汽包水位测量仪表选型讲解
汽包水位保护仪表种类选型对比(精)
目前，汽包水位保护系统改进是监控保护系统改进的重点项目，汽包水位保护仪表种类选型尤为重要。因此对三重冗余的电极式和差压式保护信号进行综合对比，见表C。
表C.三重冗余的电极式和差压式保护信号对比表
差压式保护（单室平衡容器）
电极式保护（G J T测量筒、DS2000电测）
信号测量转换原理
高。校验结果与冷态、热态运行无关。试验结果、准确、
对比结论：三重冗余的电极式信号的综合性能优于三重冗余的差压式信号，电接点水位计更适合用作保护仪表。
1个信号可信性
模糊，易漂移，可信性低
定点检测报警，准确、可信性高
2个信号失准概率
大。同时影响2信号测量因素多。
小。同时影响2信号测量因素少
信号测量稳定性
稳定性偏低。实测值易漂移。
稳定性高。
信号异常排查难度
一旦失准，不易查明原因，不易排除故障。
由人工或仪表自诊断，易查明原因，故障易排除。
排除异常时间
长
●测量可变因素少。
汽、水临界水阻一经设定，则不变；测量取样水柱水质好，高度不受压力与环境温度影响；信号电极位置固定；电极自紧机械密封，不泄露；如电极故障，则自动闭锁报警输出。
系统可靠性
测量系统复杂程度
复杂，测量转换环节多
简单，测量转换环节少
测量可变因素
多
少
调整难度
整定参数多，整定复杂，
只需调整临界水阻，调整简单。
短
故障应对措施
由DCS鉴别信号好坏、处理
由仪表自动往往不能投入运行
从锅炉点火起，任何工况下都能可靠投运。
水位实际
传动校验
方式
只能升降汽包水位
不需升降汽包水位即可进行校验。
锅炉汽包水位测量与控制
锅炉汽包水位测量与控制锅炉汽包水位测量与控制是锅炉系统中非常重要的一个环节。
正确的水位测量与控制可以确保锅炉的安全运行，避免水位过高或过低造成的危险。
本文将介绍锅炉汽包水位测量与控制的原理、方法和技术。
1. 原理锅炉汽包水位测量的原理是利用水位传感器或测量仪表测量锅炉内部水位的高度，从而控制水位在安全范围内。
常用的水位传感器主要有浮子型、电极型和超声波型等。
2. 测量方法（1）浮子型水位传感器：浮子型水位传感器由浮子和传感器组成，浮子随着水位的升降而浮沉，传感器通过感应浮子位置的变化来测量水位的高度。
通过传感器提供的信号，锅炉的控制系统可以控制水位的升降。
（2）电极型水位传感器：电极型水位传感器由多个电极组成，电极通过与锅炉水位接触，测量水位的高度。
通常情况下，电极根据水位的高低产生不同的电压信号，通过接线盒将信号传输给控制系统。
（3）超声波型水位传感器：超声波型水位传感器利用超声波的传播速度测量水位的高度。
传感器通过发送和接收超声波信号，并根据传播时间计算出水位的高度。
3. 控制技术水位的控制可以通过调整给水量来实现。
当水位过低时，控制系统会增加给水量；当水位过高时，控制系统会减少给水量。
为了确保锅炉水位的稳定控制，通常会使用一种叫做“三元控制”的技术。
三元控制是通过调节给水量、汽泄压力和燃料供给量来控制锅炉的水位。
4. 注意事项在进行锅炉汽包水位测量与控制时，需要注意以下几点：（1）选择合适的水位传感器，根据锅炉的特点和需求，选择适合的传感器进行测量。
（2）安装传感器时要注意正确的位置和角度，确保传感器的测量准确性。
（3）及时检修和维护传感器设备，避免传感器损坏或出现故障。
（4）定期校准传感器，确保测量的准确性和可靠性。
（5）根据实际情况进行相应调整，控制水位保持在安全范围内。
锅炉汽包水位测量与控制是锅炉系统中非常重要的一环，对于锅炉的安全运行起着至关重要的作用。
只有掌握了正确的测量方法和控制技术，才能保证水位的稳定和安全。
汽包液位控制
1 锅炉汽包水位控制系统介绍1.1 系统概述汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。
水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。
所以其值过高过低都可能造成重大事故。
它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节, 使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性。
