CN109387258A - 利用差压变送器测量或控制换热器冷凝水液位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用差压变送器测量换热器冷凝水液位的系统,换热器上设有双室平衡容器，智能差压变送器的正压端接入双室平衡容器的内层容室、负压端接入外层容室，外层容室内以测量液体填充；智能差压变送器设定为当Δp＝0时，输出20mA电流信号；当Δp＝－ρgL时，输出4mA电流信号，还提供一种利用差压变送器控制换热器冷凝水液位的方法：设定差压变送器当Δp＝0时，输出20mA电流信号；当Δp＝－ρgL时，输出4mA电流信号；向双室平衡容室外层容室内灌入满容积的水；当Δp＝0时，保持开启冷凝泵的状态；当Δp＝－ρgL时，关闭冷凝泵，本发明避免控制系统误停冷凝泵的情况，保证冷凝水及时排出，避免冷凝水回流，保护汽轮发电机组安全。

Description

利用差压变送器测量或控制换热器冷凝水液位系统及方法

技术领域

本发明属于换热器冷凝水液位控制技术领域，适用于热电厂城市供热系统中利用智能差压变送器对基本换热器冷凝水液位的测量。

背景技术

基本换热器是热电厂城市供热系统中的一种主要热交换设备，热源取自汽轮发电机组的副产品蒸汽，被加热介质为城市供热系统的循环水。高温高压的蒸汽和供热循环水流过基本换热器，完成热交换的过程。在热交换过程中循环水被加热，而高温高压蒸汽冷却形成冷凝水。冷凝水液位随换热过程而上升，当液位上升至一定值时控制系统启动冷凝泵运行将冷凝水排出。

按生产工艺要求，换热器设备冷凝水液位应控制在0～L的范围内(L的取值根据换热器的不同而不同)，如果冷凝水液位不能准确测控导致液位不断上升，冷凝水回流至汽轮发电机组，后果不堪设想，是绝对不允许的。

现有技术中采用智能差压变送器测量基本换热器冷凝水液位，控制系统根据智能差压变送器的结果判断是否需要关停冷凝泵。智能差压变送器的安装结构是：参见图1，基本换热器上装有双室平衡器，双室平衡器高点与低之间的距离为L；双室平衡器与智能差压变送器连接，双室平衡器内层容室连接智能差压变送的正压端，双室平衡器的外层容室连接负压端。

双室平衡器设有内层容室和外层容室，内层容室与冷凝水相通，内层容室的液位高度与换热器中实际液位高度一致，内层容室与外层顶部与外层容室相通。

保证基本换热器正常运行的最佳冷凝水液位控制范围为L/2±ΔL，其中ΔL＜L/2。当液位低于L/2-ΔL时，停止冷凝泵的运行；当前液位高于L/2+ΔL时，启动冷凝泵。

利用智能差压变送器测液位的原理如下：

设双室平衡器冷内层容室液位表面某点压强为P汽，取压点处冷凝水的压强为Δp，二者之和为p，即

p汽+Δp＝p (1)

又有Δp＝ρgh (2)

Δp＝p－p_汽＝ρgh (3)

式中：ρ为冷凝水的密度；g为重力加速度；h为双室平衡器中冷凝水液位。

式(2)表明，压强差Δp与冷凝水液位h成正比。

智能差压变送器正压测量端接入p，负压测量端接入p_汽，就可以通过对差压Δp的测量实现对液位h的测量，从而输出4～20mA电流信号，测量工作特性如图2所示。

由该工作特性不难发现，当Δp＝0时，智能差压变送器输出4mA，对应液位h＝0；当Δp＝ρgL时，输出20mA，对应液位h＝L。

但是现有的测量方法中存在一个判断死角，即：

当Δp＝0的时，实际情况有两种：

1)当h＝0时,即Δp＝p－p_汽＝0，此时p＝p_汽，为正常情况；

2)当h≥L时，冷凝水充满双室平衡容器，导致压差Δp＝0也能成立。智能差压变送器输出信号，被控制系统误认为液位h＝0而停止冷凝泵的正常运行。

但实际上，此时液位h≠0，即智能差压变送器输出了错误信号，导致控制系统执行与实际情况不符。使冷凝水液位不断上升，如果这样冷凝水回流至汽轮发电机组，后果不堪设想。在生产工艺上是绝对不允许的。所以热电厂城市供热系统基本换热器冷凝水液位的准确测控尤为重要。

发明内容

本发明旨在寻找一种改善液位测量的方法，解决当液位h≥L时，冷凝水充满双室平衡容器导致压差Δp＝0成立，但液位h≠0的非正常情况，从而实现液位的准确测量，确保生产工艺设备的安全可靠运行。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案为：

一种利用差压变送器测量换热器冷凝水液位的系统，换热器的液位浮动范围设有双室平衡容器，双室平衡器容高点和低点分别处于冷凝水液位的最高安全位和最低安全位上；双室平衡容器内设有内层容室和外层容室，内层容室底部与换热器冷凝水相通，内层容室顶部与换热器蒸汽相通；外层容室顶部设有通孔与内层容室相通；双室平衡容器底部与智能差压变送器相连，智能差压变送器的正压端接入内层容室、负压端接入外层容室，外层容室内以测量液体填充；设定智能差压变送器当Δp＝0时，输出20mA电流信号；当Δp＝－ρgL时，输出4mA电流信号。

