[發明專利]連通器式汽包水位取樣測量裝置及其幾何尺寸的確定方法

有效

• 申請號: 200710025027.6
• 申請日: 2007-07-10
• 公開（公告）號: CN101089464A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: 高維信
• 申請（專利權）人: 高維信
• 主分類號: F22B37/78
• 分類號: F22B37/78
• 代理公司: 南京蘇高專利事務所
• 代理人: 柏尚春

技術領域：

本發明涉及熱工測量技術領域，特別涉及高壓、超高壓、亞臨界鍋爐汽包水位測量技術，具體是一種連通器式汽包水位取樣測量裝置，本發明還提供了該裝置的幾何尺寸確定方法。

背景技術：

汽包水位計是鍋爐重要的安全附件。目前，汽包水位測量系統配置的只有連通器式、差壓式兩類測量裝置。

在用的連通器類測量裝置大致有4種：云母水位計、電接點水位計、磁翻板水位計、電容水位計。如圖1所示，這幾種水位計的主體結構是一個直筒體(或直殼體)，它的水取樣管、汽取樣管與汽包上的汽、水測孔分別相連接后，筒體與汽包就組成了連通器，汽包內的汽、水進入測量裝置，連通器兩側靜壓平衡后，筒體內水柱就是測量汽包水位的取樣水柱，其高度與汽包內水位相對應。水位計各自的水位傳感部件直接檢測取樣水柱與汽柱的界面，從而間接測出汽包內水位。

上述4種水位計區別是檢測筒體內部水位的原理不同：云母水位計由云母視窗刻度直讀水位；電接點水位計，是借助于在筒體內安裝多個電接點，按汽水側電接點對地電阻值差異檢測水位并向遠方傳感水位測量信號；電容水位計，是借助于在筒體內安裝的絕緣棒與筒體壁組成電容式傳感器，根據汽水的介電常數不同，水位與電容量一一對應的原理，檢測水位并向遠方傳感水位測量信號；磁翻板水位計，是借助于在筒體內的、能漂浮在水柱頂部的磁性浮子標識筒內水位，并依靠浮子的磁力向外部傳感并顯示水位。前3種裝置直接檢測筒體內水位的誤差都很小，則間接測量汽包水位的誤差取決于水柱與汽包內水位的高度差，即取樣誤差。磁翻板水位計檢測筒內水位的誤差等于浮子吃水深度的變化值，但由于浮子的身高與取樣水柱相比很小，吃水深度變化值比取樣水柱因溫度降低的冷縮值小得多，故其間接測量汽包水位誤差取也決于取樣水柱誤差。

取樣水柱低于汽包內水位形成取樣誤差的原因是，取樣水柱的溫度、密度低于汽包內飽和水溫度、密度。取樣水柱溫度不僅與裝置水柱部分向周圍環境的散熱量有關，還與裝置汽柱部分的表面散熱產生的凝結水帶入取樣水柱的熱量有關，后者尚未引起人們關注而沒有用來解決傳統連通器類測量裝置的取樣誤差問題。

傳統連通器類測量裝置設計的缺陷是，水柱升高到一定高度時，汽柱產生的凝結水帶入水柱的熱量比水柱部分的散熱量小得多，取樣水柱平均溫度比汽包內水溫低得多，形成很大取樣誤差。取樣誤差隨著汽包壓力的升高而增大，且水位愈高誤差愈大。當鍋爐壓力級別的提高到超高壓(15Mpa)、亞臨界壓力(20Mpa)級別時：0水位(即鍋爐正常運行水位)的取樣誤差分別達100mm、150mm，已為運行監視規定所不允許；高水位停爐值取樣分別偏低200mm、250mm(注：高水位停爐值已接近水位計量程上限)，更會導致保護動作嚴重滯后而危及鍋爐和汽輪機的安全，已顯然不能用于滿水停爐保護。

根據汽包水位運行特點和安全保障的實際需要，鍋爐和熱工行業資深人士認為，對水位計性能的要求應體現“可靠第一，準確第二”原則。鍋爐廠為了保證飽和汽品質合格，規定汽包正常運行水位(0水位)變化范圍是-50mm至+50mm，這意味著，測量允許最大的誤差是50mm，從運行角度考慮，只要測量值是穩定的，水位計的可靠性可保證不會引發保護誤動停爐，0水位的50mm誤差也是可以承受的。2004年發布的《火力發電廠鍋爐汽包水位測量系統技術規定DRZ/T?01-2004》要求，水位計測量偏差不大于30mm，可以進一步保證0水位運行控制水平。從安全保障的實際需要考慮，當水位到達高水位停爐值時，即便測量偏差大到50mm，只要水位計能可靠地發出高水位停爐信號啟動停爐保護，就能保證設備安全，這意味著停爐保護水位測量允許最大的誤差是50mm。

上述情況表明，連通器式測量裝置用于超高壓、亞臨界壓力存在嚴重的取樣誤差，是運行和安全保障所不允許的，應將其取樣誤差降低到允許范圍內。

在傳統連通器式測量裝置的技改中，有些技術過度地追求高精度取樣，例如在裝置內部設置蒸汽加熱裝置以求消除取樣誤差，導致準確性余度過大，其代價是：使測量裝置的結構復雜化，取樣管路系統需要安裝蒸汽加熱的排水管路，需要在管壁很厚的下降管上開孔安裝排水管，無疑地增加了測量裝置成本和安裝工作量；結構的復雜和管路的增多加大了運行維護和故障診斷難度。這些因素在一定程度上影響新產品的推廣應用。

鍋爐和熱工行業的資深人士認為，有必要研發一種新型連通器式測量裝置，其取樣裝置結構和取樣管路系統依然很簡單，安裝與維護依然最方便，但取樣精度仍能達到汽包水位安全監控和設備保安要求，符合國家相關技術標準。

發明內容