锅炉汽包水位测量误差分析
锅炉汽包水位计量误差分析及校正
101科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON动力与电气工程近年来,因汽包水位的测量和控制等原因,造成锅炉汽包水位相关的一系列恶性事故时有发生,严重影响火电厂锅炉安全运行。
其中锅炉汽包的满、缺水事故是长期困扰火电厂安全的重大恶性事故之一,从而保持锅炉汽包水位在正常范围内波动是锅炉运行的一项重要安全性指标。
锅炉在正常的运行过程中,汽包水位应控制在参考零点的附近。
当锅炉负荷、燃烧工况以及给水流量等因素发生变化时,都会使汽包水位的平衡被打破;当水位过高或急剧波动时都易引起蒸汽的品质恶化和带水,造成受热面结盐,严重时会导致蒸汽带水、汽轮机发生水冲击甚至造成叶片的损坏;水位过低时则会引起排污失效、炉内加药进入蒸汽、下降管带汽,破坏锅炉炉水循环而造成大面积炉管爆破。
因此锅炉汽包水位能准确测量和运行中维护、调整和控制到位,在锅炉正常运行过程中具有十分重要的地位。
1 锅炉汽包水位的静态和动态误差分析1.1锅炉汽包水位的静态误差锅炉在稳态负荷下,汽包内汽、水界面有时是“模糊”的,介质的密度处于饱和汽和饱和水之间,而且是激烈波动的,且汽包水位沿汽包长度方向上甚至会有很大偏差,这种偏差是客观存在的。
(1)汽包安装条件影响。
安装过程中汽包两侧中心线存在高度差(尽管要求不大于5mm),定位时存在定位误差,锅炉投入运行后,随着时间的推移,会受到各种因素的影响,如锅炉支架不平衡下沉等等,而这些偏差应当说是客观存的、正常的。
(2)下降管的影响。
锅炉正常运行过程中,汽包内的水是以很高的速度连续不断地进入下降管,有的甚至达到3m/s以上;因下降管布置位置的不同,也会引起汽包内的水面高低不一,即位于下降管正上方的水面较低,而其它部位则会较高,这种差别将随着锅炉负荷变化以及下降管流速变化而变化,从而造成局部偏差事实上是存在的。
(3)燃烧偏差的影响。
当锅炉燃烧出现偏差时,炉膛两侧水冷壁热强度不同,炉水循环倍率差别较大,同样会造成两侧水位偏差。
锅炉汽包水位测量误差分析及技术措施
常工作 而对于水位显示系统的误差 ， 其发生概率也 比较高 ， 很 多显示仪表如果不定期进行校验 ，其 发生误 差的几率将大大提
升 。仪 表 显 示 的数 据 如 果 不 能有 效 地 反应 锅 炉 汽 包 内部 的真 实
水位 、 不 仅影 响 锅 炉 的 正 常 运 转 ， 甚 至会 给 锅 炉 和 工 作 人 员 带 来
３ ． １ 水 位 测 量 装 置 导 致 误 差
控制 系统 的运转情况 ，从 而保证其工作正常 ，确保水位测量准
确 。而 对 于 水 位 显 示 系统 的误 差 问题 ， 就要检查显示仪器 。 找 出
任何一项测量或者计算都会存在误差 。而锅炉汽包水位测 量也不例外 ， 误差也会经常发生 ， 这 对水 位测量的数据有着较大
的影 响 ， 其 产 生 的原 因也 比较 多 。
４ ． ２ 调整水位控制和显示 系统 ， 减小误差影响 要尽可 能地 降低 锅炉汽包水位测量误差 ， 减小 其影响 。对
于水 位 控 制 系 统 的误 差 问题 ， 应 先 找 出原 因 ， 严 格 按 照 设 备 说 明 进行 调控 ， 及 时 更 换 老 化 的零 件 ， 定 期检修 ， 全 方 位 地 监 测 水 位
