常規(guī)島中除氧器、高低壓加熱器、各疏水箱液位的準(zhǔn)確測量，直接影響著機(jī)組控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整的狀況和機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。測量容器液位的方法有很多，其中常用的方法是差壓液位變送器測量，并附有就地液位磁翻板顯示。但在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行生產(chǎn)中，由于容器壓力、介質(zhì)溫度、介質(zhì)密度變化和差壓液位變送器隔離液走失，經(jīng)常出現(xiàn)液位測量失真，就地磁翻板顯示與主控液位顯示不一致現(xiàn)象，差壓液位變送器相互顯示偏差大的問題 [1]。

 

1 電廠除氧器液位測量誤差分析

1.1 除氧器液位就地磁翻板顯示與真實(shí)液位顯示不一致

分系統(tǒng)試驗(yàn)中，在進(jìn)行除氧器制水期間發(fā)現(xiàn)主控顯示除氧器液位與就地磁翻板液位計(jì)顯示液位不一致。

 

1.1.1 除氧器液位測量裝置介紹

某核電廠除氧器為鋼制臥式容器，長49.56m，內(nèi)徑4.3m，除氧器工作溫度176.3℃，除氧器啟動(dòng)階段在0.12MPa 下定壓運(yùn)行，汽輪機(jī)功率低于20%額定功率時(shí)在0.27MPa 下定壓運(yùn)行，汽輪機(jī)功率在20~100% 額定功率時(shí)在0.27MPa(a)~0.921MPa 滑壓運(yùn)行。除氧器兩邊配置2個(gè)就地磁翻板液位計(jì)，3個(gè)差壓液位變送器，差壓變送器采用單平衡容器安裝。

1.1.2 液位測量誤差分析

就地磁翻板液位計(jì)猶如連通器安裝于容器上，上端接至容器上部，下端從容器底部引出，形成一個(gè)環(huán)路。根據(jù)連通器原理可知，在容器內(nèi)液位和磁翻板內(nèi)液位相對(duì)平衡時(shí)，A、B 兩點(diǎn)的液體壓力必須相等。設(shè)容器上部的壓力為 P1，磁翻板上部壓力為 P2，A 點(diǎn)的密度為 ρa，B 點(diǎn)的密度為 ρb，則P1+ρa×g×Ha=P2+ρb×g×Hb。 容 器 上 部 是氣體、密度小，無論容器內(nèi)壓力和溫度如何變化 P1幾乎等于 P2，不會(huì)引起測量誤差。假如 A 點(diǎn)與 B點(diǎn)溫度相等，則對(duì)應(yīng)的密度 ρa=ρb，便會(huì)有液位Ha=Hb。然而在除氧器運(yùn)行時(shí)，容器內(nèi)液體溫度為176.3℃，磁翻板筒壁常年在外，筒內(nèi)液體溫度遠(yuǎn)低于176.3℃。雖然兩處是同種液體，但溫度不同密度也會(huì)不同，必然會(huì)造成 Ha ≠ Hb。

 

在除氧器制水試驗(yàn)期間，用紅外測溫儀測得 A點(diǎn)溫度為94℃，設(shè)此溫度為除氧器內(nèi)液體平均溫度，則 ρa=0.962g/cm³，B 點(diǎn)溫度為58℃，設(shè)此溫度為磁翻板內(nèi)液體平均溫度，則 ρb=0.984g/cm³。當(dāng)磁翻板顯示液位為3000mm，則除氧器真實(shí)液位為 Ha=Hb×ρb/ρa=3069mm，除氧器真實(shí)液位要高于磁翻板顯示液位69mm。

 

1.2 除氧器差壓液位變送器互相顯示偏差大

除氧器差壓液位變送器經(jīng)校驗(yàn)、安裝、遷移完成后，在除氧器制水后期，主控出現(xiàn)高液位報(bào)警，發(fā)現(xiàn)3臺(tái)差壓液位變送器顯示偏差大。

 

1.2.1 除氧器液位控制邏輯介紹

電廠除氧器3臺(tái)差壓液位變送器的液位控制邏輯為 ：當(dāng)變送器均無故障時(shí)輸出為取3臺(tái)變送器中值 ；當(dāng)1臺(tái)變送器故障時(shí)輸出為正常2臺(tái)變送器的高值 ；

 

當(dāng)2臺(tái)變送器故障時(shí)輸出為正常的1臺(tái)變送器的值 ；當(dāng)3臺(tái)變送器均故障時(shí)輸出保持zui后有效值，模塊輸出相應(yīng)的變送器故障信號(hào)。

