锅炉汽包水位检测方法综述及补偿问题

锅炉汽包水位检测方法综述

电站锅炉汽包的水位是一个极其重要的热工参数，它直接关系到生产装置能否安全稳定的运行。汽包水位过高使汽包上部蒸发空间减小，影响汽水分离，甚至使蒸汽带水过多；水位过低，则影响锅炉的汽水循环，引起爆管，危及设备安全，甚至发生事故。为使锅炉安全、有效地运行，就需保持稳定的汽包水位，而控制好汽包水位的前提条件是对水位进行准确的测量。

一、锅炉汽包水位检测方法

目前电厂中关于锅炉汽包水位检测方法主要有以下几种：

1.锅炉汽包水位连通管式测量方法

连通管式水位计利用水位计中的水柱与汽包中的水柱在连通管处有相等的静压力．从而可用水位计中的水柱高度间接反映汽包中的水位。连通管水位计测量原理如图l 所示。

图 1 连通管水位计测量原理

汽包重量水位和云母水位计示值误差：

)/()(s w a w a a H H H H ρρρρ--=-=∆ (1)

式中：s ρ为汽包压力下饱和蒸汽的密度；w ρ为汽包压力下饱和水的密度；a ρ为云母水位计测量管内水的平均密度；H 为汽包内重量水位；a H 为云母水位计显示值。从式（1）中可以看出H ∆与云母水位计测量筒内水的温度有关，与汽包压力有关。云母水位计温度一定时，汽包压力愈高，误差愈大；汽包内压力一定时，云母水位计筒内水温度愈高，误差愈小。

根据连通管水位计原理，可知提高水位计测量准确度可有多种方法，如水位连通器加装热套、补偿与修正、改进结构。(1)给连通器加装热套虽然有效。但又造成了显示、信号传递的不方便．故始终未得到推广：(2)补偿与修正的方法，

虽然可近似地设定连通器内的水温从而省去水温测量环节．但是水温的设定应有充分的根据．通过修正来提高测量准确度也比较繁琐；(3)改进结构方法，其难度不大，比其他减小水位误差的方法更有效、更简单。是值得推广的。因此对于连通管式水位计的改进多为结构改进。

1.1 新型双色水位计

云母水位计只能就地监视，汽水界面不清晰，且零水位负误差在汽包压力为18.4—19.60MPa时达到150mm，不能用来校核差压水位计。同时,此表量程一般不能覆盖满、缺水停炉定值．在水位计高或极低时已失去监视作用。

双色水位计是由云母水位计发展而来。双色水位计改进了云母水位计构，辅以光学系统．利用光从空气进入蒸汽或水产生不同的折射，使汽水界面显示成红、绿两色的分界面，显示清晰，并可利用工业摄像系统等方式远传显示。然而传统的双色水位计测量误差大、云母片易结垢而使显示模糊、频繁排污易造成表计热变形而泄露以及存在显示盲区,没有解决高压力下零水位误差过大的问题。

WDP系列无盲区低偏差双色水位计，利用汽包内的饱和蒸汽给水位计表体加热和冷凝器内冷凝后的饱和水给双色水位计内的水置换，加速双色水位计内的水循环，使双色水位计内的水接近饱和水温度，消除因水样温度低造成的测量误差，达到准确测量汽包水位的目的。同时，由于置换的新水为饱和蒸汽冷凝后的饱和水，含盐低，这样减少了云母片结垢，延长了表计的排污周期。从而减少了表计的热变形和表体的泄露．延长了表体的检修周期，降低了维护费用。并且由于其显示部分是由两侧水位管的五窗云母组成，相邻云母窗口有一定重叠度，消除了显示盲区。WDP系列无盲区低偏差双色水位计大大提高了汽包水位测量准确性，克服了云母水位计、传统双色水位计的缺点，极大地满足了大机组的需要，为汽包水位提供了一项准确可靠的测量仪表．实现了汽包水位无盲区准确监视。

