平衡容器工作原理分析.pdf
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1、平衡容器的工作原理 3. 双室平衡容器的工作原理 3.1. 简介 双室平衡容器是一种结构巧妙, 具有一定自我补偿能力的汽包水位测量装置。它 的主要结构如图 1 所示。 在基准杯的上方有一个圆环形漏斗结构将整个双室平衡 容器分隔成上下两个部分, 为了区别于单室平衡容器, 故称为双室平衡容器。 为 便于介绍,这里结合各主要部分的功能特点,将它们分别命名为凝汽室、 基准杯、 溢流室和连通器,另外文中把双室平衡容器汽包水位测量装置简称为容器。 3.2. 凝汽室 理想状态下, 来自汽包的饱和水蒸汽经过这里时释放掉汽化潜热,形成饱和的凝 结水供给基准杯及后续环节使用。 3.3. 基准杯 它的作用是收集来自
2、凝汽室的凝结水,并将凝结水产生的压力导出容器,传向差 压测量仪表差压变送器 (后文简称变送器) 的正压侧。 基准杯的容积是有限 的,当凝结水充满后则溢出流向溢流室。由于基准杯的杯口高度是固定的,故而 称为基准杯。 3.4. 溢流室 溢流室占据了容器的大部分空间,它的主要功能是收集基准杯溢出的凝结水,并 将凝结水排入锅炉下降管, 在流动过程中为整个容器进行加热和蓄热,确保与汽 包中的温度达到一致。 正常情况下, 由于锅炉下降管中流体的动力作用,溢流室 中基本上没有积水或少量的积水。 3.5. 连通器 倒 T 字形连通器, 其水平部分一端接入汽包, 另一端接入变送器的负压侧。毋庸 置疑,它的主要作
3、用是将汽包中动态的水位产生的压力传递给变送器的负压侧, 与正压侧的(基准)压力比较以得知汽包中的水位。它之所以被做成倒T 字形, 是因为可以保证连通器中的介质具有一定的流动性,防止其延伸到汽包之间的管 线冬季发生冻结。 连通器内部介质的温度与汽包中的温度很可能不一致,致使其 中的液位与汽包中不同, 但是由于流体的自平衡作用, 对使汽包水位测量没有任 何影响。 3.6. 差压的 计算 通过前面的介绍可以知道, 凝汽室、基准杯及其底部位于容器内部的导压管中的 介质温度与汽包中的介质温度是相等的,即w=w,s=s。故而不难得到 容器所输出的差压。本文以东方锅炉厂DG670-13.73-8A 型锅炉所
4、采用的测量范 围为300mm 双室平衡容器为例加以介绍(如图1 所示)。 通过图 1 可知,容器正压侧输出的压力等于基准杯口所在水平面以上总的静压 力,加上基准杯口至 L 形导压管的水平轴线之间这段垂直区间的凝结水压力,再 加上 L 形导压管的水平轴线至连通器水平轴线之间,位于容器的外部的这段垂直 管段中的介质产生的压力。 显而易见, 其中的最后部分压力, 由于其中的介质为 静止的且距容器较远,因此其中的介质密度应为环境温度下的密度。因此 P+= PJ +320 w+(580320) c 式中 P+ 容器正压侧输出的压力 w 容器中的介质密度( w= w) c 环境温度下水的密度 PJ 基准杯
5、口以上总的静压力 负压侧的压力等于基准杯口所在水平面以上总的静压力,加上基准杯口水平面至 汽包中汽水分界面之间的饱和水蒸汽产生的压力,再加上汽包中汽水分界面至连 通器水平轴线之间饱和水产生的压力,即 P= PJ+(580hw) s + hw w 式中 P 容器负压侧输出的压力 hw 汽水分界线至连通器水平管中心线之间的垂直高度 s 汽包中饱和水蒸汽的密度 因此差压 P=P +P=320 w+260 c(580hw) shw w 即P=260 c + 320 w580 s( w s)hw(1) 这里有一点需要说明, (1) 式中环境温度下水的密度 c,通常情况下它会随 着季节的变化而变化, 它的
6、变化将会影响汽包水位测量的准确性。就本例中的容 器而言,当环境温度由25升高到 50时,由于密度的变化对于差压产生的影 响为 2.3mm水柱,经过补偿系统补偿后对最终得到的汽包水位的影响将为 +2.35.5mm之间。通常情况下这样的误差是可以忽略的,也就是说可以认为这 里的温度是恒定的。 但是为了尽量减小误差, 必须恰当地确定这里的温度。确定 温度可以遵循这样一条原则,就高不就低,视当地气候及冬季伴热等因素确定。 比如此处的环境温度一年当中通常在050之间变化, 平均温度为 25,则可 以令这里的温度为35。这是因为水的密度随着温度升高它的变化梯度越来越 大,确定的温度高些, 将会使环境温度变
7、化对整个系统的影响更小。就本例中的 容器而言,当温度从 0升高到 25时,温度的变化对测量系统的最终结果影响 只有 1mm 左右,而环境温度从25升高到 50所带来的影响却为 +2.35.5mm 之间。故而,确定温度应就高不就低。 4. 双室平衡容器的工作特性 容器的工作特性对于汽包水位测量和补偿系统来说非常重要,了解这种特性利于 用户的应用和掌握应用中的技巧。查饱和水与饱和水蒸汽密度表可以获得各 种压力下饱和水与饱和水蒸汽的密度。把0、50、100mm 等汽包水位分别代 入(1)式,可得到容器输出的一系列差压,见下表1双室平衡容器固有补偿 特性参照表。通过表1 可以得知双室平衡容器的工作特性
8、。 从表 1 中可以看到, 各水位所对应的由容器所输出的差压随着压力的变化(相关 饱和汽、水密度)各自发生着不同的变化。这里首先注意0 水位所对应的差压, 它的变化 规律较其它水位有明显不同, 只在一个较小的范围内波动。 由于该容器 的设计压力为 13.73MPa ,因此 14.5MPa以下它的波动范围更小, 仅在5mm 水柱 以内。也就是说当汽包中的水位为0 水位时,无论压力如何变化, 即使在没有补 偿系统的情况下,对0 水位测量影响都极小或者基本没有影响。关于其它水位, 则当汽包水位越接近于0 水位, 其对应的差压受压力的变化影响越小, 反之则大。 因此,双室平衡容器是一种具有一定的自我补
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