本實用新型涉及汽包水位測量技術領域，具體涉及一種內置式單室平衡容器汽包水位測量裝置。

背景技術：

汽包水位是電廠鍋爐的一個非常重要的監(jiān)控參數(shù)，它間接反映了鍋爐負荷(即鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽量)和給水量之間的物質平衡關系，保持汽包內的正常水位在一定的允許范圍內是保證鍋爐和汽機安全運行的必要條件之一。

目前汽包水位的測量中經(jīng)常采用的方法有：云母水位計、雙色水位計、電接點水位計和差壓式水位計。其中云母水位計的指示直觀、可靠，但遠程監(jiān)視不便；雙色水位計可就地顯示，也可利用工業(yè)電視技術在主控室實現(xiàn)遠程監(jiān)視；電接點水位計在測量中指示不夠連續(xù)；差壓式水位計最為常用，也可作為水位調節(jié)的被調參數(shù)，因此本領域較為重視差壓式水位計的技術創(chuàng)新。

差壓式水位計的原理是將汽包水位通過平衡容器轉換為差壓信號，用差壓計測量出差壓的大小，從而得出水位的高低。汽包水位測量廣泛采用差壓式水位計，其中目前采用的差壓式汽包水位測量平衡容器通常主要有單室平衡容器和雙室平衡容器。目前采用的單室平衡容器如圖1所示：包括正壓一次門1、單室平衡器2、負壓一次門3和汽包4。圖1中ρ_s為飽和汽的密度，ρ_w為飽和水的密度，ρ_c為單室平衡器2內水的密度，H為當前水位到負壓一次門連接管路的距離；L為正壓一次門連接管路到負壓一次門連接管路的距離；P+為正壓，P-為負壓。

單室平衡容器結構簡單，安裝方便，但測量誤差較大。當鍋爐在額定汽壓運行，水位為正常水位時，其輸出的差壓比較穩(wěn)定，測量較準確；當汽壓下降時，負壓側的壓力將顯著增大，致使平衡容器輸出差壓減小，水位指示偏高。

針對單室平衡容器的這一現(xiàn)象，本實用新型進行了改造，采用內置式單室平衡容器，從而實現(xiàn)更精準的水位測量。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種內置式單室平衡容器汽包水位測量裝置，所要解決的技術問題是如何實現(xiàn)更精準的水位測量。

本實用新型所述的內置式單室平衡容器汽包水位測量裝置包括汽包、內置平衡罐、正壓側取樣管、負壓側取樣管、汽側管、冷凝水引入管、冷凝罐和差壓變送器，其中所述的內置平衡罐設置在汽包的內部，所述的冷凝水引入管設置在所述的內置平衡罐中，所述的冷凝水引入管與汽側管連通，汽側管的一端插入汽包內，汽側管的另一端與冷凝罐連接，所述的正壓側取樣管的一端插入汽包內并連接到內置平衡罐上，正壓側取樣管的另一端連接到差壓變送器的正壓側，所述的負壓側取樣管的一端與汽包連接，負壓側取樣管的另一端連接到差壓變送器的負壓側，所述的冷凝罐和差壓變送器均設置在汽包的外部。

所述的內置平衡罐設置在汽包中水面的上方。

所述的冷凝水引入管傾斜地設置在所述的內置平衡罐中。

所述的內置式單室平衡容器汽包水位測量裝置還包括備用正壓取樣管，該備用正壓取樣管連接在冷凝罐的一側。

所述的汽側管和備用正壓取樣管分別設置在冷凝罐的不同側。

所述的內置平衡罐的筒高147mm，筒直徑為Ф90mm，內置平衡罐的測量筒為上部開口筒，筒頂另配直徑90mm的圓形蓋，圓形蓋的厚度為3mm，筒的底部開孔，開孔尺寸為直徑Ф15mm，孔中心與底同軸，筒壁上部開有長型孔，長型孔為前后對稱，在一個中心線上，共兩個，寬度為30mm，長度為60mm，長型孔的底部為直徑30mm的半圓；整個筒體厚度均為3mm。