 

1.2.2 顯示不一致分析

差壓液位變送器為單平衡容器安裝，負(fù)壓側(cè)灌水液位高4300mm。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，1號(hào)變送器由于零點(diǎn)漂移，導(dǎo)致差壓液位變送器示值增大為2664mm。2號(hào)差壓液位變送器由于零點(diǎn)漂移且誤操作使負(fù)壓側(cè)隔離液走失，造成差壓液位變送器示值為3160mm，嚴(yán)重失真。3號(hào)差壓液位變送器正常，示值2631mm。通過除氧器液位控制邏輯可知模塊輸出取3臺(tái)變送器中值，1號(hào)變送器的示值2664mm，超過除氧器液位高報(bào)值2650mm，導(dǎo)致主控出現(xiàn)高液位報(bào)警。

 

對(duì)1、2號(hào)變送器重新進(jìn)行校準(zhǔn)后，灌水遷移后發(fā)現(xiàn)，1、2號(hào)變送器液位顯示一致，3號(hào)變送器液位顯示略高于1、2號(hào)變送器。分析認(rèn)為，1、2號(hào)變送器負(fù)壓側(cè)管線新灌水溫度低，密度高于3號(hào)變送器負(fù)壓側(cè)管線內(nèi)水密度，造成3號(hào)變送器液位顯示略高于1、2號(hào)變送器。決定繼續(xù)制水，第二天3臺(tái)差壓液位變送器顯示基本一致。

 

通過分析可知，容器采用差壓式液位測量時(shí)，只要確認(rèn)安裝合理、道壓管通暢、正負(fù)遷移正確、變送器準(zhǔn)確等，產(chǎn)生誤差的關(guān)鍵原因就是溫度變化。

 

2 液位測量誤差解決方案分析

2.1 伴熱補(bǔ)償法

通過伴熱補(bǔ)償因溫度變化引起測量誤差的方法通常為雙室平衡容器法（圖2）[2]，將磁翻板液位計(jì)和差壓液位變送器管線設(shè)置于筒室內(nèi)，筒室上端接容器汽側(cè)，通過引入容器上部氣體對(duì)磁翻板液位計(jì)內(nèi)液體和差壓液位變送器管線內(nèi)液體進(jìn)行加熱，以消除因溫度變化引起測量誤差。此種補(bǔ)償方法安裝改造復(fù)雜，施工量大，使用和維護(hù)成本較高。且在設(shè)備降壓運(yùn)行時(shí)，存在筒體內(nèi)差壓液位變送器負(fù)壓側(cè)管線內(nèi)液體汽化現(xiàn)象，從而造成“假水位”測量，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行造成安全隱患。

2.2 密度補(bǔ)償法

通過密度補(bǔ)償為解決測量誤差通常是在傳統(tǒng)測量方案的基礎(chǔ)上，新增加一臺(tái)小測量范圍差壓變送器（圖3）[3]。設(shè)容器內(nèi)液體密度為 ρ0，變送器1負(fù)壓管線液體密度為 ρ1，變送器2負(fù)壓管線液體密度為 ρ2，則 ：

ΔP1=P11-P12=ρ1×g×L1-ρ0×g×H，

ΔP2=P21-P22=（ρ2-ρ0）×g×h。 因 為 變 送 器1

負(fù)壓管線與變送器2負(fù)壓管線在同一環(huán)境，可認(rèn)為ρ1=ρ2，上式中L1、L2、h 為已知量，ΔP1、ΔP2可由變送器測得，容器內(nèi)真實(shí)液位 H 為 ρ0與 ρ1的函數(shù)，在 DCS 組態(tài)中設(shè)置相應(yīng)定值，即可算出密度變化情況下的真實(shí)液位。此種補(bǔ)償方式安裝新的差壓變送器涉及到容器開孔等工作，且由于裝入新的差壓變送器，在整個(gè)液位測量過程中帶入了新的不確定性，使液位測量不確定性增大。

 

2.3 DCS 對(duì)差壓液位計(jì)檢測誤差修正法

差壓液位計(jì)檢測原理基于 P=ρg×g×H，在實(shí)際液位測量中，各工況下密度 ρg 是根據(jù)溫度變化、而設(shè)計(jì)給定的密度 ρs 為定值，這樣就產(chǎn)生了誤差 [4]。為了消除誤差，通常需要在 DCS 處進(jìn)行修正，通過 P=ρ×g×H 得 出 H=(P/ρs×g)(ρs/ρg)， 可 看出，在用設(shè)計(jì)時(shí)給定的密度與實(shí)際工況密度之比乘以儀表顯示的液位值，便可一定程度上修正實(shí)際液位。此方法通常是在 DCS 處引入罐體溫度變送器監(jiān)測值，通過系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行溫度與密度的修正。此方法無需設(shè)備改造，方便簡單，能根據(jù)介質(zhì)溫度不同進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿芏刃拚?，能較真實(shí)地反應(yīng)實(shí)際液位。