但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为"逆响应特性"，即所谓的"虚假水位"，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。
汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。
它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。
由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。
1.2 系统控制目标值控制目标值：汽包水位均匀量为：±220mm，水位控制在中间值，偏差≤±10mm 在仪表盘上使用原有的DDZ-Ⅲ操作器对水泵进行手动/自动调节控制。
1.3 系统控制模式系统给水自动调节分为三种模式：（1）单水位控制模式：只通过检测汽包水位来控制给水量（2）双冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量，将蒸汽流量作为前馈信号，与汽包水位组成前馈—反馈控制方式。
（3）三冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量、给水流量，将汽包水位作为主控编练个，给水流量作为辅助被控变量的串级控制系统与蒸汽流量作为前馈信号组成前馈—串级反馈控制方式。
汽包水位计种类及测量原理
汽包水位计种类及测量原理
根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》，锅炉应至少配置两个彼此独立的就地汽包水位计和两支远传汽包水位计,并应采用两种以上工作原理共存的配置方式，以保证在任何运行工况下锅炉汽包水位的正确监视。
结合现场实际，介绍下集控作业区锅炉汽包水位计种类及测量原理。
（一）锅炉汽包水位计种类:
1、就地双色水位计
2、电接点水位计
3、差压式水位计
(二）锅炉汽包水位计测量原理:
1、就地双色水位计
根据水与蒸汽对光的折射率不同,实现双色显示水位。
由发光二极管发出红、绿两种颜色的光从不同角度照射到水位计腔体内，水位计腔体断面程梯形，腔体内为蒸汽时近似于透镜,红色光直接通过水位计腔体，绿色光直接照在水位计腔体内壁上，摄像机观察到的是红色。
腔体内为水时相当于梯形棱镜，红色光进入腔体被折射到腔体内壁上，绿色光进入腔体被折射直接通过,摄像机观察到的是绿色.以此来达到双色显示水位（水为绿色，蒸汽为红色）。
水位计腔体通过云母片及平面镜等组件密封。
示意图及原理图如下：
2、电接点水位计
由于水和汽的导电性能差别极大，汽阻远大于水阻，电接点与测量筒绝缘，当测量筒内水位没过电接点后，电接点与测量筒底部的公共端电阻变小，通过二次表进行转换后，以发光二极管和数码的形式显示水位值.
3、差压式水位计
采用差压变送器测得高、低压侧取样管内液柱高度差（L-H）转换成差压信号，传送至DCS经过计算得出。
L为参比水柱,高度固定不变，H为汽包内液位高度。
单台锅炉配置三套差压式水位计，传入DCS通过三取中间值参与水位自动调节。
示意图如下：。
锅炉汽包水位计选型参考
锅炉汽包水位计选型参考一、智能型锅炉汽包专用液位计参数：1.工作电压：DC24V2.输出：4-20mA二线制3.防爆标志：ExiaIICT6 Ga4.工作压力：22MPamax5.测量范围：1500mm6.环境温度：-40℃～80℃7.介质温度：500℃max.二、智能型锅炉汽包专用液位计特点：1、采用独特专用的封装技术，设备内部压力越高密封越紧，设备效果越好，不渗漏。
2、根据锅炉及其介质特性，采用军事航空上的特殊材料，制成专用极杆。
3、根据锅炉及其介质特性，采用适合其工况条件的专用智能型信号放大器使其性能更加稳定，精准度更高，无假液位现象，并具故障自检功能，效果优于其他同类产品。
三、智能型锅炉汽包专用液位计优点：1.耐高温、高压、高稳定性、寿命长。
