雙法蘭液位變送器在鍋爐汽包上應(yīng)用

摘要:鍋爐汽包液位是鍋爐安全操作中非常重要的控制指標。因此，汽包上的液位一般采用就地和遠傳多種液位計同時進行測量。當前，遠傳液位計大多采用雙平衡管加差壓變送器的方式。這種液位計在運行過程中有兩點要求非常重要:一是導壓管絕對不能出現(xiàn)泄露;二是儀表和導壓管--定要做好保溫伴熱，否則就會出現(xiàn)測量誤差或是發(fā)生儀表凍堵現(xiàn)象，造成鍋爐停機甚至是安全事故。雙法蘭液位變送器不需要配導壓管，更不用保溫伴熱，恰好就避免這兩種情況的發(fā)生，但這種液位計在鍋爐汽包的液位測量上卻一直沒有得到應(yīng)用。通過多次試驗和改造，變更了液位計負壓側(cè)取壓方式，增加了密度補償，成功地將雙法蘭液位變送器用于鍋爐汽包的液位測量上，擴大了鍋爐汽包對液位計的選擇范圍。本文就此進行討論，介紹了雙法蘭液位變送器在鍋爐汽包的應(yīng)用過程中碰到的實際問題和解決辦法。
0引言
　　儀表是化工操作的眼睛。隨著現(xiàn)代自動化控制要求的不斷提高，過程操作中溫度、壓力、液位、流量等基本參數(shù)的正確和穩(wěn)定就顯得尤為重要。其中，液位就是一個非常重要的工藝控制參數(shù)。根據(jù)液位測量的針對性、重要性以及液位計的測量原理，液位計的種類和測量方式也多種多樣，有雷達液位計、超聲波液位計、浮球液位計、浮簡液位計、雙法蘭液位計、磁致伸縮液位計、放射性液位計、電接點液位計等叫，其中,雙法蘭液位變送器因其結(jié)構(gòu)的不同，有著上述儀表都無法具備的獨特優(yōu)勢。
1概述
1.1測量原理
 
　　雙法蘭差壓變送器由差壓變送器、毛細管和帶密封隔膜的法蘭組件構(gòu)成，因為差壓變送器的正負壓室各連接一套毛細管和密封隔膜法蘭，所以稱為雙法蘭差壓變送器。正負壓密封隔膜、毛細管和變送器正負壓膜盒腔體分別由.填充液(一般為硅油)連通為一體。密封隔膜直接與工藝介質(zhì)接觸，其感受的壓力通過與之相連的毛細管傳到差壓變送器的正負壓膜盒上，由變送器處理后轉(zhuǎn)換成標準的電流輸出信號。根據(jù)用途的不同，可以用于液位測量、壓差測量和流量測量等。其中，用于液位測量的變送器比較多，一般稱之為雙法蘭液位變送器。
1.2雙法蘭液位變送器的特點
　　由于變送器法蘭上的密封隔膜阻止了被測介質(zhì)進到變送器的膜盒腔體，這樣就避免了高溫、腐蝕性等特殊介質(zhì)與變送器的膜盒直接接觸。與傳統(tǒng)的差壓液位變送器相比，雙法蘭液位變送器沒有正負導壓管及二次閥等。因此，具有以下優(yōu)點:泄漏點大大減少、不會造成導壓管的堵塞、無需保溫伴熱系統(tǒng)、安裝位置更加靈活、尤其是不再需要加注隔離液，也就避免了因隔離液的流失或被置換造成的測量誤差，儀表故障率大大降低。因此，對密閉容器的液位測量，雙法蘭液位變送器有著廣闊的應(yīng)用。但是，也存在著一些缺點，如:儀表成本較高、儀表的零點檢查校驗比較麻煩、密封隔膜不能直接接觸高溫介質(zhì)等。
1.3鍋爐汽包液位的測量
　　鍋爐的汽包液位是鍋爐及其控制系統(tǒng)中最重要的參數(shù)之一，液位測量的方法也很多，通常采用的是雙平衡容器加差壓變送器測量法，還有磁翻板液位計、電感浮球液位計、電接點液位計、電極式液位計、浮球液位控制報警儀等。
2存在的問題
　　在采取差壓測量時，雙平衡容器在其中充當著不可或缺的重要角色，但是由于一些用戶對于雙室平衡容器及其測量補償?shù)确矫嫒鄙偃娴谋匾牧私猓率箲?yīng)用中時有故障發(fā)生，甚至形成安全隱患。
　　由于雙平衡容器與差壓變送器之間用導壓管連接，儀表人員要經(jīng)常檢查有無滲漏現(xiàn)象，尤其到冬季，還要重點做好保溫伴熱工作，一旦維護不到位、不及時，就會造成液位測量不準或聯(lián)鎖停機故障。例如:勝利油田發(fā)電廠一期工程，該工程投入運行早期，其汽包水位測量系統(tǒng)的誤差競達70mm~90mm,造成了汽包滿水停機事故;山東匯東公司一期天然氣制氫廢熱鍋爐汽包液位，因儀表伴熱系統(tǒng)發(fā)生意外，導致液位計被凍，造成了裝置聯(lián)鎖停車。迄今為止，據(jù)不完全了解，目前仍有個別用戶存在一些類似的問題或者其它問題。汽包液位是涉及機組安全和運行的重要參數(shù)和指標。因此，不允許發(fā)生任何的人為錯誤。
3改造過程.
3.1改造初期
　　在眾多的液位計選擇中，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)雙法蘭液位變送器的影子，既然這種液位計有那么多的優(yōu)點，為什么卻沒得到應(yīng)用呢?為此，便有了嘗試用雙法蘭液位變送器去測量鍋爐汽包液位的構(gòu)想。
在對汽包上的兩個液位計接口進行改造后，安裝了一臺雙法蘭液位變送器，調(diào)校組態(tài)后，儀表投人運行，指示.值和現(xiàn)場液位計完全--致。但是，隨著鍋爐汽包內(nèi)水溫的逐漸升高，發(fā)現(xiàn)雙法蘭液位計的指示值與現(xiàn)場液位計開始出現(xiàn)偏離，數(shù)值逐漸偏低。
　　經(jīng)過分析，我意識到這是因為水的密度變化所帶來的誤差。由于水的密度受壓力的影響較小，而受溫度的影響較大，尤其在高于100℃后，隨著溫度的升高，水的密度減小的很快。例如，溫度為100℃、壓力為0.1Mpa時，水的密度為958.lkg/m³;在溫度保持不變，壓力增到3.5Mpa時，水的密度為959.7kg/m³,變化量僅為1.6kg/m³,約0.17%;但當壓力保持3.5Mpa不變，水的溫度從100C升到240℃時，密度就會從959.7kg/m³下降到813.7kg/m³,變化幅度約15%。可見，隨著汽包溫度的升高，汽包內(nèi)水的密度會明顯變小，同樣的液位測量結(jié)果就會偏低，誤差甚至超過20%。因差壓式液位計是建立在介質(zhì)密度不變的前提下來測量的，如密度發(fā)生變化，就不能測量出實際的汽包水位，從而造成假水位現(xiàn)象。.
3.2加入溫度補償
　　為解決這個問題，必須引人密度補償，以測出的汽包水位。以下是根據(jù)飽和水的密度表吧，繪制出的表壓為3.5Mpa下水的密度與溫度的變化關(guān)系圖如圖2所示。
 
