汽包液位的密度补偿

如何准确地测量和报告汽包中的液位?这种测量方法有几个挑战:

• 流体处于高温高压下。
• 任何比蒸汽冷且含有空气(或任何其他气体)的管子都会收集冷凝的蒸汽。
• 汽鼓里的蒸汽密度很大，重量是不可忽略的。
• 鼓中的水的密度明显小于室温下的水。

湿腿水位测量

这些问题的标准解决方案是使用“湿腿”液位测量，其中从滚筒到液位变送器的两个管道都充满了水(本文中的“水”指的是液态水)。与“干腿”液位测量不同——从容器顶部到变送器的管道充满了空气或其他气体——“湿腿”测量意味着DP(差压)变送器上的高压端口应连接到鼓的顶部，低压端口连接到鼓的底部。

测量是从上向下的-如果容器装满了冷水，直到顶部水龙头，DP单元的端口将有相同的水头以上，因此DP将为零。下降的液位将提高测量的DP -低龙头上的压力将相对于仍然充满液体的高龙头上的压力下降。

一个宽的管道(直径可能是1英寸或更大)应该连接蒸汽鼓的顶部龙头到冷凝锅。该管道将允许蒸汽流向锅，在那里它凝结成水，因为锅的暴露表面辐射热量。这些水保持管道向下运行到DP单元，任何多余的流回管道到鼓。虽然一旦鼓里的水沸腾了，湿腿自然就会充满水，但最好先把管子装满水，这样在水沸腾之前就可以测量水位了。否则它会读起来非常消极!

提示:

不要对冷凝罐进行绝缘处理!绝缘冷凝罐不凝结!如果水煮出来湿了腿，水平仪就可以扔远了!

除了管道到锅，它应该稍微倾斜到锅，使用水平管道运行应避免。如果可能的话，管子应该向下进入发射机，而不是弯曲在发射机下面。这将使气泡上升到鼓，而不是聚集在应该有水的地方。

变送器可以在零DP(鼓满)或最大DP(鼓空)时缩放4 mA。但是CCS(燃烧控制系统)应该调整原始输入，使其在设计操作水平上有冷水时读数为零。低于该操作水平的水平应为负值，高于该操作水平的水平应为负值。

这里的例子是主蒸汽鼓，但这些方法也适用于除氧器储存和其他类似的容器。这种湿腿方案解决了高温(变送器的液体处于环境温度)和管道冷凝的问题。然而，变送器必须能够承受比鼓中可能存在的更高的压力。

为什么要补偿密度?

当桶中含有冷水时，湿腿方案将非常有效。然而，随着水的加热和压力的上升，水的密度下降，蒸汽的密度上升。同时，湿腿内的水温度保持在锅炉房的环境温度。水在1310 PSIG沸点为580°F，密度仅为100°F水的73%。饱和(非过热)蒸汽在1310 PSIG是100°F水密度的5%。

例如，如果一个鼓装满了580°F的水，直到顶部水龙头比底部水龙头高50”，它将记录超过13”的DP，而不是0”DP，如果密度相同的话。如果水处于下龙头上方18英寸的运行水位，低压龙头上的水重量仅为13.2英寸，而在低压龙头上方32英寸的蒸汽重量将增加1.6英寸，在下龙头上方总共14.8英寸，相对于实际运行水位读数为-3.2英寸。

现代CCS可以补偿这种密度误差，但这种补偿背后的数学计算非常复杂:

如何补偿密度的差异

下面是“真”(补偿)水平的公式，基于以下参数:

• Lt:真实等级
• Lr: DP单元的原始水平
• Lb:底部轻触的水平(在本例中，常量设置为-18)
• Lc:冷凝罐/顶部水龙头的液位(在本例中，常数设置为+32)
• Ds:当前条件下的蒸汽密度，根据汽包压力从蒸汽表中查找
• Dw:在当前条件下，根据汽包压力从蒸汽表中得到的汽包中液态水的密度
• 博士:环境温度下湿腿中液态水的参考密度(在本例中，恒定设置为61.96磅/立方英尺)

我们知道如何根据真实的电平来计算来自发射器的原始电平:

但我们想知道基于原始水平的真实水平，为Lt解决这个问题:

请注意，在最后有一个潜在的零误差除法。这在物理上是有道理的，因为在超临界压力和温度(3189 PSIG和705°F)以上，鼓中的超临界流体将没有一个表面水平来测量。

与Eye-Hye测量的区别

水桶水位通常也由Eye-Hye测量，这是一种类似于视镜的装置，带有继电器，可以指示每个点(间隔一两英寸)是否有水。由于Eye-Hye筒内的水的温度比桶内的水低，密度也大，因此在高温下，Eye-Hye筒内的水会比桶内的水低几英寸。运营商应该接受培训，了解这种差异，并理解为什么CCS报告的补偿水平更准确。如果有必要，CCS还可以对真实水平进行去补偿，以报告预期的Eye-Hye水平。

总结

装有水和饱和蒸汽的容器的水位最好由一个DP单元测量，湿腿运行到两个端口。当容器满时，DP将接近于零，并随着等级的下降而增加。对于任何需要在一定工作压力范围内进行精确液位测量的容器，都应对其密度进行液位补偿。如果你有任何问题或意见，我很乐意听到!

克里斯·哈迪是佐治亚理工学院的电气工程师跨公司集成系统集团自1994年以来，Chris拥有锅炉、替代能源、水/废水、化工、制药、安全、纺织和汽车的过程控制经验。Chris还编程控制器/HMIs和编写自定义的windows应用程序，用于通信、数据收集、显示、趋势和报告。

跨公司集成系统集团是一个相2015年3月5日成员

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