双室平衡容器的工作原理.pdf
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1、_ 精品资料 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 _ 精品资料 它的作用是收集来自凝汽室
2、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 的主要作用是将汽包中动态的水位产生的
3、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型锅炉所采用的测量范围为300mm 双室平衡容器
4、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 _ 精品资料 P = PJ 320 w (580 320) 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基准杯口以上总的静压力 负压侧的压力等于基准杯
5、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 (580 hw) shw 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 (580 hw) 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
6、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 _ 精品资料 高些,将会使环境温度变化对整个系统的影响更小。就本例中的容器而言,
7、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2.3 5.5mm 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。 从表 1 中可以看到,各水位所对应的由容器所
8、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 _ 精品资料 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偿能力的汽包水位测量装置。它的这种能力主 要体现在
9、,当汽包中的水位越接近于0 水位,其输出的差压受压力变化的影响越小,即对 汽包水位测量的影响越小。毫无疑问, 容器特性由于容器的自身结构决定的,故又称为固有 补偿特性。表1 中,0MPa 对应两行差压值,其原因后文将会提到。之所以双室平衡容器会 有这种特性其实质,是由于双室平衡容器在设计制造时采取了特殊的结构,这种结构最大限 度地削弱了汽水密度变化对常规运行水位差压的影响。但是尽管如此, 它并不能完全满足生 产的需要,仍然需要继续补偿。 5.补偿系统 5.1.基础知识与基本概念 从容器的特性中可以看到,双室平衡容器不能完全满足生产的需要。究其原因, 是由于介质 密度的变化所造成的。因此, 必须
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- 平衡 容器 工作 原理
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