1.2 电极式汽包水位测量装置

电极式汽包水位计是一种基于连通管原理的测量装置，与普通就地云母水位计(或双色水位计)不同之处在于测量筒内有一系列组成标尺的电极，由于汽、水电导率的很大差别，造成处于汽和水的电极电阻值有很大差别，以此来判断电极是处于水空间，还是处于汽空间。电极式水位计在其量程内有水即可稳定测量，检测可信，即便某点显示有误，仍可根据其余点判断水位，显示直观醒目。故30多年来用于监视主表、差压水位计核对和保护报警。但随着使用压力增高，传感器(测量筒)取样负误差增大，亚临界压力下负误差在零位可达150 mm．高水位停

炉值可达250mm．在监控保护系统中已失去使用价值。

对于高参数锅炉来说，汽包水位测量就没有一种值得信赖的基准仪表。在这种情况下．通常采用安装在汽包内部的取样管，通过取样分析汽、水的电导率来标定水位计或利用大修时留在汽包内部的水痕迹来检查汽包水位计的零点。然而，这两种方法都很粗略而且操作难度大。而GJT--2000型高精度、高可靠性的电极式汽包水位测量装置与汽包水位内置电极传感器解决了这一问题。

GJT一2000电极传感器测量筒在测量筒内部设置笼室内加热器，利用饱和汽加热水样。加热器由不同传热元件构成，加热方式有内热和外热，内热既有水柱径向传热元件，又有轴向分层传热元件。加热器上敞口来自汽侧取样管的饱和蒸汽进入加热器，向汽笼一样加热水柱。传热方式与结构设计既有利于增加加热面积(加热面积是简体散热面积的1.4倍)．又有利于热交换。从而使得测量筒水柱温度接近饱和水温，水位测量精度高。该测量装置最重要的外形特征就是设置了冷凝器使新型测量筒比普通测量筒高出许多。来自汽侧取样管的饱和蒸汽在冷凝器中冷凝，大量凝结水(温度为饱和水温)沿壁而下，分区收集，由布置在饱和蒸汽中的数根疏水管在不同深度疏至水样中，将低温水样高倍率置换出测量筒，有效提高水柱温度，并使之上下均匀分布。GJT一2000采用综合技术措施实现了高可靠性传感，显著降低故障率而减少维护工作量。水质优化设计使取样水质好，免排污。测量筒参比水柱温度恒等于汽包内的饱和水温度，不受环境温度影响，可减弱水位升降对电极的热冲击，延长电极寿命；参比水柱高度恒定，不受汽包压力变化影响。取样真实、报警可信、动态响应快，能适应自点火至额定工况的变参数运行，测量筒内有稳定热源，故对取样管道长度、截面、测量筒现场布置的安装要求宽松于旧型测量筒。采取防电极挂水、防水渍结构设计。由于采用了柔性自密封电极组件，使压力愈高，机械密封愈紧，密封可靠，不泄漏。密封件回弹性能好、热紧性能好，解决了传统电极组件密封泄漏问题。

汽包水位内置式电极测量装置主要由电极传感器和显示仪表组成。传感器部分主要由固定支架、电极传感器及传感器的延长电缆等组成，电极传感器安装在汽包内需测量的位置，传感器的延长电缆通过焊接在汽包水侧和汽侧取样管上的引出箱引出．并采用固定座、密封垫或密封环、压盖等对延长电缆进行密封，经密封后的延长电缆直接引人汽包平台的接线盒内，再经接线盒内的端子与电缆相连送到控制室显示仪表上进行显示。该装置是基于汽包内汽、水的电导率不同，通过安装在汽包内多个电极传感器，采用二次仪表识别其电导率而测量水位。电

