内置式平衡容器测量锅炉汽包水位原理

汽包内置水位平衡容器简介

众所周知，单室平衡容器及参比水柱内水的温度受环境温度和风向以及容器的结构、表管的走向布置影响较大，而水的密度与水的温度关系较大，一个较小的差压误差，经补偿计算后会增加近2倍的误差，给水位测量带来较大的一个随机误差。

DNZ系列汽包内置水位平衡容器，是秦皇岛华电测控设备有限公司根据多年来的工程实践而开发的专利产品（专利号：ZL03206523.X）。它将单室容器置于汽包内部，使其水容器和参比水柱永远处于饱和水温度环境下，克服了传统单室平衡容器的参比水柱水温难以测量的不足，避免大气环境温度对参比水柱水温、水柱密度的影响，从而使信号更加稳定、补偿公式更简单，测量的附加误差更小，提高监视测量的可信度，提高水位自动调节、保护稳定性。

汽包内置水位平衡容器的原理如图所示：

7219L1、冷凝罐2、汽侧管3、正压取样管4、负侧取样管5、DCS αγ2Lγ18ΔHH04356、差压变送器7、汽包8、平衡罐9、备用正压取样管6 汽包内置水位平衡容器的原理简述：

汽包内置水位平衡容器主要由1冷凝罐、3正压取样管、5 DCS、6差压变送器、8平衡罐等组成。汽包运行过程中饱和蒸汽进入到冷凝罐中冷凝成饱和水回流到平衡罐中，参比水柱所

内蒙古科技大学课程设计论文

第1章 绪论

1.1概述

锅炉作为一种把煤，石油或天然气等化石燃料所储藏的化石能转换成水或水蒸气的热

能的重要设备，长期以来在工业生产和居民生活中都扮演着极其重要的角色，它已经有二百多年的历史。换言之，锅炉是由气锅和炉子组成的。炉子指燃烧设备，为化石燃料的化石能提供必要的燃烧空间；起锅是指加热设备，为汽水循环和汽水吸热以及汽水分离提供必要的吸热和分离空间。

根据锅炉在生产和生活中所起的作用不同，可将其分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。其中电站锅炉主要用于发电；工业锅炉主要用于供给工、农业生产或驱动机械；而生活锅炉则主要用于提供热水及取暖。随着工业生产规模的不断扩大，生产过程不断加强，生产设备不断革新，锅炉也向着大容量、多参数、高效率方向发展。为确保安全，稳定生产，对锅炉设备的自动控制就显得十分重要。

1.2锅炉汽包水位传统控制方案及存在的问题

汽包水位的控制问题伴随着锅炉的出现而出现，长久以来一直是控制领域的一个典型问题。随着控制理论和控制技术的发展，锅炉自动化控制水平也在逐渐提高。期间主要经历了上世纪三、四十年代单参数仪表控制，四、五十年代单元组合仪表综合参数仪表控制，以及六十年代兴起的计算机控

兵团广播电视大学

毕业论文

题 目：锅炉汽包水位的视频监控数字兼容

学 生 姓 名：路正丽 系 别：机电工程系 专 业：热能动力 班 级：13-34班 指 导 教 师：卡拉哈尔老师

摘 要

锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。

锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常

汽包水位测量。

就地水位计

有：玻璃板式水位计、就地双色水位计、电接点式水位计几种。原理都是通过连通器原理，即在液体密度相同的条件下，连通管中各个支管的液位均处于同一高度。见下图。只不过看的方式不同而已

对于就地水位计来讲，存在着散热误差，导致读数不准。

汽包水位测量。

上面公式推导过程：（假定饱和蒸汽密度与水位计中蒸汽的密度相同） H*ρ’=H1*ρ1+(H-H1) *ρ

’’ H*ρ’=H1*ρ1+H*ρ’’-H1* ρ’’ H*ρ’- H*ρ’’=H1*ρ1 -H1*ρ’’ H*(ρ’- ρ’’)=H1*(ρ1-ρ’’) H1=[(ρ’- ρ’’)/ (ρ1-ρ’’)]*H (1)直接“散热”误差

