CN1869605A - 汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器 - Google Patents

Abstract

本发明是用于锅炉汽包水位热工测量的一种汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器。它对现有电极式传感器作出了优化改进。原汽笼式加热器结构仍较为复杂；加热器外部的水样温度较低，影响取样精度；取样水柱的动态响应速度也较慢。本发明改水柱淹没式汽笼加热器为水柱内置式；增加了冷凝室的高度；设计单管式或热套式水侧取样管；改集水、疏水装置的直接连接为过渡式非直接连接，并且提高了电极组件的机械密封性能，降低了电极泄漏率。本发明增加了饱和汽与取样水柱的热交换强度，提高了取样水柱对锅炉压力变化的动态响应速度，净化了取样水柱的水质，是为准确、及时地监控汽包水位安全提供的更高精度，更为可靠的电极式传感器。

Description

汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器

技术领域：

本发明涉及锅炉汽包水位热工测量技术领域，特别涉及高压、超高压、亚临界锅炉汽包水位取样传感测量，是一种汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器。

背景技术：

汽包水位是锅炉运行最重要的安全参数。为了准确及时地监控水位，长期以来行业内对汽包水位测量给予足够的重视，特别是2004年电力行业热工自动化标准化委员会颁发的《锅炉汽包水位测量系统技术规定DRE-TOI-2004》明确规定应配置电极式水位计，并要求电极式水位计能及时消除汽包压力影响，全程高精确度测量水位，要求确保从锅炉点火起便能投入保护、在汽包缺水或满水时都能准确、安全地快速停炉。本申请人于90年代初就潜心于锅炉汽包水位计、特别是电极式水位计的研究，并先后获得了“汽包电接点水位计高精度取样测量筒(ZL95240275.0)、汽包水位高精度取样电极传感器”(ZL0021057.6)专利。其中，后一专利因其测量性能明显优于其它电极传感器，而成为2004年电力行业推荐的符合锅炉汽包水位测量系统技术规定的产品。但从精益求精的理念出发，申请人感到该专利产品仍有不足之处，例如：所采用的汽笼式加热器结构仍较为复杂，这给整机制作加大了难度；且该加热器外部的水样温度还较低，势必影响取样精度；且当汽包水位飞升很快、即锅炉满水时，水侧取样管中较冷的水进入传感器筒内，影响取样动态响应速度；另外，为防止瞬时热应力集中而产生疲劳损坏，其集水疏水装置结构也需完善等等。因此，有必要再对上述专利产品作进一步的优化改进。

发明内容：

本发明的目的在于对锅炉汽包目前仍在配套使用的各种电接点水位传感器，包括“汽包水位高精度取样电极传感器”等专利产品，在结构上再作改进，以进一步提高汽包水位电极式传感器的取样精度和高可靠性，加快取样动态响应速度，最大限度提高锅炉安全运行水平。

本发明技术解决方案：

(一)改水柱淹没式汽笼加热器为水柱内置式汽笼加热器，该汽笼加热器主要由筒体、内筒、水平加热管、电极过道管，取水过道管、笼底、加热排水管构成。它所包含的水平加热管为多根，呈不同高度分层、并沿内筒的不同径向水平分布。每根加热管的两端均与内筒外的环腔(内筒与整个筒体之间的空间)相通；

(二)增加冷凝室高度；

(三)集水和疏水装置的直接连接改为非接触式连接，即在集水漏斗盘的下方设有杯形接水聚口，该聚口底再与疏水管相接；

(四)可以是单管式水侧取样管，还可以是为热套管式水侧取样管，后者的内管和套管之间存有室腔，该室腔由导管与加热排水管相通；

(五)机械自密封电极组件的传感探头与引线的连接方式是，在传感探头内部以螺纹连接。

本发明的有益效果：

(一)水柱内置式汽笼加热器具有更好的加热效果。由于采用内筒及多层、多根水平管的加热而加大了传热面积，且水柱内置于汽笼加热器内部，则减小了取样水柱的截面与体积，从而增加了取样水柱与饱和汽之间传热的热流密度。这不仅使取样水柱温度等于饱和水温度而实现高精度测量；又由于饱和汽与水柱之间的热交换强度大，缩短了水柱与汽包内水体之间温度平衡时间，特别是当压力变化引起汽包内水位变化时，可提高取样水柱对锅炉压力变化的动态响应速度。