极 的污 垢 ． 从而保证 水位计不会 附着水珠 ； 对 于压差式水 位计 ， 要 注 意压 力 转 换 器 的 问题 ， 经 常检修和巩 固 ， 确保其 工作正常 ， 从 而 降 低 误 差 发 生 的概 率 。
锅 炉 汽 包 的 水 位 测 量 是 对 锅 炉 正 常 运 行 的 最 直 接 影 响 因 素， 也 是 控 制 锅 炉 质 量 安 全 的监 控 手 段 。 首先 ， 通 过 锅 炉 汽 包 的 水位测量 ， 可 以直 观 地 了解 锅 炉 内部 的水 量 多 少 ， 从 而 保 证 锅 炉 的 水循 环有 序进 行 。 其次 ． 汽 包 水 位 测 量 还 可 以 有 效地 保 证 锅 炉 的 蒸 汽 质量 ， 保 证 水 位 正 常 。进 而 通 过 蒸 汽 和水 分 分 离 装 置 ， 结
锅炉汽包水位测量误差分析
锅炉汽包水位测量误差分析汽包水位是电厂的主要监控参数之一，正确测量汽包水位是锅炉安全运行的保证。
传统的测量方式有：就地双色水位计、电接点水位计、差压式水位计(单室或双室平衡容器补偿式)。
就地水位计、电接点水位计的测量误差受锅炉压力、散热情况、安装形式、实际水位的影响，很难准确计算。
因此高参数、大容量机组多以各种补偿差压水位计作为汽包水位测量的主要仪表，但这种水位计测量误差也同样受到诸多因素的影响。
本文通过分析汽包水位计的测量方式和水位测量误差的原因，并对特定工况下汽包水位的测量进行定量计算分析，提出减少水位测量误差的方法和措施。
一、就地水位计：就地水位计是安装在锅炉本位上的直读式仪表，是锅炉厂必配的基本设备，大容量机组均采用工业电视远传到集控室监视，一般都配有两套，分别安装在汽包的两端。
就地水位计有玻璃、云母和牛眼之分，工作原理都是连通管原理，连通管原理是：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。
就地水位计如图1所示。
式中：h——汽包正常水位距水侧取样的距离，mm△h——水位计中的水位与汽包中水位的差值，mmPs——饱和蒸汽密度，kg/m3Pw——饱和水密度，kg/m3Pa——水位计中水的平均密度，kg/m3Ps'——水位计中蒸汽的密度，kg/m3对就地水位计来说，汽包内的水温是对应压力下的饱和温度，饱和蒸汽通过汽侧取样孔进入水位计，水位计的环境温度远低于蒸汽温度，使蒸汽不断凝结成水，并迫使水位计中多余的水通过水侧取样管流回汽包。
从水和蒸汽的特性表可看出：在常温常压下，汽包和水位计中的水密度是相等的，从式(1)可见，水位计中的水位与汽包内的水位也是相同的，且与h值无关；随着汽压的升高，汽包中的水密度变小，蒸汽密度变大；而就地水位计因散热的影响，水位计中的水密度也变小，但变化幅度不如汽包内水的大；蒸汽密度虽也有增大，但变化幅度没汽包内的大，即Ps是不应等于Ps'的，但其影响只要保温处理的好，可忽略不计，下面的计算均是按Ps=Ps，来进行的；致使水位计中水位和汽包内水位的差值也随之增大，这一差值始终是就地水位计中水位低于汽包水位的主要因素；并且当h值改变时，水位差值也会改变。
浅析锅炉汽包水位测量误差原因
