CN1164914C - 一种双容器电极水位测量筒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锅炉锅筒水位测量用的电极型水位计用一次感受件，提供既消除了室温散热引起的水柱密度误差，额定工况下，又消除了饱和水中夹带汽泡影响密度误差的水位讯号。电极座安装高度是电极水位计标定点位离水侧取样管中心高度的K倍，0.75＜K＜1。一种双容器电极水位测量筒，用于大型锅炉额定工况时，锅筒内真实水位测量。
Description
本发明是发明专利申请号[97118874.2]，申请日97年11月5日，发明专利申请名称：“一种组合式锅筒水位测量筒”的分案申请。
本发明涉及工业、电站锅炉锅筒远传水位测量用的电极型水位计、差压型水位计共用的一种改进的水位计一次感受件——一种组合式锅筒水位测量筒。它适用于汽水两相压力容器和锅炉锅筒在额定工况下的真实水位测量，尤其适用于大型锅炉锅筒真实水位测量。
中国发明专利号(ZL91100647.8)公开的一种组合式汽包水位取样装置，其缺陷是相对于正常“O”水位基准，或者水侧取样管的中心轴线基准，电极水位计标定刻度点位高度和与之对应的电极座在主测量筒上的安装高度是相同的，电极座在测量筒体上的布置高度是按须检测点水位的实际高度布置，电极座安装高度不合理，它仅能提供锅筒内不夹带汽泡的理论重度饱和水位讯号，而锅炉在运行条件下，尤其在额定工况下，锅筒内饱和水中夹带大量汽泡，上述电极水位测量筒无法提供额定工况下的锅筒内夹带汽泡的真实水位讯号；差压平衡容器的基准管“O”正常水位高度不合理，差压法测水位是通过比压头来实现的，在额定工况下正常“O”水位基准理论重度水柱压头远大于锅筒内夹带汽泡的正常“O”真实水位压头，因而上述平衡容器输出的差压不能使差压变送器检测到“O”差压，水位计显示正常“O”水位的目的。对于大型锅炉，用上述水位计测得的理论重度水位，在额定工况下，不能满足生产工艺要求，会造成降低主汽温和再热汽温，影响热效率和危及锅炉安全生产。
本发明的任务是为锅炉远传水位测量用的电极型水位计，差压型水位计提供一种共用的在额定工况下既消除室温散热引起的水柱密度误差，又能消除饱和水中夹带汽泡影响密度误差，能较准确、可靠、同步测量锅筒内夹带汽泡的真实水位的由一种双容器电极水位测量筒和由一种KH0基准管水柱恒位带多种保护平衡容器组合的一种组合式锅筒真实水位测量筒。
本发明的解决方案如下：用一根不保温的凝水排泄管引至保温的低位下降管上，利用二者在运行条件下水柱温差导致的水柱密度差，使主测量筒1充满从汽侧连通管14导入的饱和汽，主测量筒1好比一个与锅筒内汽压汽温条件相同的小汽包，位于主测量筒1内与锅筒水侧连通的内筒体4中水柱被饱和汽连续加热可视为不夹带汽泡的饱和水，又称理论重度饱和水，在不同负荷或不同汽压下，锅筒内某一夹带汽泡的真实水位，内筒体4内有许多个高度理论重度水位与之重量平衡，在额定工况下，锅筒内被测位的一个夹带汽泡的真实水位，内筒体4中仅有一个高度的理论重度水位与之重量平衡，根据这一特性，电极座在主测量筒上的布置高度按额定工况下，须检测的锅筒内真实水位在内筒体4相对应的理论重度水位高度布置，电极水位计指示按须检测的真实水位高度标定，则在额定工况下，电极水位计显示锅筒内夹带汽泡的真实水位高度，锅筒内夹带汽泡的真实水位用HZ表示，内筒体4内理论重度水位用HL表示，在额定工况下，当HZ与HL重量平衡时，令它们的高度关系为KHZ＝HL，K是一个小于1的系数，它与锅炉容量、负荷大小，汽压高低，汽水分离器型式，水位高低相关。锅炉容量越大，负荷越大，汽压越高，汽水分离器漏汽量越大，水位越偏离正常“O”水位，K值越小，1＞K＞0.75。电极水位计刻度标定是以正常“O”水位距水侧取样管的中心轴线高度H0为“O”，比H0高用(+)比H0低用(-)的偏差水位Δh进行刻度的，Δhn的“n”表示以“O”为起点向上或向下的各顺序点自然数，则电极水位计任意刻度点位对应的电极座在主测量筒上的安装高度为K(H0±Δhn)。