极传感器直接感应汽包内的水界面，所以取样误差很小、测量准确，可作为汽包水位测量的基准仪表和实验仪表。由于汽包内置式电极测量装置的测量电极位于汽包内部，因此该装置可最真实地反映汽包内真实水位而不像传统的电接点水位计那样考虑测量筒由于散热而造成的测量筒内水位低于真实水位而造成的误差，可以在锅炉启动时就可以投入使用并作为汽包水位的基准仪表。

GJT 一2000型电极式汽包水位测量装置与汽包内式电极测量装置都能提供优于旧型电极式水位计的测量结果，成为汽包水位基准仪表与汽包水位保护仪表。但其缺点在于：结构较复杂，维护不方便，尤其是与汽包内式电极测量装置的平衡容器位于汽包内，安装不方便。

2．锅炉汽包水位差压式测量方法

差压式水位计的水位一差压转换原理如图2所示。

图2 水位-差压转换原理

差压式水位计是通过把水位高度的变化转化成差压的变化来测量水位的。其正负管输出的差压值为：

g H g L P P P s w s a )/()(ρρρρ---=-=∆-+ (2)

式中：L 为平衡容器中参比水柱的高度；H 为汽包实际水位高度；a ρ为参比水柱(饱和水)密度；g 为重力加速度；s ρ为汽包内饱和汽密度；w ρ为汽包内水的密度。

由于锅炉启动时差压式测量会受诸多因素的影响，因此锅炉启动时,差压式汽包水位计不作为主要监视仪表,而作为锅炉正常运行时的基准仪表与实现锅炉汽包水位自动和汽包水位保护的测量手段。长期的实际运行经验证明差压式水位计涉及问题较多，主要表现在准确性和稳定性不好,特别是锅炉低负荷运行时,汽包水位的准确性更差。差压式汽包水位计的准确性必须给予高度重视，通过各

种措施不断提高其测量精度。通过对差压式汽包水位测量原理的分析，可以看出，引起差压式汽包水位测量误差的主要原因是测量的参比水柱密度的不确定。因此如果可以解决参比水柱密度不确定性的问题，也就解决了差压式汽包水位测量的准确性的问题。

2.1 改进型外置式单室平衡容器

传统外置式单室平衡容器的正压管均由平衡容器底部垂直向下引出，形成了一段高度为L的参比水柱。由于平衡容器的传热使参比水柱的水温不等于室温，而是自上而下从汽包饱和水温度逐渐降低到室温，从而使参比水柱平均温度总是大大高于室温，而且由于饱和水温随汽包压力变化而变化，使参比水柱平均温度的不确定性增加。此外，从水温度与密度关系来看，并不是简单的线性关系。水在4—50℃内其密度变化不大。因此，参比水柱温度偏离造成的水位测量偏差较小；随参比水柱温度进入较高温度区，参比水柱的密度会随温度升高变化增长造成水位测量偏差增大。

改进型外置式单室平衡容器为解决这个问题，采用了这样的措施：正压侧仪表取样管从外置式单室平衡容器侧面引出，引出后按1:100下倾延伸1m以上。正压管侧仪表取样管延伸的目的是让平衡容器内的热量沿取样管水平传递，使取样管垂直段(参比水柱)接近环境温度。由于参比水柱处于低温区，因此即使不考虑温度补偿，也不会因为室温变化而导致过大的水位测量偏差。

2.2 双恒平衡容器

GJT—DⅡ双恒平衡容器，利用独特的结构实现参比水柱温度恒等于饱和水温度。该容器结构独特的叉式参比水柱组件置于平衡容器的饱和汽室。来自汽包的汽侧取样管饱和汽在饱和汽室形成凝结水，经裸露的排水管流至汽包下降管。设置伸高式冷凝室，冷凝室产生的凝结水为饱和水，由收集疏水组件注入长臂口，进人参比水柱管，满水后，多余的水由短臂口溢出，使98％以上的参比水柱为向上流动的饱和水水柱。