浅析锅炉汽包水位测量误差原因发布时间：2021-11-24T06:56:47.714Z 来源：《电力设备》2021年第10期作者：韩长海陈浩然王晴晴梁茜[导读] 水位计依据测量原理可分为差压式和连通器两大类，其中差压式水位计包括单室平衡容器和双室平衡容器；（山东中华发电有限公司聊城发电厂山东聊城 252000）摘要：汽包是燃煤锅炉最重要的设备，是锅炉加热、汽化、过热三过程的连接枢纽，起着承上启下的作用，为了使汽包内有足够的蒸汽空间，保证良好的汽水分离效果，以获得品质良好的蒸汽，都会依据锅炉和汽包的结构特点设置一个零水位，锅炉运行时汽包内水控制在零水位附近是最科学合理的。
要想控制汽包内水位需要借助水位计来监测水位，传统的水位计有差压式水位计、云母水位计、电接点水位计等几种，随着行业的发展传统水位计测量精度的问题逐渐显露出来，为了保障机组安全可靠的运行，方便运行人员监控设备，提高水位计的测量精度，探索科学的新技术意义重大。
关键词：水位测量；新技术；测量精度；误差一、锅炉汽包水位计种类水位计依据测量原理可分为差压式和连通器两大类，其中差压式水位计包括单室平衡容器和双室平衡容器；连通器原理水位计包括电容式水位计、电接点水位计、云母水位计、导波雷达、磁翻板水位计等。
差压式和连通器原理的传统水位计在汽包水位测量方面起着重要作用，但因结构落后，没有温度补偿系统，测量精度有待提高。
1.1传统差压式水位计误差分析差压式汽包水位计是通过把水位高度的变化转换成差压的变化来测量水位的，准确测量的关键是水位与差压之间的准确转换。
工作原理如图1-1所示：图1-1传统差压水位计工作原理根据公式（1）或（2）以及图1-2可以看出，汽包内炉水和蒸汽密度的变化、参比水柱密度的变化均会影响差压水位计的测量结果。
差压式汽包水位计的误差来源主要有以下2个方面：1）参比水柱平均密度ρa产生的误差。
在进行补偿计算时，公式中参比水柱平均密度ρa不能够准确得出，一般采用估算值，取一个常量带入DCS中进行计算，这将不可避免地产生测量误差。
试论汽包水位测量误差产生的原因及消除对策
试论汽包水位测量误差产生的原因及消除对策摘要：锅炉汽包水位是锅炉安全的重要影响因素。
对锅炉汽包水位监测工作进行严格控制，可以在提升锅炉汽包水位测量准确率的基础上，为锅炉的安全运转提供保障。
本文主要对汽包水位测量误差的产生原因和消除对策进行了分析。
关键词：锅炉汽包水位；水位测量误差；燃烧中心前言锅炉汽包是锅炉顶端用于净化水蒸气的重要设备。
它可以在为下降管道供水的基础上，为锅炉内部的水循环系统提供保障。
汽包工作异常问题的出现，会给锅炉的安全运行带来一定的威胁。
锅炉汽包水位测量是保障锅炉蒸汽质量的重要举措。
为保障锅炉的质量安全，相关人员需要对汽包水位测量误差所带来的不利影响进行控制。
1、汽包水位测量误差的产生原因水位测量是热控专业的重点监控项目，如水位测量值超过保护定值，锅炉MFT动作及极端情况下的水位过低现象会导致汽包缺水；水位过高或急剧波动会引起蒸汽品质恶化，进而导致汽轮机水冲击振动、叶片及轴系损坏[1]。
笔者所在单位所使用的6号炉为DG1018/18.4-Ⅱ6型自然循环汽包炉自投产以来，差压水位信号存在两侧、四点之间偏差较大，尤其在低负荷、启停磨煤机、锅炉吹灰、冬季伴热投运情况下尤为明显。
通过对变送器校验和投运操作等环节进行分析，锅炉汽包水位误差问题的产生原因主要涉及到了以下内容。
1.1平衡容器、参比水柱段环境温差以右侧安装的水位3水位4为例，水位3靠前墙廊侧位置，上下左右通透，夏、冬季受冷空气对流环境温度变化最大，冬季尤为明显；水位4靠炉膛纵深中部位置，受冷空气影响环境温度变化不大，两者造成局部环境温度最大差异17 ℃左右，附加误差达18mm。