2.对测量过程中压力、温度的影响具有自动补偿功能。
3.电极选用耐高温高压非金属材料，采用独特结构，实现机电一体化。
4.适用于各种规格的工业锅炉、电站锅炉汽包液位在全工况条件下的连续准确性测量、控制。
四、智能型锅炉汽包专用液位计介绍：锅炉汽包水位测量的重要性是人所共知的，然而长期以来锅炉汽包水位连续测量技术方面采用的平衡容器式（差压式）测量方法存在许多无法改进的缺陷，主要体现在以下几个方面：1、不能实施全工况测量，存在“假水位”测量、在锅炉启、停、排空、连排、事故等不稳定运行工况下建立稳定差压条件时间较长、恢复时间较长或干脆不能建立正常差压，需要人工干预等问题。
2 、在稳定工况条件下，由于受结构限制，不能彻底解决因水侧绝温造成的系统测量误差的补偿问题。
在锅炉缺、满水等事故工况条件下，系统测量误差过大可能带来严重后果。
3、结构复杂，静密封点多，施工规模大并存在冬季保温问题。
4、测量时滞较长，不能即时反应锅炉水位变化，测量信号调节质量差。
5、由于存在冷凝筒放热，使用成本极高。
这些缺陷都是由于差压式测量原理及其对系统取样结构的不合理造成的，无法改进。
在非正常工况下给锅炉安全运行造成了极大隐患。
300MW热电厂热工仪表之汽包水位测量
汽包水位-双色水位的应用
双色水位计主要由冷光源、电源、罩壳等组成，其 工作原理是光源发出的光经过红色和绿色滤光玻璃 后，红光和绿光平行到达组合透镜，由于透镜的聚 光和色散作用，形成了红绿两股光束射人测量室。 测量室是由水位计本体钢座、云母片和两块光学玻 璃板等构成的。 测量室截面呈梯形，内部介质为 水柱和蒸汽柱,连通器内水和蒸汽形成两段棱镜。 当红、绿光束射人测量室时，绿光折射率较红光大 （光的折射率与介质和光的波长有关）。在有水部 分，由于水形成的棱镜作用，绿光偏转较大，正好 射到观察窗口,因此水柱呈绿色，红光束因出射角 度不同未能到达观察窗口；在测量室内蒸汽部分棱 镜效应较弱，使得红光束正好到达观察窗口，而绿 光因没发生折射不能射到窗口，因此汽柱呈红色。
汽包水位-平衡容器水位的安装
1）每个水位取样装置都应具有独立的取样孔，实现取样的独 立性。用于保护和控制的各汽包水位测量，均应全程独立配 置。但补偿用的汽包压力信号，以选用三取中信号为宜。 2）汽、水侧取样阀门必须为二个截止阀串联且使其门杆处于 水平位置安装（防止积水或积汽）。 3）汽包水位的汽、水侧取样管和取样阀门均应良好保温，单 室平衡容器及参比水柱的管道不得保温，双室容器正压取样 管以上部位不得保温，以下应保温，引到差压变送器的两根 仪表管应平行敷设。如需要采取防冻措施，应从汽包水位取 样管汽侧和水侧并列处开始共同保温直到变送器柜，并确保 伴热设施对正负压侧仪表管的伴热均匀，任何情况下不会引 起介质产生温差，变送器的取压管路先使用硅酸铝针刺毯进 行50mm后的保温后，再进行蒸汽伴热及电伴热的敷设，保证 测量管路的受热均匀。 4）汽包单室平衡容器的正常水位线必须保证与汽包的正常水 位线一致，考虑的锅炉的膨胀及下沉，可根据实际情况对汽 包平衡容器进行固定。
水工程重常用的液位测量仪表及选型要点
水工程重常用的液位测量仪表及选型要点
我们在选择液位测量仪表的时候，首先要考虑一下因素：
1. 测量对象，如被测介质的物理和化学性质，以及工作的温度和压力，安装条件，液位变化的速度等；
2. 测量和控制要求，如测量范围，测量精确度，显示方式，现场指示，远距离指示，与计算机的接口，安全防腐，可靠性及施工方便性。
给水工程中常用的液位计及选型要点如下：
1.浮球液位计
在液体中放入一个空心的浮球，当液位变化时，浮球将产生与液位变化相同的位移。
可用机械或电的方法来测得浮球的位移，这种液位计不适用于高粘度的液体，其输出端有开关控制和连续输出。
在净水厂的设计中，多将此种液位计用于集水井的液位测量以控制排水泵的自动开停。
2.静压式液位计
静压式液位计是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号(一般为4~20mA/1~5VDC)。
其标准精度在±0.5%。
3.超声液位计
超声液位计的传感器由一对发射、接收换能器组成。