由于测量筒及其引管向周围空间散热，其水柱温度实际上低于容器内水的温度，直接影响水位计测量筒内水的密度ρ1，即测量筒内水的密度ρ1大于容器内水的密度ρ'，由(1)式可知水位计显示的水位H，比容器内水位H低。由(2)式可以看出，水位计测量筒散热越多，ρ1也就越大，因而测量误差｜△h｜越大，这种误差我们称为直接“散热”误差。为了减少直接“散热”误差｜△h｜，一般在水位计测量筒的下部至水侧连通管应加以保温，以减少测量筒水柱温度与容器内水的温度之差：同时水位计的汽侧

汽包水位测量的相关规范

汽包水位测量

国家电力公司“国电发（2001）795号”附件：

国家电力公司电站锅炉汽包水位测量系统配置、安装和使用若干规定（试行） 为了保证电站锅炉的安全运行，根据《防上电力生产重大事故的二十五项重点要求》中的“防上锅炉汽包满水和缺水事故”的有关要求，特制定本规定。

1．适用范围

本规定适用于国家电力公司系统超高压及亚临界火力发电用汽包锅炉。

2．水位测量系统的配置

2．1新建锅炉汽包应配备2套就地水位表和3套差压式水位测量装置，2套就地水位表中的1套可用电极式水位测量装置替代。在役锅炉汽包可根据现场实际和新建锅炉的配置要求进行相应的配置。

2．2锅炉汽包水位的调节、报警和保护应分别取自3个独立的差压变送器进行逻辑判断后的信号，并且该信号应进行压力、温度修正。

2．3就地水位表可采用玻璃板式、云母板式、牛眼式。

3．水位测量装置的安装

3．1每个水位测量装置都应具有独立的取样孔。不得在同一取样孔上并联多个水位测量装置；以避免相互影响，降低水位测量的可靠性。

3．2水位测量装置安装时，均应以汽包同一端的几何中心线为基准线，采用水准仪精确确定各水位测量装置的安装位置，不应以锅炉平台等物作为参比标准。

3．3安装水位测量装置取样阀门时，应使阀门阀杆

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火电厂锅炉汽包水位测量系统问题分析及改进措施

作者：潘芸

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第21期

摘要：火电厂的汽包水位是表征锅炉安全运行主要的参照方式。因为配置、安装、运行及维护不当等因素，致使汽包水位测量系统存在测量值与实际值不符的情况出现。不同表计之间显示偏差大，保护信号取样不合理现象始终存在，这是机组安全稳定运行的巨大问题。针对火电厂汽包水位测量、水位保护投入状况进行深入现场调查，总结和分析了问题产生的原因。本文就以上进行了探讨并提出解决问题的技术改进措施。 关键词：火电厂；汽包水位；技术措施

前言：汽包水位是表征锅炉安全运行的重要参数，水位测量值与实际值的偏差问题，是一直困扰火电机组热工测量与安全经济运行的难题。通过对主力发电厂进行的水位测量问题专题调查，对一些汽包取样装置的安装位置进行标高核对。利用检修机会进入一些汽包内部检查汽包水位运行水迹线，进行汽包水位燃烧调整试验，并对省外一些发电厂进行了调研。在此基础上，提出了提高汽包水位测量系统运行可靠性的改进意见。 1.存在的主要问题 1.