负压测管两侧温度的差异，造成两侧取样管内水的密度大不相同，给水位测量带来很大附加误差。
平衡容器引出管内水温陡度的存在和环境温度的变化，引起参比水柱密度变化的不确定性，是造成测量示值偏差的主要原因。
在机组正常运行情况下，汽包两侧水位经常出现水位偏差超过30mm的现象，有时达到100mm以上。
汽包两侧实际水位偏差原因分析
汽包两侧实际水位偏差原因分析（1）下降管和汽包安装的影响。
锅炉正常运行时，汽包内的水流是快速进入下降管的。
自然循环的亚临界锅炉，其下降管内水流速度最高可达3～4m/s，导致汽包内的水面随下降管的布置位置出现高低不一的偏差。
汽包两侧水位计的安装分别以两侧中心线为基准，而安装时中心线存在5mm以内的高度差，且汽包安装的水平度也存在5mm以内的偏差，通常会导致20～30mm的定位误差。
随着锅炉运行后支架下沉等各种因素影响，水平度持续变差，汽包两侧水位的累计偏差也会加大。
（2）锅炉燃烧偏差的影响。
锅炉燃烧偏差主要是指燃烧两侧热负荷偏差对锅炉两侧水位偏差的影响。
由于炉膛中部烟温和烟气流速均高于壁面，使烟道中沿炉膛宽度方向的热负荷不均，造成锅炉两侧水冷壁吸热不均，或造成过热器和再热器吸热不均，从而引起汽包两侧水位产生偏差。
燃烧偏差可能影响因素众多，包括炉内空气动力场、炉膛水冷壁结焦、磨煤机组、二次风门和吹灰方式等。
（3）汽水分离不均的影响。
汽包内部采用由沿汽包长度延伸的弧形隔板，离开水冷壁的汽水混合物通过弧形隔板流入安装在汽包下部两侧的水平分离器底部。
经水平分离器分离后的蒸汽进入汽包，并通过由多块波纹板组成的百叶窗式分离器进一步分离至过热器。
当水平分离器(一级分离) 内部结垢后，汽包水空间的含汽量增加，将使汽包水位计测量精度下降；当百叶窗式分离器(二级分离) 波纹板结垢时，对蒸汽中小水滴的吸附作用下降，使蒸汽含水量增加，影响汽包水位计汽侧精确度。
（4）动态扰动因素的影响。
动态扰动因素主要包括给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷对汽包实际水位偏差的影响。
给水流量的影响，表现为在通常情况下给水流量的增加会使汽包水位呈现出初期水位不会升高、中期逐渐上升、最终直线上升的变化过程；蒸汽流量的影响，表现为汽轮机发电机组负荷的变化导致蒸汽流量扰动，造成与见负荷变化方向相反的“虚假水位”现象，其变化幅度与锅炉的汽压和蒸汽量变化的大小有关；炉膛热负荷的影响，主要是指燃烧率的扰动对锅炉蒸发强度产生影响，引起蒸汽流量和汽包容积的变化，其扰动程度比蒸汽流量扰动程度要小，引起的“虚假水位”变化幅度和速度也相对较小。
汽包水位计运行偏差的原因与分析
汽包水位计运行偏差的原因与分析摘要：汽包水位计运行中发生左右侧水位偏差大，严重影响了锅炉安全运行。
本文分析该电厂汽包水位高负荷偏差大的原因，通过进行汽包内部氧化物的处理，基本解决电厂水位偏差大的问题。
关键词：汽包、水位计、氧化物、处理。
一、前言汽包水位计是表征锅炉安全运行的重要附件，如果汽包水位过高，会降低汽包汽水分离效果，造成汽包出口过热蒸汽含水过多，使蒸汽含盐浓度增加，汽包水位升高到一定程度，会发生严重蒸汽带水，造成汽机发生水击事件，严重威胁机组安全运行。
如果水位过低，可能会破坏水冷壁管束水循环，造成上部水冷壁得不到水冷却，发生爆管事件。
