差压液位变送器液位测量的误差分析

随着工业生产的自动化、智能化程度的提高，为了适应市场需标，控制自动化过程的仪表的技术也在不断提高，包括了生产过程中的液位计的测量、监测与控制，目前在在全国各大发电企业中，这种现象特别明显，发电厂中对于液位的测量与监视，主要集中于水位的控制，水位是否合理与准确，对于机组运行的自动化设备的稳定与安全运行是非常重要的。例如凝汽器水位、锅炉汽包液位、加热器水位、除氧器水位等。比如在机组刚启动过种中，各种液位测量值变化的幅度和频率相对较大，会给运行人员的操作起到误导做用及影响自动化投入率。所以，对热工调试人员来说，正确调试和投运设备就显得非常重要了。
 
目前在发电企业的生产中，常用的液位计包括了差压式液位变送器、电容式液位计、投入式液位计、浮子式液位计、超声波液位变送器等等。本文重点对于差压液位变送器和电容式液位计在液位测量过程中遇到问题进行分析与研究，针对遇到的问题提出了相应的解决方案，通过生产厂家的具体案例介绍了差压液位变送器在投入运行后相关的一系列情况。

 

　　2. 差压式液位变送器

　　2.1 工作原理
　　差压变送器工作原理就是把液位不断变化的高度差转变成压力差，再通过二次转换，变成4-20mA 模拟信号远传到CRT，供运行人员监视。跟据下图，具体分析、写出公式。根据压力计算公式可得如下计算式：
　　P+=ρgL P- =ρ2gH+ρ1（L-H）g
　　所以，得出正负压侧差压计算式如下：
　　P= P+ - P- =ρgL-〔ρ2gH+ρ1（L-H）g〕
　　=gL ﹙ ρ-ρ1 ﹚ - gH ﹙ ρ2-ρ1 ﹚
　　L：正负压侧取压点之间的距离。 ρ：正压侧测量管内冷凝水密度。
　　ρ2：被测量容器内水的密度﹙机组正常运行时﹚。
　　ρ1：被测量容器内蒸汽的密度﹙机组正常运行时﹚。
　　H：被测量水位的高度。**********************************

　　所以，用上面的差压式液位变送器测量水位，相对精度较高，有利于机组在正常工况下进行水位调节，有利于热工控制投自动。一般多用于锅炉汽包水位、除氧器水位测量。但也有一定因素对其测量的准确度构成影响。

　　2.2 影响因素和解决方法
　　2.2.1 压力影响及解决办法
　　机组启动或停运时，水位变化较大，同时被测容器内的压力也相对变化较大，当水位较高时，容器内的压力相对也较高，特别是负压则P- 压力值变化很大，同时会引起△ P 跟着变化，但是ρ1和ρ2 变化率是不一样的，而且变化方向相反，水位H 升高时，P-随容器工作压力的下降而增大，△ P 就会减小，水位测量发生正误差。然而，水位H 较低时，影响不是很大。解决办法如下：
　　(1)差压式液位变送器 利用DCS 功能进行自动补偿，根据工作压力与﹙ ρ2-ρ1﹚之间的关系，对输出的差压值进行修正计算，就是采用数字计算进行补偿。
　　(2) 在正压则增加扩展容器与被测平衡容器联通，使正压侧头部始终保持充满饱和蒸汽，不断吸收饱和蒸汽冷凝时释放出来的气化热能，这样可以确保正压侧测量管内的温度与负压侧相对保持温度一致，不会导致温度相差太大，这样，就可以保证汽水密度变化率相对平衡。
　　2.2.2 温度影响及解决办法
　　在大多电厂里，差压变送器的正负测量管路引出的都较长，常温下，测量管路向外散热快，且是离取压点越远，温度相对越低，引起温度从上至下分部不均，导致压差转换偏差，水位显示基本上是偏低的。根据环境不同，影响也不同，在我国南方相对影响较小，但在北方，特别是冬季，影响特别明显，所以，只能对测量管路进行保温处理才能解决问题。保温时应注意以下几点：
　　(1) 在我国南方如广东，基本上不需要保温，一年四季温度相对较高，只需把差压式液位变送器安装在保温箱中就行，设罝加热装罝，一但遇到天气突发降温，就投入加热装罝;(2) 在我国中部地区，要进行仪表管路保温，但是，千万不能把测量筒、扩展容器保温，否则蒸汽无法冷凝成水，导致测量水位输出不稳定，CRT 显示跳变;(3) 在北方，如北京、宁夏等地，仪表管路一定要保温，而且要加装伴热带，同时变送器要安装在保温箱中，保温箱内也要加装加热温控器。