以上两种措施的综合，使参比水柱如同在汽包内一样，温度恒等于饱和水温度。当汽包压力变化时，使饱和汽温度变化，加热或冷却参比水柱，同时置换原有参比水柱的凝结水温度也随之变化。由于叉管的管壁薄，蓄热量较小，则参比水柱温度变化迟延小。又由于伸高式冷凝室高度较高，冷凝面积大，注入长臂凝结水流量很大，即对原有参比水柱的置换率大，极有利于参比水柱温度快速跟踪汽包内的饱和水温度。因此，参比水柱测量动态性能好。GJT—DⅡ双室平衡容

器参比水柱温度恒等于汽包内的饱和水温度，不会受环境温度影响，使差压水位校正大为简化。在汽包压力变化工况下，参比水柱高度恒定性好。参比水柱管和正压侧传输管路自动冲水快、满水快。不需要升高汽包水位向参比水柱管和正压侧传输管路“灌水”。由启动至正常的过渡时间短。

2.3 汽包内置式平衡容器

汽包内置式平衡容器的原理如图3所示。

图3汽包内置式平衡窨器原理

DNZ系列汽包内置水位平衡容器是将单室平衡容器置于汽包内部，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，参比水柱所形成的静压通过正压取样管引到差压变送器的正端，汽包内的水通过水侧取样管引到差压变送器的负端。由于将平衡罐安装在汽包内，使平衡罐及引出罐中的水温度为汽包内饱和水温度，其密度为饱和水的密度，这样在进行补偿计算时就有相对稳定的参数，可以准确计算出汽包水位。外置式单室平衡容器结构简单，安装方便，取样干扰小，但是由于参比水柱温度受环境影响而产生较大的测量误差，如果采用参比水柱温度补偿，系统复杂，可靠性降低。其余2种平衡容器都是力求将参比水柱温度逼近饱和水温度，其特点是测量误差小，补偿计算简单。双恒平衡容器由于增加了排水管与下降管相连，使测量系统更为复杂，影响测量的因素增多，使调试更复杂。内置式单室平衡容器测量系统简单，影响测量的因素最小，但是安装复杂。

3．“多测孔接管”技术

由于锅炉汽包水位测量对锅炉安全运行的重要性，以及大型锅炉汽包长度长(一般在20m)，内部过程复杂，水位高低不平。因此，锅炉汽包水位测量严格要求配置采用多测量原理、保护和控制互相独立以及三取二或三取中冗余设计。根据独立性原则，水位计应与测孔“一对一”连接，禁止多个测量装置“合用测孔”，

以防止一个取样系统故障和排污时影响多个仪表。这意味着每个汽包上至少应有6～9对水位测控。但是，由于有些锅炉测孔有限，而在汽包上增加测孔存在着诸多困难和安全风险，以致这成了限制贯彻上述标准的重要原因。

多测孔接管技术利用汽包原有测孔接管通道，插管到汽包内部取样，增加独立取样测孔，从而不用在汽包壁重新开孔而增加新的测孔。所增加的测孔取样口与原有测孔取样口必须有一定距离，多测孔接管上有母孔小接管和带有屏蔽稳流的增孔小接管，所增测孔与在汽包封头上直接开孔取样没有区别，能满足一次取样装置取样动态特性要求。采用该技术避开了在汽包壁上钻孔、焊接、热处理、金相检查等关键问题，不影响汽包原设计强度，风险很小，具有施工方便、工期短、效果好的优点。

4．软测量技术

软测量技术依据对可测、易测过程变量(称为辅助变量如压力、温度等)与难以直接测量的待测过程变量(称为主导变量，如产品分布、物料成分)之间的数学关系的认识，采用各种计算方法，通过构造某种数学模型(即软测量模型)，实现对主变量的估计。

