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导波雷达变送器在凝汽器水位测量中的应用,图

作者:江苏创辉自动化仪表有限公司
凝汽器热井的作用是聚集凝结水,以保证凝结水泵的正常运行。热井储存一定量的凝结水,保证甩负荷时凝结水泵不会马上断水。一般热井的水位应保持在水井的13-2/3之间。凝汽器水位过高,则会淹没部分凝汽器管束,汽轮机排汽凝结的空间减小换热空间减小,会使排汽温度升高,真空下降,机组的经济性下降。如果水位过低,凝结水泵耗电较少但容易使水泵产生汽化,对叶轮损坏严重,运行时会使水泵产生一定的振动及出口压力摆动现象。无论发生上述哪种异常工况都会直接影响到机组的安全性和经济性。因此,通常采用调节化学补给水调节阀开度的方式来控制凝汽器水位,当水位上升时,关小补水调门;反之则开大调门补水。所以,凝汽器水位测量信号作为被调量,务必准确地引人凝汽器水位自动调节系统,以保证自动调节系统正确、快速地进行调节,维持凝汽器水位在允许工作范围内可。可见,凝汽器水位信号测量不准确会严重影响机组的安全运行。

1、存在的问题某电厂#5、#机超高压、中间再热、双缸双排汽、单轴冲动凝汽式机组,与WX21Z073LLT型空冷发电机及SC440137-M566循环流化床锅炉配套。某电厂凝汽器水位测量采用的是就地翻板式水位计以及远传水位计。远传水位计采用的是差压变送器,通过测量液柱重量的方式反映液位。整套装置包括取样一次阀、平衡容器、引压管、平衡阀、排污阀和差压变送器。由于取样系统复杂,容易发生泄漏或堵塞现象,因此,用测微差压的方式间接反映水位很不可靠。归纳起来,差压式水位测量有以下缺点:
(1)取样系统复杂,连接管路长,阀门较多,系统易堵塞或泄漏;
(2)任何轻微泄漏,都将严重影响水位测量,对于真空系统,轻微的泄漏往往不易被察觉;
(3)调试投用麻烦,须在引压管中注满水或等水蒸气凝结充满引压管后才能投用变送器,运行人员须有专人不时到就地监视翻板式水位计水位;
(4)由于取样系统复杂会导致测量的综合误差大。
查阅从2005-2008年电厂5号机和6号机有关凝汽器水位的设备台帐,发现出现的缺陷一共有15次现象表现为DCS上显示的水位与就地翻板式水位计偏差大,且DCS上凝汽器水位波动大,导致凝汽器水位自动调节不能投运,运行人员需要不时地到就地查看凝汽器水位。其原因有两种:一是变送器正压管没有凝结满水,二是变送器、平衡阀、一次阀接头处连接不牢固。其中5号机有一次检查了天时间,ZUI后才发现是由变送器汽侧一次门盘根较松、不够紧固引起的。
 
2、原因分析
凝汽器水位变送器的安装设计以凝汽器底部水侧取样管为负压侧,以汽侧取样管为正压侧,如图1所示。使用这种方法测量,在变送器运行初期,由于正压侧没有凝满水,变送器两端差压不能反映凝汽器水位的变化;在变送器正压侧凝满水后,只要正压侧没有泄漏点,就能保证变送器差压信号能正确反映凝汽器水位的变化。

所以使用这种测量方法存在以下弊端:首先在于每次变送器检修后都有一段时间不能正常使用;其次,由于凝汽器内为真空,如果正压侧有泄漏很难被发现,会导致变送器正压侧总是不能凝满水,从而严重影响凝汽器水位测量的正确性。为了在变送器运行初期所测差压能够正确反映水位的变化,后来我们在变送器的正压侧加装了个注水口四如图2所示),水源取自凝结泵母管出口,目的是在凝汽器建立真空前,往变送器的正压侧注满水,然后关闭注水阀。这样如果注水阀不内漏且凝汽器的正压管路上没有其它泄漏点,凝汽器建立真空后,正压侧的水不会因真空而被吸回凝汽器内部,解决了在差压变送器投运初期正压侧不能凝满水的问题。但因为增加了注水口,同时也增加了泄漏点存在的可能,看似能解决在变送器投运初期正压侧不能凝满水的问题,但同时增加了正压侧泄漏的可能性,通过实际应用发现还是不能避免凝汽器水位差压变送器正压侧泄漏的问题。
 