长期以来，由于汽包水位的偏差造成运行人员误判断，误操作，水位预警失灵，停炉保护拒动，造成多起重大水位事故。
所以测量装置如何准确反映汽包的真实水位，供运行人员作出准确判断就显得尤为重要。
二、某电厂水位测量的现状某电厂一期工程2×330MW机组采用上海锅炉厂生产的SG-1176/17.5-M4022型锅炉，亚临界参数、一次中间再热、单炉膛自然循环单汽包锅炉。
汽包内径Ф1743mm，壁厚135mm，由6节筒身和2只球形封头构成，筒身节长3350mm,筒身直段长20100mm，总长 22100mm，汽包由13MnNiMo54材料制成。
因为水位取样筒不应直接布置在大直径下降管入水的上方，因为该区域水位易受到涡流的干扰，所以应该取在受影响较小的汽包球形封头端部。
自然循环锅炉维持汽包正常水位是锅炉安全运行的要点之一。
因此在汽包上设置了三种不同功能的水位监控仪表，水位的就地监视采用2只双色水位表，水位计的量程为680mm，2只电接点水位计、4只平衡容器水位计，在汽包筒身两端下部各设1只Ф57mm与下降管的连通管，保证水位计水流连续性，消除由于“死角”水不流动造成的水位计失准现象。
本设计中汽包正常水位设定在汽包中心线下50mm，高低水位距正常水位各为50mm。
锅炉汽包水位的自动调节和控制都是参照汽包平衡容器液位计。
锅炉汽包差压水位计有误差原因和处理方法
锅炉汽包差压水位计有误差原因和处理方法
锅炉汽包差压水位计的误差原因主要有以下几点：
1. 仪表本身的精度问题：差压水位计的精度取决于仪表的制造工艺和材料质量。
如果仪表制造不合格或使用时间较长导致磨损等问题，都可能会产生误差。
2. 管道和连接部分的漏气：由于差压水位计是通过测量两侧管道的压力差来确定水位高度的，如果存在管道和连接部分的漏气现象，会导致压力差的变化，从而影响水位计的测量准确性。
3. 水位计管道中气体和杂质的存在：水位计管道中存在空气、气泡、杂质等会干扰压力差的测量，从而造成误差。
处理方法如下：
1. 定期校准：定期进行差压水位计的校准，以确保仪表的准确性。
校准时可使用标准仪器进行比对，并根据校准结果调整差压水位计的读数。
2. 检查管道和连接部分：定期检查差压水位计的管道和连接部分，确保没有漏气现象。
如发现漏气问题，及时修复或更换漏气组件。
3. 清洗水位计管道：定期清洗差压水位计的管道，移除其中的气体和杂质，以减少干扰。
4. 选择合适的水位计：根据实际需要选择合适的水位计，考虑其精度、稳定性、适用环境等因素，以确保测量的准确性。
总之，要保证锅炉汽包差压水位计的准确性，需要定期校准、检查管道和连接部分、清洗管道，并选择合适的水位计。
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式中：
h——汽包正常水位距水侧取样的距离，mm
△h——水位计中的水位与汽包中水位的差值，mm
Ps——饱和蒸汽密度，kg/m3
Pw——饱和水密度，kg/m3
Pa——水位计中水的平均密度，kg/m3
Ps'——水位计中蒸汽的密度，kg/m3
对就地水位计来说，汽包内的水温是对应压力下的饱和温度，饱和蒸汽通过汽侧取样孔进入水位计，水位计的环境温度远低于蒸汽温度，使蒸汽不断凝结成水，并迫使水位计中多余的水通过水侧取样管流回汽包。