　　依照圖2所示，就可以設(shè)計一套密度補償方案:在DCS上編制相應(yīng)的補償程序，通過一個受溫度控制的信號放大器，將變送器來的電流信號經(jīng)溫度補償后傳送到DCS畫面，如圖3所示。
 
　　經(jīng)模擬試驗，隨著溫度的變化，汽包液位在DCS顯示的數(shù)值會自動得到修定，顯示數(shù)值真實、可靠。
3.3發(fā)現(xiàn)蒸汽對儀表的干擾影響
　　加入密度補償后，系統(tǒng)成功消除了密度變化造成的影響，儀表也應(yīng)該可以正常運行了。但實際運行不久就發(fā)現(xiàn)，液位的顯示值逐漸變得不穩(wěn)定，波動較大。在排除了DCS軟硬件及線路原因后，認為是液位變送器出現(xiàn)了問題。重新對變送器進行檢查、校驗、標定零點、查看組.態(tài)，但一切都很正常，沒發(fā)現(xiàn)問題。再次投表運行，故障沒有消除，依舊存在著上述現(xiàn)象。
　　到底什么原因呢?經(jīng)過認真分析后確定，根本問題不在儀表本身，而是出在測量過程的某個環(huán)節(jié)上，大致認.為可能與以下幾個因素有關(guān):一是高溫對密封隔膜內(nèi)填充液的影響;二是汽包內(nèi)蒸汽流量波動引起的“虛假水位”;三是在負壓側(cè)膜盒表面處存在著氣液兩相，并不斷相互轉(zhuǎn)變，對負壓側(cè)膜盒造成了干擾。不管哪個因素是主要原因，它們都直接干擾了變送器的負壓側(cè)膜盒，從而最終導致了變送器測量信號的不穩(wěn)定。
3.4徹底消除干擾
　　如果在負壓側(cè)加裝一個隔離罐，并確保隔離罐內(nèi)始終有水，讓水起到緩沖隔離的作用，上述現(xiàn)象就應(yīng)該可以消除。按照這個思路，我再次進行了改造。
　　首先，要讓隔離罐里水保持液態(tài)而且水位穩(wěn)定，這其實很好做到。因為只要讓隔離能的溫度低于汽包的溫度,汽包里的飽和蒸汽進到隔離罐后就能自動冷凝成水，而且只要安裝距離適當，水溫始終會保持在既不會汽化、冬季也不會結(jié)冰的范圍，罐內(nèi)水位也能保持不變。如圖4所示，又在變送器的負壓側(cè)加裝了一個特殊的水隔離器(不開設(shè)灌液口、排液口)。
 
　　由圖4對比可以發(fā)現(xiàn)，最關(guān)鍵的改變地方是，負壓側(cè)法蘭面由原來的垂直安裝改為了水平向上安裝，這樣，隔離器內(nèi)就始終會存留一段水，負壓側(cè)法蘭的膜盒與汽包里的燕汽就被這一段水隔開了，從而消除了高溫蒸汽對膜盒的干擾影響。
　　一切改造完成后，再次將變送器重新投人運行。果然，變送器測量值沒有再發(fā)生波動現(xiàn)象。一個小時、兩個小時、一天、三...儀表顯示一直非常穩(wěn)定，通過對比其它液位計，數(shù)值正確無誤。
最終，經(jīng)過不斷的的實驗，改變并不斷完善儀表的過程測量條件，優(yōu)化DCS數(shù)據(jù)對補償信號的后期處理，實現(xiàn)了雙法蘭液位變送器在鍋爐汽包液位測量上的成功應(yīng)用。
4總結(jié)
　　相比于雙平衡容器差壓液位計，雙法蘭液位變送器不.用保溫伴熱，幾乎沒有泄露點，消除了儀表人員大量的日常維護工作，而且測量數(shù)值正確、可靠、穩(wěn)定。完全可以用于鍋爐汽包的液位測量，甚至可以當做汽包液位的聯(lián)鎖信號源，為鍋爐的安全穩(wěn)定運行做出更加可靠的保障。