第１ １巷第２期 Ｖ０Ｌ．１ｌ Ｎ０．２ ２０１３年３月 Ｍａｒ．２０１３ 锅炉汽包水位测量准确性方法研究 佟春海 （神华冲东电 有限责任公刮郭 湾电厂，陕西府谷，７１９４｛）８） 摘要： 采用单室平衡容器配差压变送器测量锅炉汽包水位的方式，被大部分火电厂所应用，在安 装、调试、组态期间或系统某个环节出现故障时，需要进行繁杂的计算分析，通常都是采用手工计算 的方法来实现，手工计算比较复杂，占用时间较多且容易出错。根据这一情况，笔者运用ＥＸＣＥＬ软件 实现了自动计算功能，这种方法能够在已知差压的情况下，准确地计算出汽包内的实际水位，也能够 在已知汽包内水位的情况下，准确地计算出变送器所承受的差压，从而为系统调试、故障分析提供极 大的方便。 关键词： 发电厂汽包水位单室平衡容器 自动计算 文章编号：１ ６７４—８４９２（２０１ ３）０２—０６０—０３ 证。通过ＥＸＣＥＬ软件的自动计算就能实现这一功 中图分类号：ＴＭ６２ 文献标识码：Ｂ １ 引言 目前，火力发电厂大多采用单室平衡容器配差 压变送器的方式，对锅炉汽包水位进行测量，差压变 能，这种方法能够在已知差压的情况下，准确地计算 出汽包内的实际水位，也能够在已知汽包内水位的 情况下，准确地计算出变送器所承受的差压，从而为 系统调试、故障分析提供极大地方便。 送器将测得的差压信号，转变为４～２０ｍＡ的电流信 号传递给ＤＣＳ（分散式控制系统Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ），ＤＣＳ通过补偿计算，最终实现汽包水位的 准确测量和显示，见图１。 ２自动计算的实现方法 如图１所示，汽包内下部为饱和水，上部为饱和 蒸汽，汽包内的温度、压力、水位是随时变化。汽包外 部用于测量水位的单室平衡容器，由于蒸汽的凝结 作用，在平衡容器内部会凝满水，平衡容器内部的水 面会与引入管的下沿保持在同一高度上，平衡容器 内水的高度不变，水的温度等于环境温度，水的压力 等于汽包内部压力。通过以上分析，结合图１可以得 到水位测量关系式： △Ｐ＝ ｘｐｌＸｇ—Ｈｘｐ２Ｘｇ一（Ｌ—Ｈ）ｘｐ３Ｘｇ （１） 锅炉汽包；２一单室平衡容器；３一差压变送器；４一ＤＣＳ盘柜（包括卡件及控制器 ５－ＤＣＳ人机接 用于显示汽包水位） 化简后ＡＰ＝Ｌ（Ｐｌ—Ｐ３）ｇ—Ｈ（Ｐ２一Ｐ３）ｇ （２） 图１ 锅炉汽包水位测量 式中，Ａｐ为变送器测得的差压，Ｐａ；Ｌ为平衡容 器内水面至汽包水位测量管路下引出点之间的垂直 汽包内压力和温度的变化、汽包外环境温度的 变化、设备及管路的不正确安装、调试期间ＤＣＳ组态 错误、变送器参数设置错误、变送器零点漂移、变送 器硬件故障、ＤＣＳ卡件误差、通讯传输错误等都会导 致汽包水位测量失准，这就需要采用外在的方法对 以上环节进行验证。在不同的运行工况下，如果通过 手工计算来验证，工作量较大，还会出现计算不准确 的问题。因此，工程技术人员和系统维护人员，希望 有一种简单的方法对组态或回路的准确性进行验 距离，ｍ；日为汽包内水面至汽包水位测量管下引出 点之间的垂直距离，ｍ；ｐ 为平衡容器内水的密度， ｋｇ／ｍ ；ｐ 为汽包内饱和水密度，ｋｇ／ｍ ；ｐ 为汽包内饱 和蒸汽密度，ｋｇ／ｍ ； 为重力加速度，ｍ／ｓ 。 ２．１ 根据水位计算差压的方法 将式（２）按照一定的方式输入ＥＸＣＥＬ表格中， 就可以实现在已知Ｌ、Ｈ、Ｐ 、ｐ 、Ｐ 、ｇ的情况下计算出 ＡＰ，即在已知汽包内水位的情况下，计算出变送器 第２期 佟春海：锅炉汽包水位测量准确性方法研究 ・６ｌ・ 所承受的差压。表１为从软件中复制过来的部分。 表１ 单室平衡容器测量锅炉汽包水位自动计算 （根据水位计算差压） Ｂ１４中的公式为：＝（Ｂ９×（Ｂ８一Ｂ７）×ｇ—Ｂ１３× （Ｂ６－Ｂ７）ｘｇ）ｘ０．