(二)增加冷凝室的高度，即增加进入取样水柱的凝结水流量，也有利于提高取样精度和动态响应速度。

(三)水侧取样管为热套式，用饱和汽加热水侧取样内管的水流，可使水流进入测量筒之前，温度已接近饱和水温度，故在汽包水位迅速飞升时(锅炉满水过程中)仍然能准确快速测量。

(四)集水、疏水装置之间采用非接触式连接，不仅解决了瞬时热应力集中而疲劳损坏问题，且该装置本身与传感器的其它相关通道配合，使水柱成为“活水”，达到水质自动净化，可避免因水柱的水质差而影响传感的可靠性。

(五)电极机械自密封性能好，绝缘性能好，降低了电极泄漏率。

(六)该水柱内置式汽笼加热器结构简单、制作方便。

附图说明：

附图1为本发明的结构示意图

附图2为附图1的B-B剖面结构示意图

附图3为本发明的汽侧取样管设置在集水、疏水装置上方的结构示意图

附图4为附图1的C-C剖面结构示意图

附图5为本发明的水侧取样管为热套式的结构示意图

附图6为本发明的电极组件的头部结构放大示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明由汽笼加热器、汽侧取样管5、水侧取样管12、电极组件、冷凝室2、集水、疏水装置、筒体8、加热排水管15、排污管14组成。所述汽笼加热器为水柱内置式，主要由筒体8、内筒10、水平加热管9、电极过道管17，取水过道管11、笼底13、加热排水管15构成。它是在筒体内设置同轴心内筒10、并在内筒的不同高度上分层设置有多根沿内筒不同径向分布的水平加热管9，该管的两端与筒体8、内筒10之间的环腔相通，内筒上部呈敞口状。水柱内置式汽笼加热器最大限度减小了测量筒取样水柱体积，又保证有足够大的传热面积，因而大大增加了取样水柱与饱和汽之间的换热的热流密度。冷凝室2上至端盖1、下至集水漏斗盘3，其高度一般为450-550mm、以500mm为佳。增加冷凝室高度加大了冷凝水流量，可实现对取样水柱的高倍率置换；由于冷凝水是饱和的纯净水，它的水循环使水柱成为有源“活水”，实现了水柱水质的自优化，可减轻水柱对电极的污染、延长排污周期、减轻维护工作量、减缓电极的电腐蚀而延长寿命。汽侧取样管5设置在冷凝室的下部，设置在集水漏斗盘3的上方，同时也可以根据汽包汽、水侧测孔间距的不同，如附图3所示，将汽侧取样管5设置在集水漏斗盘3的上方，其汽流通向内筒10和筒体8之间的环腔。如附图1、2、4所示，集水、疏水装置由集水漏斗盘3、隔板23、杯形接水聚口4、疏水管7构成，所述疏水管7与内筒10相通，隔板23将集水漏斗盘3分为4个扇形碟盘，每个扇形碟盘下面带有漏斗，漏斗正对着疏水管7顶部的杯形接水聚口4。其中，疏水管外还套有滑环6，固定在内筒10上，当内筒与疏水管之间出现热膨胀差时，疏水管可在滑环6中自由滑动。又如附图1、4、6所示，本发明的电极组件由压盖22、固定座21、衬垫20、柔性密封垫19、电极18、绝缘管24、传感探头26、引线25构成，其中，电极18不仅带有自紧推力肩盘、尾部具有电极拆出螺纹，且与绝缘管24相连的传感探头26与引线25的螺纹连接点位于传感探头内部。另如附图5所示，水侧取样管12也可以为由内管28和套管27组成的热套式水侧取样管，内管28和套管27之间存有室腔，套管27通过疏水孔29与导管30、加热排水管15所连接的管道相接。其连接点的标高低于加热排水管15约10-15毫米，以保证套管加热的疏水，热套式水侧取样管的长度可达1米。