本實用新型的技術方案具有如下優(yōu)點：

本實用新型所述的內置式單室平衡容器汽包水位測量裝置將單室平衡容器置于汽包的內部，使其水容器和參比水柱永遠處于飽和環(huán)境下，克服了參比水柱水溫難以測量的不足，從而使信號更加穩(wěn)定。由于將平衡罐安裝在汽包內部，克服了環(huán)境溫度對測量結果的影響，簡化了補償公式，使測量結果更真實、準確、穩(wěn)定，三個平衡容器的測量值更接近真實值。由于在汽包的汽側取樣管上焊接有冷凝罐，可以及時向內置平衡容器中補充冷凝后的飽和水，可以保證在啟爐后短時間內投入汽包水位。備用正壓取樣管，防止內裝式平衡罐出現(xiàn)意外后可將正壓側管與之相連，這樣就可以變成外置式單室平衡容器繼續(xù)測量汽包水位。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術中配單室平衡容器的差壓式水位計測量示意圖。

圖2是所述的內置式單室平衡容器汽包水位測量裝置的原理示意圖。

圖3是所述的內置平衡罐的結構示意圖。

具體實施方式

以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

如圖2所示，本實用新型所述的內置式單室平衡容器汽包水位測量裝置包括汽包1、內置平衡罐2、正壓側取樣管3、負壓側取樣管4、汽側管5、冷凝水引入管6、冷凝罐7和差壓變送器9，其中所述的內置平衡罐2設置在汽包1的內部，所述的冷凝水引入管6設置在所述的內置平衡罐2中，所述的冷凝水引入管6與汽側管5連通，汽側管5的一端插入汽包1內，汽側管5的另一端與冷凝罐7連接，所述的正壓側取樣管3的一端插入汽包1內并連接到內置平衡罐2上，正壓側取樣管3的另一端連接到差壓變送器9的正壓側，所述的負壓側取樣管4的一端與汽包1連接，負壓側取樣管4的另一端連接到差壓變送器9的負壓側，所述的冷凝罐7和差壓變送器9均設置在汽包1的外部。

所述的內置平衡罐2設置在汽包1中水面的上方。

所述的冷凝水引入管6傾斜地設置在所述的內置平衡罐2中。

所述的內置式單室平衡容器汽包水位測量裝置還包括備用正壓取樣管8，該備用正壓取樣管8連接在冷凝罐7的一側。

所述的汽側管5和備用正壓取樣管8分別設置在冷凝罐7的不同側。

內置平衡罐2的作用是形成一個穩(wěn)定的正壓頭，即形成一個水位標尺。

冷凝罐7的作用是通過冷凝水引入管6和汽側管5將汽包中的飽和蒸汽冷凝后補充內置平衡罐2中的水，使其保持滿水。

汽側管5以及冷凝水引入管6的作用是引出汽包中的飽和蒸汽，同時將冷凝后的水補充回內置平衡罐。

正壓側取樣管3的作用是將內置平衡罐中的靜壓水引至差壓變送器的正壓側。

負壓側取樣管4的作用是將汽包中的靜壓水引至差壓變送器的負壓側。

差壓變送器的作用是將引入的正、負壓的差壓轉換成電信號，同時傳送給DCS系統(tǒng)顯示水位值。

圖2中，L為平衡罐上邊沿到水側取樣管中心線的距離(即平衡容器中參比水柱的高度)，H₀為0水位線到水側取樣管中心線的距離(即汽包水側取樣孔中心線距汽包零水位線的高度)，ΔH為現(xiàn)在水位線相對于0水位線的差值(即汽包內水位)，γ₁為平衡容器中參比水柱(飽和水)的密度；γ₂為汽包內飽和汽的密度。

本實用新型所述的內置式單室平衡容器汽包水位測量裝置的測量原理為：

汽包運行過程中飽和蒸汽進入到冷凝罐中冷凝成飽和水，回流到平衡罐中，參比水柱所形成的靜壓通過正壓側取樣管引到差壓變送器的正端，汽包內的水通過負壓側取樣管引到差壓變送器的負端，這樣差壓變送器輸出差壓信號給DCS，在DCS中通過壓力補償計算得出汽包內的水位。這樣測量沒有了環(huán)境溫度對參比水柱密度的影響，計算出來的結果就更接近于汽包中的實際水位，能夠更準確的反映汽包的水位。