１０２ 上式中，ｇ根据所在地实际值输入，最后乘以０．１０２ 的目的是将单位由Ｐａ转换为ｍｍＨ Ｏ。 ２．２根据差压计算水位的方法 由式（２）可以推导出：Ｈ＝［Ｌ（ｐｌ－ｐ３） ＡＰＩ／ １ 单室半衡答器测量锅炉汽包水位自动计算软件 ２ 根据水位计算差压 ３ 参数描述 参数 备注 ４汽包内的压力（ＭＰａ） １７ 实际值（需输入） ５汽包外平衡容器中水的温度（℃） ５０ 实际值（需输入） ６汽包内饱和水的密度ｐ２（ ） ５６５．２０９橐 雯 得 ７汽包内饱和蒸汽的密 （ １１９．４６１ 得 查询非饱和水 ８汽包外平｛蕲莩器中水的皴Ｐ ｌ（ｋｇ／ｍ ） ９９５．２７４ 密度表得来（需 输入） ９ 路下引出点之间的垂直距离Ｌ警 著 测号 （ｍ） … １．２６实测值（需输入） １０ 直距离Ｄ（要内 面到零水位线的垂 ｏｍ） … ．５ 实测值（需输入）… １１偏置（ｍ） ０．１３ 果（不需 １２汽包水位ＤＣＳ画面显示值ＳＷ（ｍｍ） 一８０ 实际值（需输入） １３ 路下引出点之间的垂直距离Ｈ（孝 钡ｌＪ量 ｍ） … ０．６８计算 刁‘ ’ ‘１４变送器测得的差压△Ｐ（ｍｍＨ，０）８００．０９５５７３７ 表１中，Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、ＢＩＯ、Ｂ１２中的数 据需人工输入。Ｂ４中的数据是现场变送器测量值反应 在ＤＣＳ显示器上的结果。Ｂ５中的数据是现场热电阻 的测量值反应在ＤＣＳ显示器上的结果。Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８中 Ｐ 、Ｐ 、Ｐ，３个参数可以根据压力、温度通过查密度 表、利用密度自动查询软件或利用密度计算公式等方 式得到。例如：蒸汽密度可以采用公式１／［（０．００４７１× 温度＋１２８６）／（１０２×压力＋１）一０．００９７＋１．３ ２×温度 ／１０００００ ３计算。查表或使用密度自动计算软件得到的 数据比较准确，使用公式计算得来的数据会有偏差， 因此在这里选择的是查表方式。Ｂ９、Ｂ１０中的数据是 现场实际测量值，Ｂ１０中的数据也可以理解为平衡容 器引人管，下沿至规定的汽包零水位线的垂直距离。 Ｂ１２中的数据是差压变送器测量值，经ＤＣＳ换算后 反应在ＤＣＳ显示器上的水位值。 Ｂ１１中的公式为：＝Ｂ９／２一ＢＩＯ，此参数可参考汽包 零水位的说明。 Ｂ１３中的公式为：＝Ｂ１２／１０００＋Ｂ９一ＢＩＯ 需要说明的是：上式中，Ｂ１２／１０００的目的是为了 将单位由ｍｍ转换为ｍ。 ［（ＪＤ： ，）ｇ］ 式中，Ｈ的值并不是真正想要在人机接口上显示 的水位值，在发电厂实际应用中，将汽包几何中心线 或者几何中心线以下２００ｒａｍ以内的某个位置，规定 为零水位参考点（根据锅炉厂设计）。高于零水位时 显示正值，低于零水位时显示负值，见图２。 １一锅炉汽包；２一单室半衡容器；３一差压变送器；４一ＤＣＳ盘柜（包括卡件及控制器）； ５一ＤＣＳ人机接口（用于显示汽包水位） 图２锅炉汽包水位测量计算 通过以上分析结合图２可以得到水位测量关系式： ＳＷ＝｛［Ｌ（ｐ －ｐ ）ｇ－Ａｐ］／［（ｐ２－ｐ３）ｇ］｝一（，Ｊ—Ｄ）（３） 式中，ＳＷ为人机接口上显示的水位值，ｍｍＨ ０； Ｄ为平衡容器内水面到零水位线的距离，ｍ；，Ｊ为平衡 容器内水面至汽包水位测量管路下引出点之间的垂 直距离，ｍ；日为汽包内水面至汽包水位测量管下引 出点之间的垂直距离，ｍ；ｐ 为平衡容器内水的密度， ｋｇ／ｍ ；ＪＤ：为汽包内饱和水密度，ｋｇ／ｍ ；ｐ。为汽包内饱 和蒸汽密度，ｋｇ／ｍ。；ｇ为重力加速度，ｍ／ｓ：。 因此，只要将以上关系式按照一定的方式输入 ＥＸＣＥＬ表格中，就可以实现在已知Ｌ、Ｐ 、Ｐ：、Ｐ，、ｇ、△Ｐ 的情况下计算出ＳＷ。