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淺析操作條件變化時磁翻柱液位計控制水平

作時間：2019-08-26 15:44:04   來源：  作者：
如果要求列出能夠提高火力發電廠熱耗率的一系列因素，由于其對磁翻柱液位計性能的影響，準確測量汽包液位將接近頂部。當電力市場和需求模式發生變化時尤其如此。
 
許多傳統的熱電廠都是為基本負載運行而設計的，每次運行數天和數周，負載變化較小。現在，工廠經常不得不每天都在增加和減少，以平衡可再生能源的間歇性生產。這會對設備產生影響，需要更復雜的控制以在更寬的工作范圍內保持效率和理想的加熱速率。讓我們看看磁翻柱液位計中的液位控制，看看它如何影響效率，操作和維護。
 
磁翻柱液位計汽包水位
雖然設計和尺寸各不相同，但大多數亞臨界磁翻柱液位計在較高點處有一個鼓，在那里收集蒸汽并將管子放在一起。保持滾筒中正確的水位至關重要。如果水位太高，它可以被帶入蒸汽管道，如果它一直到達主渦輪機，它可能會損壞葉片。如果水位太低，磁翻柱液位計的部分可能會變干和過熱。這兩種情況都可能導致長時間和昂貴的停機，因此只需更換一英寸或兩英寸水平就可能導致行程。
 
維持這一臨界水平具有挑戰性，因為磁翻柱液位計鼓是一個非常湍流和混亂的地方，具有高溫和高壓。理想情況下，應以相同的速率添加給水，蒸汽被抽出。當蒸汽消耗非常穩定時，這是可以控制的，但是當負載上升和下降時，水平可以快速變化。增加的負荷會吸收蒸汽，導致滾筒內的壓力降低，并允許更多的蒸汽在管中冒泡。這會提高液位，如果在短時間內發生足夠大的變化，就會導致跳閘。減少蒸汽消耗可能產生相反的效果。
 
在美國機械工程師協會（ASME）磁翻柱液位計和壓力容器規范PG-60.1.1需要以上400psi的操作具有兩個直讀計或視鏡，以指示水平鼓任何磁翻柱液位計。這有點老式，可以追溯到磁翻柱液位計消防員手動控制的日子。該規范允許其中一個直讀式儀表被兩種間接的液位測量方法所取代，這兩種方法可以包括差壓（DP），置換器，電導率或雷達技術。
 
通常，所有類型的磁翻柱液位計汽包水平儀表都使用外部腔室安裝（圖1）。這種安裝裝置有幾個術語，包括韁繩和靜止井，但總是包括兩個連接到滾筒 - 液面上方和下方 - 因此它將與滾筒本身具有相同的水平。兩個連接都有閥門，因此在運行期間可以隔離腔室，從而可以在不關閉磁翻柱液位計的情況下更換或維修儀器。錢伯斯還幫助減少湍流，這是磁翻柱液位計鼓的特點。
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水平測量方法
讓我們來看看這四種很好的測量技術如何在這種情況下發揮作用，各有利弊。
 
DP。DP是許多應用的傳統熱門，但對于磁翻柱液位計鼓，它有一些嚴重的缺點。首先，它取決于知道液體的密度，在磁翻柱液位計的情況下，液體密度可能有很大差異。磁翻柱液位計中水密度在0 psi和1,000 psi之間的變化可能導致DP水平讀數誤差為26％。顯然，控制磁翻柱液位計的自動化系統將采用更接近操作條件的密度，但是密度仍然可以基于內部壓力變化期間產生的鼓泡量快速變化，如前所述。因此，當沒有水平傳感器時，DP傳感器可以記錄水平的變化。
 
另一個嚴重的缺點是使用脈沖線到達發射器。這些往往是維護密集型的，需要定期排污和泄漏修復，并且它們受到其他堵塞源的影響。
 
置換。與DP一樣，置換器也依賴于了解液體的密度，因此它們受到相同的精度限制。位移器本質上是機械的并且具有必須在困難環境中自由操作的移動部件，通常需要頻繁校準和維護。
 
電導率。電導率傳感器布置在沿腔室側面延伸的線上，根據浸入的傳感器數量來報告水平。這種方法非常可靠，但由于傳感器間距較小，因此分辨率較低。這些儀器對安全系統非常有用，但不能提供液位控制所需的精確度。
 
