条件推出结论的方向进行的推理方式，它从一组事实出发，使用一定的推理规则，来证明目标事实或命题的成立。首先将测量获得的事实M(汽包压力、温度等参数)与知识库中的知识做匹配，若事实M为真，按照规则“TF M THEN N”存在，则输出对应校正后的汽包液位测量值N。

第二步：通过传感器测量获取汽包压力测量值p、汽包温度测量值t、汽包液位测量筒液位差压测量值Δp、表示汽包液位测量筒温度测量值t0。

第三步：将测量值t,t0,p,Δp输入知识库。

第四步：针对输入知识库的测量值t,t0,p,Δp，使用推理机正向推理反复匹配知识库中的规则。

第五步：推理机输出汽包液位测量值h(t,t0,p,Δp)。

第六步：返回第二步，根据实际锅炉运行状况，实时更新校正后汽包液位测量值。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种汽包液位测量装置，其特征在于：它包括与汽包连接的测量筒；测量筒上部取压口接平衡容器后通过导压管与差压变送器的负端连接，形成差压测量的基准管路；测量筒上部取压口通过导压管直接与差压变送器的正端连接；它还包括用于汽包测量汽包内的压力的压力变送器、用于测量汽包内的温度的第一温度计、安装在差压测量的基准管路上用于测量基准管路水温的第二温度计、以及采集汽包内的压力、汽包内的温度、基准管路水温、测量筒差压并计算汽包液位的数据处理模块。

2.一种利用权利要求1所述的汽包液位测量装置实现的汽包液位测量系统，其特征在于：它包括以下模块：

汽包液位测量知识库，用于存储绝对压力、饱和温度、饱和水密度、饱和水蒸汽密度、温度的对应关系，这些关系从热力学中公认的水和水蒸汽密度数据中收集得到；

事实库，用于利用汽包液位测量知识库中的数据，按照事实变换引起的密度变化需满足液位测量精度要求的原则划分并创建事实；

规则库，用于利用事实库中的事实和汽包液位测量知识库的数据，按“如果 事实，那么 汽包水密度为……，汽包水蒸气密度为……，基准管路水密度为……”的推理生成规则；

推理机，用于采用正向推理的方法，若采集到的汽包内的压力、汽包内的温度和基准管路水温满足事实库中的事实，并且在规则库中有对应该事实的规则，那么输出此规则得到的基准管路水密度、汽包水密度和汽包水蒸气密度；

汽包液位计算模块，用于根据推理机获得的基准管路水密度ρ_w(t₀,p)、汽包水密度ρ_w(t,p)和汽包水蒸气密度ρ_s(t,p)，以及采集的汽包内的压力p、汽包内的温度t、基准管路水温t₀、测量筒差压Δp，按下述公式计算汽包液位h：

h=Δp/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}+{ρ_w(t₀,p)-ρ_s(t,p)}*L/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}

式中，L为测量筒液位满量程值。

3.一种利用权利要求2所述的汽包液位测量系统实现的汽包液位测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、采集汽包内的压力、汽包内的温度、基准管路水温、测量筒差压；

S2、利用推理机获取汽包水蒸汽密度ρ_s(t,p)、汽包水密度ρ_w(t,p)、基准管路水密度ρ_w(t₀,p)；

S3、根据推理机获得的基准管路水密度ρ_w(t₀,p)、汽包水密度ρ_w(t,p)和汽包水蒸气密度ρ_s(t,p)，以及采集的汽包内的压力p、汽包内的温度t、基准管路水温t₀、测量筒差压Δp，按下述公式计算汽包液位h：

h=Δp/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}+{ρ_w(t₀,p)-ρ_s(t,p)}*L/{ρ_w(t,p)-ρ_s(t,p)}

式中，L为测量筒液位满量程值。