发射换能器面对液面发射超声波脉冲，超声波脉冲从液面上反射回来，被接收换能器接收。
根据发射至接收的时间可确定传感器与液面之间的距离，即可换算成液位。
这种液位计无机械可动部分，可靠性高，安装简单、方便，属于非接触测量，且不受液体的粘度、密度等影响，因此多用于药池、药罐、排泥水池等的液位测量。
但此种方法有一定的盲区，且价格较贵。
火力发电厂汽包水位测量原理及相关标准讲解
• ２.水位测量装置的安装 • ２.１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。 • ２.２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。 • ２.３安装水位测量装置取样阀门时，应使阀 门阀杆处于水平位置，水位测量装置汽侧取样 管与水侧取样管间可加装连通管。 • ２.４水位测量装置的开孔位置、取样管的管 径应根据锅炉汽包内部部件的结构，布置和锅 炉的运行方式，由锅炉制造厂负责确定和提供
禁止在连通管中段开取样孔作为差压 式水位测量装置的汽水侧取样点图3 连通管 中段开取样孔的示意图
• 汽水侧取样管、取样阀门和连通管均应良 好保温。平衡容器及容器下部形成参比水 柱的管道不得保温。引到差压变送器的两 根管道应平行敷设共同保温．1差压式水位测量装置进行温度修正所选取 的参比水柱平均温度应根据现场环境温度确定， 并且应定期根据环境温度变化对修正回路进行 设定。 ３．2锅炉启动前，应确保差压式水位测量装置 参比水柱的形成。锅炉汽包水位的监视应以差 压式水位测量装置显示值为准。 ３．3定期(每班)核对额定汽压下差压式水位测量 装置零水位与就地水位表的零水位，若其偏差 过大，应以额定汽压下就地水位表的零水位为 基准，校正差压水位测量装置的零水位。
第二章 汽包水位的测量方式
火力发电厂中在汽包水位的测量中经 常采用的方法为双色水位计、差压式水位 计以及电接点水位计。其中双色水位计用 到就地显示，利用工业电视技术在主控实 现监视；差压式水位计最为常用，作为水 位调节的被调参数；因为电接点式水位计 在汽包水位的测量中用的较少，本章着重 介绍双色水位计和差压式水位计。
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(3)定期清洗玻璃管(板)内外壁污垢，使液位显示清 晰。
(4)用根据被测介质的压力和温度合理选用液位计， 不得把低压产品用在高压设备上。
(5)当以液位指示值来计算大容器内的介质数量时， 应考虑到介质温度，压力等影响及容器形状得到广泛应用。
•
•缺点：只能就地监视，液位信号不能远传和 记录，而且不适用于粘稠及有深色的液位测 量。
二、双色水位计
➢是在云母水位计的基础上，利用光学系统 改进其显示方式的一种连通式水位计； ➢水和蒸汽对光的折射率不同，使汽水分界 面显示成红、绿两色，即汽柱显红色，水柱 显绿色，提高了显示清晰度。
• 1．双色水位计工作原理
水位过低： 锅炉水循环将遭破坏，水冷壁安全受到
威胁。
▪以300MW自然循环汽包锅炉为例，其锅筒内 径一般为1775mm左右，锅炉正常运行中要 求维持正常水位在±50mm以内，当水位超 出0±50mm时发出报警Ι值；当水位超出或 达到±150mm发出报警Ц值。
▪因此，电站锅炉水位计应保证锅炉参数变化 时能够准确反映水位，并可实现远距离测量。
2．工业电视监视汽包水位
双色水位计可在就地监视水位，还可以采用工业电 视系统远传至控制室进行水位监视。
• 3、双色水位计的安装
• 每个水位测量装置都应具有独 立的取样孔
• 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
• 就地水位表的零水位线应比汽 包内的零水位线低，降低的值 取决于汽包工作压力
• 水位-由差压转换容 器(又称平衡容器)、 压力信号导管及差 压计三部分组成的
中间件
传感器 显示件
工作原理
p p p
L(1 ")g H ('")g
由式可以看出，水位越高， 差压越小，两者之间成反比 关系。
如果在正常水位的输出差压为 △P0，则水位偏离正常水位所输 出差压可表示为：