本系统保证当冷凝水液位处在高位时，差压变送器能输出正确的电流信号，从而使控制系统启动冷凝泵并正常运行，避免冷凝水液位h≥L(Δp＝0)时，控制系统误停冷凝泵的情况，保证冷凝水及时排出，避免冷凝水回流，保护汽轮发电机组安全。

本发明还提供一种利用差压变送器控制换热器冷凝水液位的方法：

1)将智能差压变送器设定为当Δp＝0时，输出20mA电流信号；当Δp＝－ρgL时，输出4mA电流信号；

2)向双室平衡容室外层容室内灌入满容积的水；

3)当智能差压变送器Δp＝0时，保持开启冷凝泵的状态；

4)当智能差压变送器Δp＝－ρgL时，关闭冷凝泵。

本方法完全可以保护冷凝泵的正确控制，避免冷凝水回流，保护汽轮发电机组安全。

附图说明

图1智能差压变送器测液位工艺安装示意图；

图2为智能差压变送器工作特征；

图3智能差压变送器负迁移式作特征；

图4为双室平衡容器配置示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明的技术方案详细说明：

现有结构中，采用双室平衡容器2+智能差压变送器4来测量基本换热器冷凝水液位，还包括有液位计3。智能差压变送器的正压端与双室平衡容器内层容室相连接，差压变送器负压侧与双室平衡容器外层容室相连接。所得Δp为正值，最低为0。

智能差压变送器有迁移特性，通常将迁移后测量范围向正(或大)方向改变时称正迁移，反之为负迁移。例如：一台量程为100，测量范围为0～100的变送器。正迁移100％后，量程仍为100，测量范围为100～200；负迁移100％后，量程仍为100，测量范围为-100～0。负迁移状态下，Δp＝0时，智能差压变送器输出20mA电流信号；Δp为负值时，智能差压变送器输出4mA电流信号。

本发明的设计构思是利用智能差压变送器负迁移特性实现改善液位的测量。本发明要解决的技术问题是现有技术中当液位h≥L时，也满足Δp＝0，此时差压变送器错误的输出4mA的电信号，使冷凝泵停止。而正常情况应当是，当h≥L时，冷凝泵保持运行。

如果把智能差压变送器设定为负迁移状态，当液位h≥L时，Δp＝0，输出20mA电流信号，冷凝水液位运行在高位，冷凝泵保持运行不会误停，得到正确结果。而当液位h＝0时，Δp＝－ρgL，那么，该负值如何产生呢？也就是内层容室内液位为0时，使智能差压变送器正压测量端与负压测量端的压差为负值。即使式(3)满足Δp＝p_正－p_负＝－ρgL。

本发明提供的完整技术方案具体为：参考图1-4所示，一种基本换热器冷凝水液位测量系统，基本换热器1的液位浮动范围设有双室平衡容器2，双室平衡容器2高点和低点分别处于冷凝水液位的最高安全位和最低安全位上；双室平衡容器2内设有内层容室21和外层容室22，内层容室21底部与换热器冷凝水相通，内层容室21顶部与换热器蒸汽相通；外层容室22顶部设有通孔与内层容室21相通；双室平衡容器2底部与智能差压变送器4相连，智能差压变送器的正压端与内层容室21底部相连、负压端与外层容室底部相连。所述双室平衡器的外层容室内以测量液体填充；所述智能差压变送器中设定当Δp＝0时，输出20mA电流信号；当Δp为负值时，输出4mA电流信号。

此系统的测量原理满足，式：

p_负＝ρgL+p_汽 (4)

又有p_正＝ρgh+p_汽 (2)

压差Δp＝p_正－p_负＝ρgh-ρgL (5)

本方案仍是用Δp来反映液位。注意到式(5)同式(3)比较，增加了常数项-ρgL，此常数为负偏移量，式(5)即为智能差压变送器差压法测液位的负迁移工作特性表达式，负迁移工作特性参见图3。

改造后，满足实际的液位差压信号与智能差压变送器输出电流信号(4～20mA)的一一对应的线性关系。

改造后，冷凝水液位运行在高位，h≥L时，Δp＝0，智能差压变送器输出20mA电流信号，冷凝泵保持运行。冷凝水液位随冷凝泵的运行而下降，当液位h＜L/2-ΔL时，控制系统将发出指令停止冷凝泵。

本发明实现对液位的准确测量，避免正常工作特性下液位h≥L时智能差压变送器输出的错误测量信号，从而保证了对基本换热器冷凝水液位的准确测量，确保供热系统的安全运行。

Claims (2)

1.一种利用差压变送器测量换热器冷凝水液位的系统,换热器的液位浮动范围设有双室平衡容器，双室平衡器容高点和低点分别处于冷凝水液位的最高安全位和最低安全位上；双室平衡容器内设有内层容室和外层容室，内层容室底部与换热器冷凝水相通，内层容室顶部与换热器蒸汽相通；外层容室顶部设有通孔与内层容室相通；双室平衡容器底部与智能差压变送器相连，智能差压变送器的正压端接入内层容室、负压端接入外层容室，其特征是：外层容室内以测量液体填充；设定智能差压变送器当Δp＝0时，输出20mA电流信号；当Δp＝－ρgL时，输出4mA电流信号。

2.一种利用差压变送器控制换热器冷凝水液位的方法：

1)将智能差压变送器设定为当Δp＝0时，输出20mA电流信号；当Δp＝－ρgL时，输出4mA电流信号；

2)向双室平衡容室外层容室内灌入满容积的水；

3)当智能差压变送器Δp＝0时，保持开启冷凝泵的状态；

4)当智能差压变送器Δp＝－ρgL时，关闭冷凝泵。