软测量技术主要包括4个方面内容：(1)辅助变量的选择；(2)测量数据处理；

(3)软测量模型的建立；(4)软测量模型的在线校正。软测量方法中的核心问题是建立软测量模型，但它不同于一般意义下的数学模型，强调的是通过辅助变量获得对主导变量的最佳估计。如果这种估计模型足够精确，理论上可替代在线分析仪表，实现直接质量控制；由于它不会受到测量滞后的影响，所以在控制性能上获得较大改善。目前建立数学模型的方法主要有机理分析建模、回归分析法、状态估计法、人工神经网络、模糊技术和模式识别法6种，且应用较为广泛。

基于机理分析的软测量主要是运用化学反应力学、物料平衡、能量平衡等原理，通过对过程对象的机理分析，找出不可测主导变量与可测辅助变量间的关系，从而实现对某一参数的软测量。这种软测量方法特点是工程背景清晰，与一般工艺设计和计算关系密切，相应的软测量模型也较为简单，便于应用，因此基于工艺机理分析的软测量是工程中一种常见的方法，同时也是工业界最容易接受的软测量方法。在工艺机理较为清晰的应用场合，软仪表往往能取得较好的效果。

电厂锅炉是用来生产蒸汽的换热系统，工艺机理较为明确。给水经省煤器加热后送人汽包，然后从下降管经下联箱进到上升管(即水冷壁)。在上升管内吸收炉膛内供给的热量，此时有部分的水变成饱和蒸汽，所形成的汽水混合物又回到

汽包中，汽水混合物在汽包内进行汽水分离。饱和蒸汽将导人过热器内，进一步被加热成过热蒸汽，而饱和水再进入下降管重复上述过程。从物质平衡观点出发，只要汽包进水量W=D，就可以保证汽包的水位不变；若W>D，则水位上升，反之，水位下降。由此观点可基于物质平衡来实现汽包水位的软测量，即找出汽包进水量W及汽包出汽量D与水位变化量之间的关系，从而实现对水位的新测量。由于汽包进水量W和汽包出汽量D尚无现存的测量装置，所以考虑利用汽轮机进汽量D

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和给水量G与汽包进水量W和汽包出汽量D的和给水量G，详细分析汽轮机进汽量D

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差别。此方法是通过分析汽包水位物质平衡机理来建立软测量模型，但事实上这样只能得到汽包压力和水冷壁吸热量都不变情况下的汽包水位变化趋势。因此只能得到锅炉静态时汽包水位变化趋势，而无法实现动态测量。从物质平衡与能量平衡两方面来考虑，虽然汽包水位对象特性十分复杂，进出汽包的汽水不平衡，汽包内压力的变化以及燃烧工况的变化都会影响汽包水位的变化。但从根本上说，汽包液面下容积其实是由饱和水容积和饱和汽容积组成的，汽包水位的变化是由汽包中饱和水量和饱和汽量综合作用的结果。只要清楚了汽、水容积的变化规律也就了解了汽包水位的变化规律，这就可以依据汽包水位动态变化过程中的物质平衡以及能量平衡机理建立汽包水位的软测量模型。通过这种方法建立的模型可以实现锅炉正常运行时，汽包水位的静态与动态测量，并取得了良好的仿真验证结果。但在非正常工况下以及机组启停机过程中，要得到准确的测量结果，就要对模型进行修改。

总之，新型汽包水位测量装置的研究开发和成功应用从根本上解决了汽包水位计测量误差大的问题。内置电接点水位计的开发使汽包水位计的准确性有了判据，系列化而准确的汽包水位测量装置为汽包水位测量仪表的合理配置和汽包水位保护逻辑的设计提供了依据，真正做到锅炉正常运行中各汽包水位测量装置间的示值偏差小于30mm，锅炉启动时就可正确投入汽包水位保护。尽管新型汽包水位计基本满足了锅炉安全运行要求，但仍存在许多工艺上的问题，这些问题都有待于不断研究和改进。而软测量技术作为一种新型的过程参数检测技术，为解决复杂过程参数的检测问题提供了一条有效的途径，具有良好的工业应用前景。但它毕竟是一门新技术，发展还不成熟，系统的理论体系目前也尚未形成，仍有不少理论和实践问题有待于今后进一步研究。