本发明工作时，汽侧取样管5、水侧取样管12分别连接至汽包的汽室、水室相连，汽笼加热器则为连通器的一侧，汽包为连通器的另一侧。汽包内的饱和汽经汽侧取样管5进入内筒10，汽包内的水经水侧取样管12、取水过道管11、进入内筒10，连通器的两侧静压平衡时，则内置于汽笼加热器里的水柱即为取样水柱。饱和汽进入筒体8、内筒10之间的环腔，一方面通过内筒外热水柱，另一方面进入水平加热管9内热水柱，饱和汽加热水柱的凝结水经筒体8的排水孔16、加热排水管15排出测量筒，由另专用的排水管道向下15米左右排至汽包的下降管内。饱和汽进入冷凝室2，产生大量的冷凝水流到分区集水漏斗盘3的扇形碟盘，经杯形接水聚口4，流入疏水管7，进入内筒10，实现水柱水质置换。水柱的取样结果由电极传感至电测仪表测量显示。

综上可见，本发明取样水柱与饱和汽之间的热交换有足够的热流密度，不仅可实现高精度测量，还可缩短水柱温度升高或降低至饱和水温度的时间，提高测量筒取样对锅炉压力变化的动态响应速度；而水柱水质的自优化措施和电极组件的可靠性保证了汽包水位电极传感器的高可靠性，从而最大限度提高锅炉安全运行水平。

Claims (9)

1、汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器，主要包括汽笼加热器、汽侧取样管、水侧取样管、电极组件、冷凝室、集水疏水装置和筒体，其特征在于：所述的汽笼加热器主要由筒体(8)、内筒(10)、水平加热管(9)、电极过道管(17)、取水过道管(11)、笼底(13)、加热排水管(15)构成，它是在筒体(8)内设置同轴心内筒(10)，呈水柱内置式汽笼加热器。

2、根据权利要求1所述的汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器，其特征在于：水柱内置式汽笼加热器所包含的水平加热管(9)有多根，在内筒(10)的不同高度上分层设置，并沿内筒不同径向分布，该管的两端与筒体(8)、内筒(10)之间的环腔相通，内筒上部呈敞口状。

3、根据权利要求1所述的汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器，其特征在于：冷凝室(2)上至端盖(1)、下至集水漏斗盘(3)，其高度一般为450-550mm，而以500mm为佳。

4、根据权利要求1或3所述的汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器，其特征在于：汽侧取样管(5)设置在冷凝室的下部位，可以在集水漏斗盘(3)的下方，也可以在集水漏斗盘(3)的上方。

5、根据权利要求1所述的汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器，其特征在于：集水疏水装置由集水漏斗盘(3)、隔板(23)、杯形接水聚口(4)、疏水管(7)构成，疏水管(7)与内筒(10)相通，隔板(23)将集水漏斗盘(3)分为4个扇形碟盘，每个扇形碟盘下面带有漏斗，漏斗正对着疏水管(7)顶部的杯形接水聚口(4)。

6、根据权利要求1所述的汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器，其特征在于：电极组件主要由压盖(22)、固定座(21)、衬垫(20)、柔性密封垫(19)、电极(18)、绝缘管(24)、传感探头(26)、引线(25)构成，其中，电极(18)带有自紧推力肩盘、尾部具有电极拆出螺纹，且与绝缘管(25)相连的传感探头(26)与引线(25)的螺纹连接点位于传感探头(26)内部。

7、根据权利要求5所述的汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器，其特征在于：疏水管(7)外还设有滑环(6)、固定在内筒(10)上，疏水管(7)可在滑环(6)中自由滑动。

8、根据权利要求1所述的汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器，其特征在于：水侧取样管(12)也可以为热套式水侧取样管，由套管(27)和内管(28)组成，内管和套管之间存有室腔，套管(27)通过疏水孔(29)与导管(30)、加热排水管(15)所连接的管道相接。

9、根据权利要求8所述的汽包水位高精度、高可靠性电极式传感器，其特征在于：套管(27)通过疏水孔(29)与导管(30)、加热排水管(15)所连接的管道相接的连接点的标高低于加热排水管(15)。

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