 

2.4 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)

隨著技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)以其優(yōu)良的性能被越來越多用于測量壓力容器液位。與平衡容器相比，其不受溫度、壓力、蒸汽氣體混合物、密度、沸騰起泡、不同介電常數(shù)和黏度的影響，并具有蒸汽補(bǔ)償功能，從而可保證液位測量的準(zhǔn)確度和可靠性 [5]。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)由表頭高頻脈沖發(fā)生器產(chǎn)生電磁脈沖波信號(hào)，電磁波沿著導(dǎo)波桿從介質(zhì)1傳播到介質(zhì)2，當(dāng)介質(zhì)2的介電常數(shù)大于介質(zhì)1的介電常數(shù)時(shí)，電磁波會(huì)產(chǎn)生反射，用超高速計(jì)時(shí)電路測量出電磁波信號(hào)從發(fā)射到接收的時(shí)間差，可計(jì)算雷達(dá)至液面的距離為

S=V×Δt/2，其中 V 為電磁波傳播速度，已知導(dǎo)波雷達(dá)距容器低高度 H，則液位 L=H－S。

 

因?yàn)閴毫θ萜髟诶鋺B(tài)時(shí)液面上部為空氣，熱態(tài)運(yùn)行時(shí)液面上部為蒸汽，電磁波在空氣中傳播的速度大于在蒸汽中傳播的速度，在設(shè)備投運(yùn)期間，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)便會(huì)產(chǎn)生測量誤差。但實(shí)際應(yīng)運(yùn)中此狀態(tài)往往時(shí)間很短，只需通過設(shè)置熱態(tài)時(shí)蒸汽介電常數(shù)便可準(zhǔn)確測量液位。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在安裝及參數(shù)設(shè)置正確后，除設(shè)備投運(yùn)期間測量不穩(wěn)定外，大多數(shù)情況下測量準(zhǔn)確且故障極少。

 

3 液位測量誤差解決方案實(shí)施

經(jīng)討論決定，針對(duì)電廠常規(guī)島液位測量中，由于溫度變化引起密度變化而產(chǎn)生的測量誤差的消除，采用在 DCS 中引入溫度信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償修正。針對(duì)差壓液位變送器隔離液走失等原因產(chǎn)生液位測量誤差的消除，通過加裝導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行輔助測量來提高測量可靠性。

 

DCS 引入溫度補(bǔ)償修正。根據(jù)差壓液位計(jì)檢測原理可知，通過用設(shè)計(jì)時(shí)給定的密度與實(shí)際工況密度之比乘以儀表顯示的液位值，能夠修正實(shí)際液位 ：H=(P/ρs×g)(ρs/ρg)，先在 DCS 中將上式寫入液位控制組態(tài)，后引入罐體溫度變送器信號(hào)，將各溫度狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的密度 ρg 代入公式與設(shè)計(jì)給定密度 ρs 進(jìn)行計(jì)算，這樣通過邏輯運(yùn)算塊便可輸出修正后的液位值。

 

加裝導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。因其不受溫度、壓力、蒸汽氣體混合物、密度、沸騰起泡和黏度等影響，安裝簡單且位置要求相對(duì)較低，只需保證不靠近入口管線，確保導(dǎo)波桿不與其他物體接觸。利用除氧器原有平衡筒、在其頂端加裝導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，節(jié)約資金、減少工作量。對(duì)電廠在運(yùn)機(jī)組液位計(jì)進(jìn)行改造，在原基礎(chǔ)上加裝導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)所用導(dǎo)波桿為蒸汽探桿，距離表頭下方125mm 處安裝有一個(gè)蒸汽目標(biāo)，表頭每秒會(huì)發(fā)送一個(gè)詢問信號(hào)，該詢問信號(hào)到蒸汽目標(biāo)后被發(fā)射回表頭的時(shí)間 t 問詢被精確測量。此時(shí)，電磁脈沖信號(hào)在當(dāng)前工況下的速度 V 可用V=d/t 計(jì)算出來。獲得 V，導(dǎo)波雷達(dá)將以此值來進(jìn)行真實(shí)液位值的計(jì)算，從而達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)哪康摹?/div>