重量水位概念
▪重量水位：将水位上、下联管间的测量段上 的汽水混合物密度，折合成汽包工作压力下 饱和水密度时相应的水位，称为重量水位。
一、云母水位计
1、基本结构
➢水位计的上部与汽包 的蒸汽空间相通，水位 计的下部与汽包的饱和 水相通，构成一个连通 器。根据连通器原理， 水位计中的水面高度与 汽包水位相同，因此从 水位计的水面高度便可 看出汽包的水位值。
▪测量汽包实际水位，涉及问题较多： ▪汽包水位很不稳定，总是上下波动； ▪汽水界面不明显（水侧含汽泡，汽侧含水 滴）； ▪沿汽包横向及轴向各处水位不一致； ▪锅炉负荷突然变化会造成虚假水位。
加热器水位
• 水位过高，会降低经济性。当水位不正 常升高时，有可能是加热器管子破裂。 而加热器水位过低，蒸汽将由疏水管流 出。本级的高温高压疏水将排挤下一级 加热器的部分抽汽，造成整个机组的回 热经济性下降，另高速汽流冲刷疏水管 还会加速管道损坏。
除氧器水位
• 水位过高将引起溢流管大量跑水，若溢 流不及，会造成除氧头振动；水位过低， 会引起给水泵汽化。
煤粉
锅炉
空气
除氧器
汽机
~ 发电机 机
凝汽器 机
高加
给泵
低加
凝泵
凝汽器水位
• 水位过高时，凝结水将淹没部分凝汽器 铜管，从而造成凝汽器真空值下降。水 位过低，会引起凝结水泵入口压力降低 造成泵汽化。
• 浮力式：如浮球式液位计
直读
• 静压式：如差压式液位计
连续测量、调节
• 电磁式：如电接点液位计
导电液体、断续信号
• 电容式液位计
连续测量
• 超声波液位计
非接触式液位测量仪、连续测量
• 辐射式液位计
非接触式液位测量仪、连续测量
第一节 云母水位计和双色水位计
➢云母水位计是玻璃水位计的一种，属于直 读式 液位计。 ➢云母水位计主要用于高压锅炉汽包水位测 量，对于中压或低压锅炉，连通管可采用平 板玻璃制造，称为玻璃水位计。 ▪
H
He
av w
s s
✓于水由位计向周围空间散热，连通器内水柱温度 低于汽包内的饱和水温度，其密度大于相同压力下 的饱和水密度ρ’，因此水位计指示的水位值，比汽 包内实际水位要低
✓水位越高，云母水位计指示值越偏离汽包实际水 位。
✓保温效果对测量产生影响。
3、云母水位计的使用
(1)为了保证玻璃管(板)一旦被打碎时，上、下阀内 的小钢球能自动密封， 要求介质压力不得小 2×10^5Pa(2Kgf/cm^2)。 (2)液位计投入使用时，先开启连接液位计上端的阀 门，后开启连接液相的阀门。当设备停止运行时， 要先停止液位计的使用。
汽包水位的测量
• 汽包水位过高会造成蒸汽带水，使蒸汽 品质恶化，轻则使管道和汽轮机结垢加 重，降低效率，重则使机组发生严重事 故。水位过低会破坏锅炉水循环，使水 冷壁局部过热甚至发生爆管。
水位计种类
▪云母水位计 ▪双色水位计 ▪差压式水位计 ▪电接点水位计
补充：液位计的类型
• 直读式：如玻璃管液位计、玻璃板液位计 直读
汽包水位测量及仪表
水位保护的重要性（汽包锅炉）
➢ 汽包是汽水的分界处。 ➢ 汽包水位是锅炉运行是否正常的重要标 志之一。 ➢ 准确测量和控制汽包水位在规定的范围 之内是保证锅炉安全运行的必要条件。
水位过高： 将破坏汽水分离效果，使饱和蒸汽湿度
增大，含盐量加大，造成过热器受热面及汽 轮机通流部分结垢；严重时会造成过热器和 再热器超温爆管，蒸汽带水及汽轮机水冲击 等破坏事故。
2、测量误差
✓云母水位计处于汽包外，由于散热，水位计中水 的平均温度低于汽包压力下的饱和水温度。存在测 量误差。 ✓上部水由于蒸汽不断凝结，温度接近饱和温度， 下部水温度较低。
✓云母水位计中水的平均密度ρav和汽包中饱和水 的密度ρw不同； ✓云母水位计指示值He和汽包重力水位H不同，其 差值：
4、故障分析与处理方法
第二节 差压水位计
✓压力可用液柱高度来表示；反之，液柱高 度(即液位)也可用压力(或差压)来表示。 ▪ ✓差压式水位计就是将液位高度变化转换成 差压信号来测量水位的。 ▪
✓水位信号首先由水位－差压转换容器转换 成差压信号，差压计测出差压值的大小，并 指示出水位的高低。
✓差压式水位计由水位－差压转换容器（平 衡容器）、压力信号导管及差压计组成。