其中，Ｐ 、Ｐ 通过查密度表或 者利用密度计算公式来得到。表２为从软件中复制 过来的部分。 表２中，Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、ＢＩＯ、Ｂ１２中的数 据需人工输入。Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０中的数据 在上面已经做过介绍，在此不赘述。Ｂ１２中的数据是 差压变送器测到的差压值，可以通过变送器的手操 器调阅，也可以通过加装差压表或差压变送器的方 ・６２・ 第２期 式获得。 表２单室平衡容器测量锅炉汽包水位自动计算 （根据差压计算水位） Ａ Ｂ Ｃ 换算成Ｐａ，公式最后乘以１０００的目的是将单位ｍ换 算成ｍｉｌｌ。 ３实际应用方法 在现场调试及故障分析时，可以使用手操器调 阅出变送器测得的差压，输入软件中，将软件中得出 的水位值，与ＤＣＳ人机接口上显示的水位值做比对。 也可以将ＤＣＳ人机接口上显示的水位值输入软件， １ 单室半衡答器测量锅炉ｊ气包水位目动计，鼻软件 ２ ３ 根据差压计算水位 参数描述 参数 １７ ５０ 备注 实际值（需输入） 实际值（需输人） ４汽包内的压力（ＭＰａ） ５汽包外平衡容器中水的温度（ ） ６汽包内饱和水的密度ｐ２（ ，） ５６５．２０９ 橐 ７汽包内饱和蒸汽的密 （ ｇ／ ） １ １９．４６１ 橐 ８汽包外平衡容器中水的密度ｐ （ｋｇ／ｍ ） 得 得 将软件中得出的差压值，与变送器手操器调阅出的 差压值做比对。通过比对，验证变送器设置、电气回 路、信号传输、ＤＣＳ卡件及ＤＣＳ逻辑组态的准确性， 必要的情况下，还可以加装差压表或差压变送器与 计算结果做比对。经过对以上软件的多次测试，无论 在哪种情况下，软件均能准确无误地进行计算，从而 查询非饱和水 ９９５．２７４ 密度表得来（需 输入） ９ 路下引出点之间的垂直距离Ｌ紫 霎羞 曼 钡 （量 １．２６实测值（ ｍ） … ～ …需输入）”…… 内 面到零水位线的垂 ｍ） 为系统的调试、故障分析提供方便。 １０ 直距离Ｄ（０５．… 实测值（需输入） ～ ……” … ４结论 运用ＥＸＣＥＬ软件，实现了单室平衡容器测量锅 炉汽包水位，在已知差压的情况下，计算汽包内的实 际水位，以及在已知汽包内水位的情况下，计算变送 器所承受差压的功能，从而为系统调试、故障分析提 １ｌ偏置（Ｉｎ） １２变送器测得的差 ＡＰ（ｍｍＨ ０） ， 。。。ｏ．１３ ８００ 计算结果（不需 输入） 实际值（需输入） 汽包内实际水位ＤＣＳ画面显示值 ＳＷ（ｉｎｎ） ８３．２８５１７７１５ Ｂｌｌ中的公式为：＝Ｂ９／２一ＢＩＯ，此参数可参考汽包 零水位的说明。 Ｂ１３中的公式为：＝（（Ｂ９×（Ｂ８一Ｂ７）×ｇ－Ｂ１２ ｘ ９．８０６６５）／（（Ｂ６一Ｂ７）×ｇ））一（Ｂ９一ＢＩＯ））Ｘ １０００ 供了方便。设计易于实现、简单实用，在使用单室平 衡容器测量水位的场合，具有广泛的应用价值。 作者简介：佟春海（１９７３一），高级技师，现任神华神东电力有 限责任公司郭家湾电厂生产技术部经理助理兼热控Ａ级主管。 上式中，ｇ根据所在地实际值输入，Ｂ１３公式中的 Ｂ １２×９．８０６６５是为了将差压的单位，由原来的ｍｍＨ ０ Ｏｎ Ｖｅｒａｃｉｔｙ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｒｕｍ Ｗａｔｅｒ Ｓｔａｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ Ｂｏｉｌｅｒ Ｔ０ＮＧ Ｃｈｕｎｈａｉ （Ｓｈｅｎｈｕａ Ｓｈｅｎｄｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕｏｊｉａｗａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ，Ｆｕｇｕ，Ｓｈａａｎｘｉ，７１９４０８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｄｒｕｍ ｗａｔｅｒ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｂｏｉｌｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｅｑｕａｌｉｚｉｎｇ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒ ｍｏｓｔ ｈｅａｔ—ｅｎｇｉｎｅ ｐｌａｎｔ．Ｏｎｃｅ ｓｔｏｐｐａｇｅ ａｐｐｅａｒｓ ｉｎ ｉｎｓｔａｌｌｍｅｎｔ，ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｒ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉｆａｒｉｏｕｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｕｓｔ ｂｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｍａｎｕａｌ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｌｙ ｕｓｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｕｒｓｅ，ｌａｓｔｉｎｇ ｔｉｍｅ—ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｆａｕｌｔ． ＥＸＣＥＬ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｈｅｌｐｓ ＵＳ ｒｅａｌｉｚｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｃａｎ ｃｏｍｐｕｔｅ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｔａｇｅ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｕｎｄｅｒ ｋｎｏｗｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｘａｃｔｌｙ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｃａｎ ｂｅａｒ ｕｎｄｅｒ ｋｎｏｗｎ ｄｒｕｍ ｗａｔｅｒ ｓｔａｇｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｇｒｅａｔ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｆａｕｌｔ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ；Ｄｒｕｍ Ｗａｔｅｒ Ｓｔａｇｅ；Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｑｕａｌｉｚｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ；Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ （收稿日期：２０１２—０６—２０ 责任编辑：马小军）