位于测量筒内的基准管5中水柱也被饱和汽连续加热可视为不夹带汽泡的理论重度饱和水柱，当基准管高度为KH0时，其基准管5内水柱用HLTO表示，称额定工况下理论重度当量“O”水位，当它与锅筒内夹带汽泡的正常“O”真实水位HZO具有相同压头时，平衡容器输出差压为“O”，水位表显示“O”正常水位，令KH0＝HLTO，即KHZO＝HLTO，K值同上，1＞K＞0.75，锅炉容量越大，负荷越大，汽压越高，汽水分离器漏汽量越大，水位越偏离正常“O”水位，K值越小，正常“O”水位附近K有最大值。汽连络管6，弯曲管3，横截面积多倍于基准管5横截面积的贮过冷水付筒2，付筒2下部与基准管5水相呈通道的管系及基准管上部口溢水功能组成基准管5水柱在动态条件下自动恒位保护系统，汽连络管6用于向付筒2因汽冷凝导致汽减少的连续补汽，弯曲管3用于当锅炉汽压大幅度骤降，基准管5饱和水汽化大量丢失，此时伴随锅筒水位急升，内筒体4内水位急升，水位超过弯曲管3顶端时，弯曲管3实施虹吸调内筒体4内水补充付筒2进而维持基准管5恒位，运行条件下付筒2内过冷水与基准管5中饱和水位维持不等位重量平衡，遇汽压中小幅度骤降，基准管5内饱和水汽化中等程度失水，付筒2“宽”容器对基准管5“窄”容器通过水柱重量平衡维持基准管5内水位近似恒位，付筒2连续冷凝水以返虹方式补充基准管5，多余水柱经基准管5上部口自溢恒位。内筒体4下部引出变化水头输出管8，基准管5下部引出的基准水头输出管7之间输出一个差压(ΔP)，差压水位转换关系式有：
ΔP＝-(HLTO-HL)(γW-γS) ……(一)
式中ΔP-输出差压
HLTO-额定工况下理论重度当量“O”水位
HL-变化理论重度水位
γW-饱和水理论重度
γS-饱和汽重度
用KHZO代替HLTO
用KHZ代替HL
则式(一)写成：
ΔP＝-(KHZO-KHZ)(γW-γS) ……(二)
式中HZO-额定工况下正常“O”真实水位，HZ-额定工况下真实变化水位
式(二)中前项和后项K取相同值，则式(二)写成：
ΔP＝-K(HZO-HZ)(γW-γS) ……(三)
为精确测定时，因后项K≤K前项，后项K写成：K＝K.K1，K1＝1～0.90，汽压越高，水位越偏离正常“O”水位，K1越小，则式(三)写成：
ΔP＝-K(HZO-K1HZ)(γW-γS) ……(四)
由于K1是一个当汽压为一定值时，是ΔP的函数，可以在二次仪表系统中进行修正。
考察式(三)式(四)可知：通过测量差压(ΔP)和汽压(P)及使汽压(P)函数化得γW-γS＝f(p)，再通过对各种锅炉在额定工况下锅筒真实“O”水位与理论重度当量“O”水位高度相关系数K的测定，以及偏离正常“O”水位时，真实水位与理论重度水位高度相关修正系数K1的测定，式(三)、(四)方程式中仅剩下一个未知数(Hz)——真实变化水位，可见建立的KH0基准恒位带多种保护平衡容器物理模型和该物理模型数学表达式(三)、(四)，可以用差压法求解在额定工况下锅筒内夹带汽泡的真实变化水位(HZ)。
本发明在额定工况下同时输出电极、差压真实水位讯号，可以有四种用途，其四种用途是：电极、差压真实水位计联用；纯电极指示真实水位测量筒；纯电极报警保护真实水位测量筒；纯差压真实水位计用差压平衡容器。
本发明的优点是：在额定工况下，既消除了室温散热引起的水柱密度误差，又消除了锅筒内水位含汽率影响，使电极型水位计、差压型水位计同步准确、可靠测量锅筒内夹带汽泡的真实水位，对于大型锅炉有极高的节能和安全意义。
本发明的实施例如附图所示：
附图1是结构示意图。
附图2是A-A视图。
附图3是B-B视图。
附图4是付筒2与基准水头输出管7三通连接方式。