雷達。這留下了雷達，在這種情況下，雷達通常是導波雷達（GWR），因其使用探頭作為波導而得名。由于波導，GWR適用于在狹窄的腔室內操作，具有許多優點。
 
首先，GWR不依賴于液體密度。它檢測介電常數（DK）在液體表面變化的點。其次，它可以承受磁翻柱液位計環境中遇到的溫度和壓力。第三，它非常精確并且能夠每秒多次更新讀數，因此它可以非常快速地記錄變化。
 
GWR的缺點很重要，但可以減輕。首先，發射器頭必須安裝得比較高可能的液位高至少參考反射器的長度。需要有一個清晰的空間，脈沖在到達液體表面之前可以通過該空間。結果，大多數現有的腔室不能按原樣使用。一些腔室可以在頂部添加延伸部以增加長度，或者可能必須添加新腔室。
 
其次，正如DP和置換器受液體密度變化的影響一樣，GWR受蒸汽介電性質的影響。根據蒸汽密度，在磁翻柱液位計中工作時雷達脈沖減慢 - 較高的壓力意味著較慢的脈沖。因為脈沖通過蒸汽需要更長的時間并且在通過蒸汽時反彈，如果GWR變送器在空氣中校準，它將提供讀數，表明水平低于實際水平。儀器的變送器可以通過動態蒸汽補償來克服這個問題。
 
探頭的直徑步長始終與變送器保持固定距離。每次發送脈沖時，此步驟都充當參考反射器，將其自身的回波與液體表面的回波一起發回（圖2）。發射器信號處理器尋找參考反射時間的偏差，以確定信號是否已經減慢以及減少了多少。然后計算校正因子并將其應用于液體表面的回波。每次脈沖都會執行此操作，因此校正是動態的，并將測量誤差降低至小于2％。
 
磁翻柱液位計紊亂的影響，無論是將水吸入蒸汽管道還是允許部分磁翻柱液位計干燥都是嚴重的，因此采用適當的儀器和控制策略來防止這些情況是至關重要的。同時，觸發磁翻柱液位計停機的錯誤行程會中斷生產并需要重啟過程，這兩者都非常昂貴。因此，運營商經常使用以三分之二投票方案排列的三級儀器來啟動關機。這可能聽起來像一個復雜而昂貴的解決方案，但由于儀器故障，在高峰輸出期間僅損失一次生產將不僅僅是成本的合理性。
 
請記住，ASME PG.60.1.1至少需要兩個間接工具，因此實際投票方案只需要一個。正常的安裝實踐包括在鼓周圍安裝三個腔室。如果使用GWR變送器，安裝人員應小心確保放置腔室，使頂部位于滾筒上方所需的距離。
 
理想情況下，三個腔室應該都處于完全相同的水平，并且鼓本身應該是完全水平的，但通常情況并非如此。如果高度不匹配，則三個GWR發射器將不同意水平讀數。這是因為讀數是基于法蘭到液面的距離，因此如果法蘭位置不同，讀數也會不同。激光測量設備可以幫助量化差異，因此可以在GWR發射器中進行校正。
 
如果這種測量校正不實用，安裝人員可以使用一種稱為“浮動腔室”的技術。安裝了GWR變送器的三個腔室在頂部和底部與磁翻柱液位計鼓封閉。使用每個底部的排水口，它們通過管道相互連接，室頂部通向大氣。水被迫通過管道，因此所有三個室都達到相同的自然水平。這可能是一個棘手的過程，如果沒有正確執行它會受到重大錯誤，因此通常選擇它作為較后的手段。
 
來自三個GWR發射器的讀數可以在其配置中匹配，以校正在安裝過程中產生的任何高度差。如果在操作過程中出現差異，則可能是流過或膨脹的跡象，這可能導致滾筒中的不均勻分布。如果這被證明是一個長期問題，那么將腔室重新定位在靠近滾筒中部的位置可能會更好。
 
基線負荷發電廠根據可再生能源和其他發電源的間歇性輸出調節其輸出的必要性使得運行更加復雜。因此，磁翻柱液位計控制比以往任何時候都更加重要，以保持植物穩定。正確的操作取決于有效的液位儀表，GWR變送器可以填補賬單以保持穩定性，效率和盈利能力。