　　2.3 差压式液位变送器冷态时的投用方法及注意事项
　　2.3.1 投用前确认正负压管路无交叉，一次阀、二次阀、排污阀全部关闭，平衡阀打开。
　　2.3.2 对照双色水位计或磁翻板，找水位中心点相对位置、做好标记和记录。
　　2.3.3 用卷尺测量实际量程，确保变送器量程设罝与CRT 一致。
　　2.3.4 一定要等容器冲洗结束后，才能开始第一次投运，避免水脏，堵死管路。
　　2.3.5 待容器满水后，先打开正负压侧一次阀，再开排污阀，等排出的水干净后，关排污阀，开二次阀，给测量管注水，此时，把正压侧变送器排气孔稍开一点，同时用工具轻击管路，减少气泡存于管路中。注水结束后用万用表测量变送器输出电流，如与4mA 相差较大，说明测量管水没注满，应继续注水。
　　2.3.6 测量筒如果有排气阀或孔，可人工注水。
　　2.3.7 从凝结水引一路管子连到测量筒的注水口，可稳定自动注水（适合除氧器、凝汽器、低压加热器采用差压液位变送器测量时所用）。
　　2.3.8 待水注满后，关闭平衡阀，此时变送器已投运。让操作员给被测容器放水，若电流输出下降，说明差压式液位变送器投运成功。
　　2.3.9 机组运行过程中，注意巡检，确保排污阀、各接头连接处无渗漏。

　　2.4 热态时的投用方法及注意事项机组运行时，特别是高温、高压下，液位经常会跳变、不准等情况，此时，就需重新投运变送器。首先要解除水位逻辑保护。
　　2.4.1 液位显示跳变，一般可用以下方法消除：用小活口扳手，分别把差压变送器正负排气孔慢慢打开一点，进行排汽，可看到有白色、乳白色气泡流出。再对正负压侧进行排污，排污时间不能太长，以免损坏阀芯。重新投运时，先投负压，再投正压，但间隔不能太长，以免差压式液位变送器感压元件或平衡阀阀芯损坏。
　　2.4.2 液位显示偏差，可能原因：
　　(1) 测量管正、负压侧各连接头或排污阀有渗漏;(2) 变送器感压单元损坏;(3) 变送器平衡阀阀芯损坏;(4) 变送器量程与CRT 不一致;(5) 零点飘移;(6) 信号回路绝缘下降。

　　2.5 实际投运案例
　　北京草桥二期锅炉高、中、低压汽包液位采用4 只差压变送器及一只双色水位计测量，差压式液位变送器安装在汽包下一层保温箱内，当锅炉水冲洗干净后，第一次投用时（正负取压管都没有保温），变送器投用正常（这之前，正负压管路确认无交叉，对照双色水位计，水位中心点、量程等都已拉过水平、测量并做好记录）。但是慢慢的，水位开始偏差大。消缺时，发现部份排污阀关不死或内漏，处理后问题解决。
　　但在机组点火、升温升压后，水位开始跳变，重新投用，问题依旧。重新检查管路，发现从取压点至排污阀所有管路全部保温（北方冬季气温低，业主要求管路保温），正压管水蒸汽无法顺利冷凝，导致水位跳变，拆除正压测量筒保温后问题解决。

 

　　3. 电容式液位计

　　3.1 工作原理
　　电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数ε1 和液面上的介电常数ε2 不同，比如：ε1>ε2，则当液位升高时，电容式液位计两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降，ε 值减小，电容量也减小。

　　3.2 校验及投用注意事项
　　电容式液位计主要是对液位的零点和满度对行标定，当容器液位为零时，把电容式液位计输出信号设为4mA，对应零液位。把被测容器注满液位，输出信号设为20mA，对应满液位。电容式液位计根据厂家及型号的不同，具体参数设罝也不同，只要严格根据厂家资料设罝，正常投用时，测量是比较准确的。

　　3.3 实际投运案例
　　北京草桥项目二期，主油箱油位采用西门子生产的E+H、型号FMI51 电容式液位计测量，开始没按要求标定，因主油箱注油、排油麻烦，且油位尺度不易把握，只对油箱不为零时进行标定，结果测量误差较大，最后，我们做了一只小容器，容器内注满从油箱取来的润滑油，按照说明书要求，把液位计放进容器内，模拟油箱油位标定零位和满度后问题解决。
 

　　4. 结束语

　　通过以上对液位计的投用分析、解决问题的方法，证明所做的分析和解决问题的方法是正确的，对以后的工作起到了一定的借鉴做用，使今后的工作少走弯路。