二、汽包水位测量和补偿问题

建立双室平衡容器测量汽包水位的补偿系统。

1.双室平衡容器的工作原理

双室平衡容器是一种结构巧妙，具有一定自我补偿能力的汽包水位测量装置。它的主要结构如图4所示。在基准杯的上方有一个圆环形漏斗结构将整个双室平衡容器分隔成上下两个部分，为了区别于单室平衡容器，故称为双室平衡容器。

图4 双室平衡容器结构图

1.1凝汽室

理想状态下，来自汽包的饱和水蒸汽经过这里时释放掉汽化潜热，形成饱和的凝结水供给基准杯及后续环节使用。

1.2基准杯

它的作用是收集来自凝汽室的凝结水，并将凝结水产生的压力导出容器，传向差压测量仪表——差压变送器的正压侧。基准杯的容积是有限的，当凝结水充满后则溢出流向溢流室。由于基准杯的杯口高度是固定的，因此称为基准杯。

1.3溢流室

溢流室占据了容器的大部分空间，它的主要功能是收集基准杯溢出的凝结水，并将凝结水排入锅炉下降管，在流动过程中为整个容器进行加热和蓄热，确保与汽包中的温度达到一致。正常情况下，由于锅炉下降管中流体的动力作用，溢流室中基本上没有积水或少量的积水。

1.4连通器

倒T字形连通器，其水平部分一端接入汽包，另一端接入变送器的负压侧。它的主要作用是将汽包中动态的水位产生的压力传递给变送器的负压侧，与正压侧的（基准）压力比较以得知汽包中的水位。它之所以被做成倒T字形，是因为可以保证连通器中的介质具有一定的流动性，防止其延伸到汽包之间的管线冬季发生冻结。连通器内部介质的温度与汽包中的温度很可能不一致，致使其中的液

位与汽包中不同，但是由于流体的自平衡作用，对使汽包水位测量没有任何影响。

2.差压计算

通过前面的介绍可知，凝汽室、基准杯及其底部位于容器内部的导压管中的介质温度与汽包中的介质温度是相等的，因此不难得到容器所输出的差压。以图1所示的东方锅炉厂DG670-13.73-8A 型锅炉所采用的测量范围为±300mm 双室平衡容器为例。由图1可知，容器正压侧输出的压力等于基准杯口所在水平面以上总的静压力，加上基准杯口至L 形导压管的水平轴线之间这段垂直区间的凝结水压力，再加上L 形导压管的水平轴线至连通器水平轴线之间，位于容器的外部的这段垂直管段中的介质产生的压力。其中的最后部分压力，由于其中的介质为静止的且距容器较远，因此其中的介质密度应为环境温度下的密度。因此有：

c w J P P γγ)320580(320-++=+

式中：+P —— 容器正压侧输出的压力

w γ—— 容器中的介质密度

c γ —— 环境温度下水的密度

J P —— 基准杯口以上总的静压力

负压侧的压力等于基准杯口所在水平面以上总的静压力，加上基准杯口水平面至汽包中汽水分界面之间的饱和水蒸汽产生的压力，再加上汽包中汽水分界面至连通器水平轴线之间饱和水产生的压力，即：

w w s w J h h P P γγ+-+=-)580(

式中-P —— 容器负压侧输出的压力

w h —— 汽水分界线至连通器水平管中心线之间的垂直高度

s γ—— 汽包中饱和水蒸汽的密度

因此差压

w w s w c w h h P P P γγγγ---+=-=∆-+)580(260320

即：w s w s c w h P )(580260320γγγγγ---+=∆ (3)