锅炉汽包水位自整定模糊PID控制

第２６卷第３期

２００８年７月沈阳师范大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｚＰｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｖ０１．２６．Ｎｏ．３Ｊｕｌ．２００８文章编号：１６７３—５８６２（２００８）０３—０２９４—０３

锅炉汽包水位自整定模糊ＰＩＤ控制

于洪泽１，２

（１．沈阳理工大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳１１０１６８；２．辽东学院机电学院，辽宁丹东１１８００３）

摘要：锅炉汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统．在建立锅炉汽包水位调

节系统的基础上，运用自整定模糊ＰＩＤ控制对汽包水位进行控制．并对控制器的设计进行仿真分

析，结果表明自整定模糊ＰＩＤ控制改善了汽包水位控制系统的静、动态特性，从而实现了对锅炉汽

包水位的最佳实时控制．

关键词：锅炉；汽包水位；模糊控制；模糊自整定ＰＩＤ控制；仿真

中图分类号：ＴＫ２２３．１＋３文献标识码：Ａ

在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数．若水位过高，则会影响汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸．同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要．锅炉水位

北京化工大学北方学院毕业设计（论文）

诚信申明

本人申明：

我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。

若有不实之处，本人承担一切相关责任。

本人签名： 年 月 日

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北京化工大学北方学院毕业设计（论文）

锅炉汽包水位的模糊控制系统设计

摘 要

汽包水位是锅炉运行的重要指标。保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。水位的过高、过低都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不得的影响。过高，饱和水蒸气将会带水过多，导致过热器管壁结垢并损坏，进而进入汽轮机的蒸汽带液损坏汽轮机叶片，产生安全事故；反之，水位过低，汽化过快，锅炉供水不足，致使水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。

锅炉汽包水位的控制又比较复杂，其中存在的虚假液位、滞后性、不易检测性等等又使传统控制很难达到较为完善的控

水位补偿公式：

H=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g

然后用H减去水位零点相对平衡容器下取样点的距离,得到的值就是修正后的汽包水位。

L为平衡容器两个取样管间高度（m） ρ1为凝结水密度 （kg/m3） ρ2为饱和水密度 （kg/m3） ρ3为饱和蒸汽密度（kg/m3） ΔP为变送器差压 （Pa） H为水位高度 （m） h0为汽包水位零点至下取样管高度（m）. H为补偿后水位，m。

补偿后水位：h=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g -h0. 再把单位从米转为毫米。 如果L、h0、h单位为毫米，ΔP单位为mmH2O, ρ1、ρ2、ρ2单位为kg/m3。则公式为 h=[ L*(ρ1-ρ3)-ΔP*1000 ] / (ρ2-ρ3) -h0 理想气体状态方程:PV=nRT ∴PV=mRT/M,PM=ρRT

∴ρ=RT/PM[P为压强(Pa),M为摩尔质量(H2O=18g/mol),T为温度(K),R=8.314J/(mol·K)]

压力不同时,密度不同.用理想气体方程式计算. pv=nrt nr/v==p/t 单位p压力'pa\体积'm^3 n=8.134 t 绝对温度 单室平衡

19.2就地水位计的操作

19.2.1锅炉冷态时水位计的投入：

19.2.1.1确认水位计检修工作结束，设备完整，照明良好，符合投入要求；

19.2.1.2开启水位计汽、水侧一、二次门，关闭放水一、二、三次门； 19.2.1.3水位计随锅炉同时升压，汽包压力升到0.1MPa时，应冲洗汽包就地水位计，当汽包压力达0.5 MPa时，应通知检修和热工人员分别进行热紧螺丝和仪表疏放水； 19.2.2锅炉热态时水位计的投入：

19.2.2.1确认水位计检修工作结束，设备完整、照明良好，符合投入要求；

19.2.2.2确认水位计汽、水侧一、二次隔离门关闭，放水一、二、三次门开启；

19.2.2.3开汽、水侧一次门；

19.2.2.4微开汽侧二次门，暖管约30分钟，暖管合格后关闭汽侧二次门；

19.2.2.5如果水位计某些窗口进行过检修，应在暖管结束关闭汽门后，进行螺丝热紧工作。热紧工作结束后，再微开汽侧二次门，继续暖管5分钟以上，暖管合格后关闭汽侧二次门； 19.2.2.6关闭放水一次门；

19.2.2.7将汽、水侧二次门交替微开1/4圈（防止保护钢球堵死水位计表体进汽、进水口，如果因错误操作引起保护钢球堵死水位计进汽、

进水口会出现汽包水位指示不准现象，