3、解决方法
3.1设备选型
为解决差压水位变送器在使用中出现的水位测量失准难以克服的问题,通过咨询专业人员和讨论比较,决定采用罗斯蒙特3300系列导波雷达液位变送器对凝汽器水位测量方式进行改造。导波雷达液位变送器的设计基于时域反射原理。它主要由发射和接收装置信号处理器、天线操作面板、显示、故障报警等几部分组成。高频微波脉冲接入到电缆或导杆式探头中以光速沿其传播,由于待测介质的介电常数大于空气的介电常数(约为1),脉冲波在待测介质表面发生反射,回波信号被电子微处理器接收,进行分析并借助软件将其转换为以4~20mA的模拟量表示的实时液位信息。
即:h=H-t2
式中h为料位;H为槽高;为雷达波速度;t为雷达波接收的时间间隔。介质的介电常数越高,反射越显著。沿导体传输的微波以光的速度在介质中传输因此,与超声波相比,发射或反射波能量无任何衰减,比其它声波、电磁波强得多泡沫、粉末、蒸汽等外界干扰对其测量无影响,同时也不受容器形状的影响介电常数偏离也不会影响物位测量。其优点包括:(1)安装简单,无活动部件;(2)系统简单只需一次阀和平衡容器;(3)调试投用方便装好后可无条件投入;(4)测量精度高精度≤±0.1%测量值;(5)重复性好,±1mm;(6)免维护;(7)智能化高,带HART协议,通过PC软件或HART手操器进行调试;(8)测量不受真空影响;(9)测量不受蒸汽和泡沫的影响;(10)测量不受环境温度和压力变化的影响。
3.2安装调试
导波雷达液位计既然在真空状态下也可进行测量,所以将其应用于凝汽器水位的测量是可行的安装示意如图3所示。利用机组停运机会,关闭凝汽器水位变送器正负压侧一次阀锯掉原有的取样管,拆除原来的差压变送器。从正负压侧一次阀后直接与对应的导波雷达变送器筒体的旁通管焊接,雷达液位计通过法兰垫圈等与旁通管紧密连接,位于旁通管底部的排污门可排出水中的杂质沉积物等,保证天线的正常工作。安装完成后,用HART375通讯器与变送器连接,可以轻松地设置好凝汽器水位零位、量程及对应4-20mA输出,其他参数出厂时已经设置好,不用再设置。在安装时应注意以下几点
(1)雷达液位计天线的轴线必须与液位反射表面垂直保证液面将电磁脉冲波反射回天线;
(2)雷达液位计的安装位置距罐壁距离应大于300mm,探头的末端固定到罐底,或使其居中,以免将罐壁上的虚假信号误作为回波信号;
(3)安装完毕以后,可用PC软件观察反射波曲线图,判断液位计安装是否恰当,降低干扰波的强度,有效去除干扰波的影响。
3.3日常维护
导波雷达液位计采用一体化设计,无可动部件,不易泄漏,因而维护量少。通常只在机组检修后再次启动时,由于测量管路中可能会有杂质、污物,需打开排污门排出杂质即可。导波雷达液位计基于电磁脉冲波沿着天线传输的时域反射原理,电磁脉冲波以光速发射,从介质表面被反射并返回到信号转换器,因为光速是一常数并且与罐内气体成分无关,因此无需标定。在日常维护中,可以用PC机远程观察反射波曲线图,对于其后可能新产生的干扰波,可以利用液位计识别虚假波的功能,除去这些干扰反射波的影响,保证测量的准确性。
 
4、结束语
从应用情况来看,利用导波雷达液位计来测量凝汽器水位相当准确、稳定,没有再出现过水位波动大的缺陷,较好地解决了原来存在的问题。虽然导波雷达变送器比较贵,是差压变送器的四倍左右,但从系统设备运行稳定性、可靠性、日常维护量以及凝汽器水位自动调节的投入等方面考虑,采用导波雷达变送器还是值得的。
 
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