式中环境温度下水的密度c γ通常情况下它会随着季节的变化而变化，它的变化将会影响汽包水位测量的准确性。就本例而言，当环境温度由25℃升高到50℃时，由于密度的变化对于差压产生的影响为-2.3mm 水柱，经过补偿系统补偿后对最终得到的汽包水位的影响将为+2.3～5.5mm 之间，通常情况下这样的误差是可以忽略的，也就是说可以认为这里的温度是恒定的。但是为了尽量减小误差，必须恰当地确定这里的温度，确定温度遵循就高不就低的原则，视当地气候

及冬季伴热等因素确定，比如某地的环境温度一年当中通常在0～50℃之间变化，平均温度为25℃，则可以令这里的温度为35℃。这是因为水的密度随着温度升高它的变化梯度越来越大，确定的温度高些，将会使环境温度变化对整个系统的影响更小。因为当温度从0℃升高到25℃时，温度的变化对测量系统的最终结果影响只有1mm左右，而环境温度从25℃升高到50℃所带来的影响却为+2.3～5.5mm之间。因此确定温度采用就高不就低原则。

3. 双室平衡容器的工作特性

双室平衡容器的工作特性对于汽包水位测量和补偿系统来说非常重要，了解这种特性利于用户的应用和掌握应用中的技巧。查《饱和水与饱和水蒸汽密度表》可以获得各种压力下饱和水与饱和水蒸汽的密度。把0、±50、±100mm等汽包水位分别代入（3）式，可得到容器输出的一系列差压，下表为《双室平衡容器固有补偿特性参照表》，通过表1可以得知双室平衡容器的工作特性。

表1 双室平衡容器固有补偿特性参照表

注：表中0MP对应的两行压差值，其中上一行为4℃工况，此处均为饱和工况。

由表1可得各水位所对应的双室平衡容器输出的差压随着压力的变化（相关饱和汽、水密度）各自发生着不同的变化。需注意的是0水位所对应的差压变化与其它水位明显不同，只在一个较小的范围内波动。由于该容器的设计压力为13.73MPa，因此14.5MPa以下它的波动范围更小，仅在±5mm水柱以内。也就是

说当汽包中的水位为0水位时，无论压力如何变化，即使在没有补偿系统的情况下，对0水位测量影响都极小或者基本没有影响。关于其它水位，则当汽包水位越接近于0水位，其对应的差压受压力的变化影响越小，反之则大。因此，双室平衡容器是一种具有一定的自我补偿能力的汽包水位测量装置。它的这种能力主要体现在，当汽包中的水位越接近于0水位，其输出的差压受压力变化的影响越小，即对汽包水位测量的影响越小。容器特性由于容器的自身结构决定的，故又称为固有补偿特性。之所以双室平衡容器会有这种特性其实质，是由于双室平衡容器在设计制造时采取了特殊的结构，这种结构最大限度地削弱了汽水密度变化对常规运行水位差压的影响。但是尽管如此，它并不能完全满足生产的需要，仍然需要继续补偿。

4. 补偿系统

4.1基础知识与基本概念

从容器的特性中可以看到，双室平衡容器不能完全满足生产的需要。究其原因，是由于介质密度的变化所造成的。因此，必须要采取一定的措施，进一步消除密度变化对汽包水位测量的影响。这种被用来消除密度变化带来的影响的措施就叫做补偿。通过补偿以准确地测定汽包中的水位。

汽包水位测量补偿的方法通常有两种，一种是压力补偿，另一种是温度补偿，无论采取哪种方法补偿效果都一样。但是它们之间略有区别，即温度补偿可以从0℃开始，而压力补偿只能从100℃开始。这是因为温度可以一一对应饱和密度以及100℃以下时的非饱和密度，而压力却只能一一对应饱和密度，即最低压力0MPa只能对应100℃时的饱和密度。故而由这两种方法构成的补偿系统各自对应的补偿起始点有所不同，即差压变送器量程有所不同。表1中0MPa对应两行差压值，其原因即在于此；其中上一行对应的是温度补偿，下一行对应压力补偿。很显然，温度补偿也可以从100℃开始。