本发明有主测量筒1，付筒2，弯曲管3，内筒体4，汽连络管6，变化水头输出管8，基准水头输出管7，汽侧取样管14，水侧取样管15，排泄管18，测量电极12，包括一种双容器电极真实水位测量筒，有互相连通段横断面呈曲多边形内筒体4，在本实施例中可以有两种方式，第一种是横断面呈曲多边形，与主测量筒内壁有较宽弧面紧贴多纵列接触，一般是三纵列接触的带底变形管，如附图2采用一根变形管制成，另一种是由多根变形管，一般是三根变形管与主测量筒内壁有较宽弧面紧贴多纵列接触，并行并列布置，如附图3所示，互相连通段如附图2所示横断面为曲多边形一种带底组合状筒体组成。同以水侧取样管15的中心轴线为基准，电极座11在主测量筒1上的安装高度是该电极座对应的电极水位计标定刻度点位高度的K倍，1＞K＞0.75。正常“O”水位电极座在主测量筒上的安装高度按KHO，正常“O”水位以上的电极座按K(HO+Δhn)高度安装。正常“O”水位以下的电极座按K(HO-Δhn)高度安装，锅炉容量越大，K值越小，对于同一台锅炉，K是一个变量，正常“O”水位附近，K有最大值，水位越偏离正常“O”水位，K值越小。电极座沿内外筒体近似弧面接触的中心位的纵列主测量筒1上布置，测量电极12固定于安装在主测量筒1周边的电极座11上，穿越由电极座11，主测量筒1壁，内筒体4壁组成的同心封闭状圆筒形通道伸入内筒体4空间、各电极与筒体壁之间输出电极水位讯号，电极纵列和电极设置数视需测量精度而定。
本发明还包括一种基准管5水柱恒位带多种保护平衡容器，主测量筒1旁并列有付筒2，一根弯曲管3的一端从内筒体4的KHO高度附近引出，另一端进付筒2上部且伸入其内，其伸入高度要低于内筒体4上引出端，弯曲管3顶端高度在锅筒第二报警水位附近，一根汽连络管6将主测量筒1与付筒2汽室连通，付筒2横截面积多倍于基准管5横戴面积，位于主测量筒1内的基准管5的高度，从水侧取样管15的中心轴线至基准管5上部管口高度为KHO，1＞K＞0.75，锅炉容量越大，汽压越高，汽水分离器漏汽量越大，K值越小。付筒2内部空间高度与基准管5的KH0高度近似相同，或略长或略低都可以，变化水头输出管8，基准水头输出管7分别在内筒体4和基准管5的下部一同垂直引出，也可以一同水平引出，垂直引出时，用一条水平状连络管，高度在水侧取样管15的中心轴线高度，将付筒2与基准管5连通，如附图1虚线所示。当基准水头输出管7变化水头输出管8一同水平引出时，引出高度在水侧取样管15的中心轴线高度，此时付筒2与水平状基准水头输出管7的连接方式可以有二种，一种是基准水头输出管7分作二段，付筒2串接在基准水头输出管7上，如图1的连接方式，另一种是付筒2底部用一短管13与基准水头输出管7三通方式连通，如附图4所示。变化水头输出管8接变化水头脉冲管10，基准水头输出管7接基准水头脉冲管9，二脉冲管输出接差压变送器或差压水位计。当单独作差压平衡容器使用时，内筒体4可以是一根管状带底筒，弯曲管3的内径一般是水侧取样管内径的1/3左右。
附图中：1 主测量筒 2 付筒 3 弯曲管 4 内筒体
5 基准管 6 汽连络管 7 基准水头输出管
8 变化水头输出管 9 基准水头脉冲管
10 变化水头脉冲管 11 电极座 12 测量电极
13 短管 14 汽侧取样管 15 水侧取样管
16 下降管 17 锅筒 18 排泄管
Claims (1)
1、一种双容器电极水位测量筒，有主测量筒(1)、位于所说的主测量筒(1)内的内筒体(4)、汽侧取样管(14)、从所说的内筒体(4)底侧部引出的水侧取样管(15)、从主测量筒(1)底内引至下降管(16)的排泄管(18)和测量电极(12)，所说的测量电极(12)固定于安装在所说的主测量筒(1)周边的电极座(11)上，并穿越由所说的电极座(11)、主测量筒(1)壁和内筒体(4)壁组成的同心封闭状园筒形通道而伸入所说的内筒体(4)内，其特征在于：以所说的水侧取样管(15)的中心轴线为基准，所说的电极座(11)在所说的主测量筒(1)上的安装高度是该电极座对应的电极水位计标定刻度点位高度的k倍，1＞K＞0.75。
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