內置式平衡容器是平衡罐安裝在汽包內，使平衡罐及引出水接近飽和水溫度，這樣可以通過壓力補償，有穩(wěn)定的計算參數(shù)，可以消除因參比水溫度變化對水位測量的影響。本測量裝置最主要的改進之處是將參比水柱(L-H₀-ΔH)從汽包外面移至汽包內部，由不飽和水變?yōu)轱柡退?/p>

計算公式及信號補償：

內置式平衡容器中，由于參比水柱的平均密度等于汽包內水的密度，變送器所測量的差壓值ΔP為浸泡在汽段的參比水柱(飽和水)所形成的靜壓和相同高度的飽和汽所形成的靜壓之差。內置式平衡容器汽水水位測量公式如下：

根據(jù)流體靜力學原理，平衡容器輸出的差壓為

ΔP＝P₊－P_－＝L*γ₁-[(L-H₀-ΔH)*γ₂+(H₀+ΔH)*γ₁] (1)

式中：L為平衡容器中參比水柱的高度；

H₀為汽包水側取樣孔中心線距汽包零水位線的高度；

ΔH為汽包內水位；

γ₁為平衡容器中參比水柱(飽和水)的密度；

γ₂為汽包內飽和汽的密度；

由公式(1)可得汽包內置水位平衡容器的計算公式：

ΔH＝[L-H₀]-ΔP/(γ₁-γ₂) (2)

由于飽和水的密度γ₁和飽和汽的密度是隨著汽包壓力變化而變化的，因此，要用差壓法準確測量汽包內水位，就必須對差壓水位信號進行壓力補償。由于平衡罐改裝到了汽包內部，克服了環(huán)境溫度對測量結果的影響，無須進行穩(wěn)定補償。

后備外置式單室平衡容器：

為確保本裝置可靠穩(wěn)定的測量，在冷凝罐的一端設置有一段備用正壓取樣管。萬一內置水位平衡容器在使用期間出現(xiàn)問題，導致無法正常測量，便可將冷凝罐一端打開，連接至備用正壓取樣管。此時本裝置便等同于外置式單室平衡容器，可以繼續(xù)進行汽包水位的測量。

本實用新型的關鍵改進點在于：

1、平衡罐移到汽包內部

把平衡罐移入汽包內部，從平衡容器到整個參比水柱的溫度與汽包內部的飽和溫度完全相同，使參比水柱溫度引起的誤差不再存在。

2、在汽包內部找到補充水源

把平衡容器移入汽包內部后，如果仍然從汽包外部取得補充水，因為平衡容器和參比水柱中水的過冷度還會隨時變化，則不能保證測量準確度。本裝置的使用可以在汽包內部找到補充水源。

3、實現(xiàn)裝置內熱水的隔離

內置式的平衡罐把平衡容器中的冷熱水隔開，保證了參比水柱中的水為飽和水溫度，但又不影響差壓值的傳遞和測量。此結構還使得平衡容器水面的波動更小、測量值更加平穩(wěn)；大大降低了停爐后裝置內水的蒸發(fā)速度，延長了在鍋爐停爐后的持續(xù)工作時間。

下面結合圖3介紹內置平衡罐2的制作和安裝。如圖3所示，所述的內置平衡罐(又稱汽包水位測量筒)的筒高147mm，筒直徑為Ф90mm，測量筒為上部開口筒，筒頂另配直徑90mm的圓形蓋，厚度為3mm，筒的底部開孔，開孔尺寸為直徑Ф15mm，孔中心與底同軸，筒壁上部開如圖3所示大小的長型孔，長型孔為前后對稱，在一個中心線上，共兩個，寬度為30mm，長度為60mm，底部為直徑30mm的半圓；整個筒體厚度均為3mm，筒體及筒蓋材質均為不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施例對本實用新型作了詳盡的描述，但在本實用新型基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實用新型精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本實用新型要求保護的范圍。