4.2建立补偿系统的步骤

4.2.1确定双室平衡容器的0水位位置

容器的0水位的位置一般情况下比较容易确定，通过查阅锅炉制造厂家有关汽包（学名锅筒）及附件方面的图纸和资料，进行比较和计算即可获得。本例中的容器0水位位置位于连通器水平管轴线以上365mm处，即基准杯口水所在的平面下方215mm处。但是，如果图纸的疏漏缺少与确定0水位相关的数据，无法计算出0水位的位置，那么确定起来就比较复杂。这种情况下就只有根据容器的自

我补偿特性在0水位所体现的特点通过反复验算来获得。由于容器本身就是用这样的方法经反复验算而设计制造的，只要验算的方法正确通过验算得到的数据会很准确可靠。

4.2.2确定差压变送器的量程

差压变送器的量程是由汽包水位的测量范围、容器的0水位位置以及补偿系统的补偿起始点等三方面因素决定的。一般只考虑了前两方面因素，而忽略了补偿起始点因素，而有些用户只简单地根据汽包水位的测量范围确定变送器的量程，造成很大的测量误差。一般情况下，忽略容器的0水位位置所造成的误差在70~90mm 之间，忽略补偿起始点所产生的误差在30mm 以下，特别情况下误差都将会更大。本例中容器的0水位位置位于连通器水平管轴线以上365mm 处。由于该容器的量程为±300mm，因此（3）式中的w h 的最大值和最小值分别为665mm 和65mm 。如果采用压力补偿，从《饱和水与饱和水蒸汽密度表》中查出100℃时的饱和水与饱和水蒸汽的密度代入（3）式，再分别将665mm 和65mm 代入（1）式，即得最小差压和最大差压

水柱mm P 5.70min -=∆ 、水柱mm P m 504ax =∆

这两个差压值就是变送器的量程范围（见表1中0MPa 对应的下行），即－70.5～504mm 水柱。如果采用温度补偿，且从0℃开始补偿，则由于水的密度极其接近1mg/mm 3，误差可以忽略，令蒸汽的密度为0。用同样方法即可得到变送器的量程为－85～515mm 水柱（见表1中0MPa 对应的上行）。

4.2.3 确定数学模型

数学模型是补偿系统中的最重要环节。由（3）式得：

s

w s w c w P h γγγγγ--+∆-=580320260 ………….（4） 由于相对于规定的0水位的汽包水位 mm h h w 365-=

所以

365580320260---+∆-=s

w s w c P h γγγγγ ……………..（5） 式中：h ——相对于规定的0水位的汽包水位

w γ—— 饱和水的密度

s γ—— 饱和水蒸气的密度

c γ—— 环境温度下水的密度

P ∆—— 差压

（5）式即为补偿系统的数学模型。式中c γ为常数，取环境温度为30℃，则c γ=0.9956mg/mm 3，所以

3655803209.258---+∆-=s

w s w P h γγγγ ………………..（6） , （6）式为最终的数学模型。显然，它与（5）式的作用完全一样，在补偿系统中可以任选其一。

4.2.4确定函数建立补偿系统

在（5）式和（6）式中含都有“s w γγ580320-”和“s w γγ-”关于饱和水与饱和水蒸汽密度的两个子式。查《饱和水与饱和水蒸汽密度表》可得这两个子式关于压力或温度的函数曲线。将所得到的曲线以及（5）式或者（6）式输入用以执行运算任务硬件设备，即可建立完成补偿系统

从补偿系统的建立过程可以发现，补偿系统是根据某一特定构造的容器而建立的。因此，建立补偿系统时应根据不同的容器，建立不同的补偿系统。建立补偿系统时，当确定差压的计算公式以后，只需重复上述步骤便可得到新的汽包水位测量补偿系统。