从水和蒸汽的特性表可看出：在常温常压下，汽包和水位计中的水密度是相等的，从式(1)可见，水位计中的水位与汽包内的水位也是相同的，且与h值无关；随着汽压的升高，汽包中的水密度变小，蒸汽密度变大；而就地水位计因散热的影响，水位计中的水密度也变小，但变化幅度不如汽包内水的大；蒸汽密度虽也有增大，但变化幅度没汽包内的大，即Ps是不应等于Ps'的，但其影响只要保温处理的好，可忽略不计，下面的计算均是按Ps=Ps，来进行的；致使水位计中水位和汽包内水位的差值也随之增大，这一差值始终是就地水位计中水位低于汽包水位的主要因素；并且当h值改变时，水位差值也会改变。
为了给电厂提供参考，有的锅炉厂给出了就地水位计和汽包正常水位差值的参考数据见表1。
从表1所列数据，对于亚临界锅炉来说，在额定汽压下，就地水位计的水位比汽包内的水位要低100～150mm。
下面以我厂(东方锅炉厂)在汽包额定压力18.2MPa下时汽包水位偏离正常水位的情况进行分析，根据式(1)，取汽包水位为零时h=400mm，计算水位变化
±1OOmm时水位计显示情况。
Pw、Ps为定值，假设Pa也为定值，取平均温度为300℃时的值。
h'=h—△h，为就地水位计中的水柱高度，计算结果如表2所示。
从表中计算结果来看，汽包水位变化±100mm时，就地水位计的显示值只变化±68m m，还是假定水位计中水的温度不变，即Pa是定值的情况下计算的。
实际上，当汽包内水位变化时，水位计中水的平均温度和密度均会随着变化的，汽包水位升高时，由于水的散热面增加，平均温度会下降，密度增大，水位计的指示也比表中计算的要低；而当汽包水位降低时，水的散热面减小，其平均温度升高，密度减小，水位计的指示应比表中计算的要高。
当汽包水位变化±100mm时，就地水位计的变化还达不到±68mm，只是±50mm左右，并且就地水位计的误差并非是恒定值，在不同条件下有所变化，同一锅炉，在不同工况下，在不同的季节里，误差的变化还相当显著。
所以依靠就地水位计来监视汽包水位是不安全、不准确的。
必须改变运行中认为就地水位计的指示是准确的，并要求其它水位计的指示要与其一致。
就地水位计可作为额定压力下核对其它水位计正常水位值(零位)的参考。
2 电接点水位计
电接点水位计的工作原理与就地水位计的完全相同，属于连通管式，利用与受压容器相连通的测量筒上的电接点浸没在水中与裸露在蒸汽中的导电率的差异，通过显示仪表显示水位。
一般只配有一套，安装在汽包的一端，通过信号线传到集控室监视，也有的将接点信号引入停炉保护系统。
电接点水位计的工作原理与就地水位计相同，所以就地水位计存在的问题，它同样存在，即电接点水位计显示的水位与汽包实际水位存在偏差，且不是固定的，汽包水位波动时其显示不能与之对应。
电接点水位计与就地水位计因结构、材料、形状、安装、散热情况的不同，它们之间的显示值也必然存在偏差；电接点水位计还存在电接点因挂水而误发信号的问题。
所以在亚临界的锅炉上采用电接点水位计测量水位是不安全的、不准确的，作为保护用信号是更不可取的。
3 差压式水位计
差压式水位计的工作原理是在汽包水位取样管上安装平衡容器，利用液体静力学原理使水位转换成差压，用引压管将差压信号送至差压计，由差压计显示汽包不位。
经过发展现在采用智能式差压变送器来测量汽包水位，特别计算机控制技术的引入，从技术性能、安全性、可靠性都有了极大的提高，现在亚临界锅炉均采用差压式水位计作为汽包水位测量的主要手段，并作为汽包水位控制、保护信号用。