導波雷達變送器在凝汽器水位測量中應用

摘要:針對差壓變送器測量凝汽器水位存在的缺點(diǎn)進(jìn)行原因分析，提出采用了導波雷達液位變送器的改進(jìn)措施解決了長(cháng)期以來(lái)差壓變送器測量凝汽器水位波動(dòng)大的問(wèn)題。
0引言
　　凝汽器熱井的作用是聚集凝結水，以保證凝結水泵的正常運行。熱井儲存-定量的凝結水，保證甩負荷時(shí)凝結水泵不會(huì )馬上斷水。一般熱井的水位應保持在水井的1/3--2/3之間。凝汽器水位過(guò)高,則會(huì )淹沒(méi)部分凝汽器管束,汽輪機排汽凝結的空間減小,換熱空間減小,會(huì )使排汽溫度升高,真空下降,機組的經(jīng)濟性下降。如果水位過(guò)低,凝結水泵耗電較少，但容易使水泵產(chǎn)生汽化,對葉輪損壞嚴重,運行時(shí)會(huì )使水泵產(chǎn)生一定的振動(dòng)及出口壓力擺動(dòng)現象。無(wú)論發(fā)生.上述哪種異常工況都會(huì )直接影響到機組的安全性和經(jīng)濟性。因此,通常采用調節化學(xué)補給水調節閥開(kāi)度的方式來(lái)控制凝汽器水位，當水位上升時(shí)，關(guān)小補水調門(mén);反之則開(kāi)大調門(mén)補水。所以,凝汽器水位測量信號作為被調量，務(wù)必正確地引入凝汽器水位自動(dòng)調節系統，以保證自動(dòng)調節系統正確、快速地進(jìn)行調節,維持凝汽器水位在允許工作范圍內"?？梢?jiàn)，凝汽器水位信號測量不正確會(huì )嚴重影響機組的安全運行。
1.存在的問(wèn)題
　　梅縣電廠(chǎng)#5、#6機超高壓、中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、沖動(dòng)凝汽式機組，與WX21Z--073LLT型空冷發(fā)電機及SG-440/13.7-M566循環(huán)流化床鍋爐配套梅縣電廠(chǎng)凝汽器水位測量采用的是就地翻板式水位計以及遠傳水位計。遠傳水位計采用的是差壓變送器,通過(guò)測量液柱重量的方式反映液位。整套裝置包括取樣一次閥.平衡容器、引壓管、平衡閥、排污閥和差壓變送器。由于取樣系統復雜,容易發(fā)生泄漏或堵塞現象,因此,用測微差壓的方式間接反映水位很不可靠。歸納起來(lái)，差壓式水位測量有以下缺點(diǎn):
(1)取樣系統復雜,連接管路長(cháng),閥門(mén)較多,系統易堵塞或泄漏;
(2)任何輕微泄漏,都將嚴重影響水位測量,對于真空系統,輕微的泄漏往往不易被察覺(jué);
(3)調試投用麻煩,須在引壓管中注滿(mǎn)水或等水蒸氣凝結充滿(mǎn)引壓管后才能投用變送器，運行人員須有專(zhuān)人不時(shí)到就地監視翻板式水位計水位;
(4)由于取樣系統復雜會(huì )導致測量的綜合誤差大。查閱從2005一2008年梅縣電廠(chǎng)5號機和6號機有關(guān)凝汽器水位的設備臺帳,發(fā)現出現的缺陷一共有15次，現象表現為DCS.上顯示的水位與就地翻板式水位計偏差大,且DCS.上凝汽器水位波動(dòng)大,導致凝汽器水位自動(dòng)調節不能投運，運行人員需要不時(shí)地到就地查看凝汽器水位。其原因有兩種:一是變送器正壓管沒(méi)有凝結滿(mǎn)水,二是變送器、平衡閥、一次閥接頭處連接不牢固。其中5號機有一次檢查了三天時(shí)間，最后才發(fā)現是由變送器汽側一次門(mén)盤(pán)根較松不夠緊固引起的。
2原因分析
　　凝汽器水位變送器的安裝設計以凝汽器底部水側取樣管為負壓側,以汽側取樣管為正壓側,如圖1所示。使用這種方法測量,在變送器運行初期,由于正壓側沒(méi)有凝滿(mǎn)水，變送器兩端差壓不能反映凝汽器水位的變化;在變送器正壓側凝滿(mǎn)水后,只要正壓側沒(méi)有泄漏點(diǎn)，就能保證變送器差壓信號能正確反映凝汽器水位的變化。所以,使用這種測量方法存在以下弊端:首先在于每次變送器檢修后都有一段時(shí)間不能正常使用;其次，由于凝汽器內為真空,如果正壓側有泄漏很難被發(fā)現，會(huì )導致變送器正壓側總是不能凝滿(mǎn)水，從而嚴重影響凝汽器水位測量的正確性。

　　為了在變送器運行初期所測差壓能夠正確反映水位的變化，后來(lái)我們在變送器的正壓側加裝了-個(gè)注水口(如圖2所示),水源取自凝結泵母管出口,目的是在凝汽器建立真空前,往變送器的正壓側注滿(mǎn)水,然后關(guān)閉注水閥。這樣如果注水閥不內漏且凝汽器的正壓管路.上沒(méi)有其它泄漏點(diǎn)，凝汽器建立真空后，正壓側的水不會(huì )因真空而被吸回凝汽器內部，解決了在差壓變送器投運初期正壓側不能凝滿(mǎn)水的問(wèn)題。但因為增加了注水口，同時(shí)也增加了泄漏點(diǎn)存在的可能，看似能解決在變送器投運初期正壓側不能凝滿(mǎn)水的問(wèn)題，但同時(shí)增加了正壓側泄漏的可能性,通過(guò)實(shí)際應用發(fā)現,還是不能避免凝汽器水位差壓變送器正壓側泄漏的問(wèn)題。
3解決方法
3.1設備選型
　　為解決差壓水位變送器在使用中出現的水位測量失準難以克服的問(wèn)題，通過(guò)咨詢(xún)專(zhuān)業(yè)人員和討論比較，決定采用羅斯蒙特3300系列導波雷達液位變送器對凝汽器水位測量方式進(jìn)行改造。

　　導波雷達液位變送器的設計基于時(shí)域反射原理。它主要由發(fā)射和接收裝置、信號處理器、天線(xiàn)、操作面板、顯示、故障報警等幾部分組成。高頻微波脈沖接入到電纜或導桿式探頭中以光速沿其傳播，由于待測介質(zhì)的介電常數大于空氣的介電常數(約為1),脈沖波在待測介質(zhì)表面發(fā)生反射,回波信號被電子微處理器接收,進(jìn)行分析并借助軟件將其轉換為以4~20mA的模擬量表示的實(shí)時(shí)液位信息。
即:h=H-?t/2
式中h為料位;H為槽高;0為雷達波速度;l為雷達波接收的時(shí)間間隔。
　　介質(zhì)的介電常數越高,反射越顯著(zhù)。沿導體傳的微波以光的速度在介質(zhì)中傳輸,因此,與超聲波相比,發(fā)射或反射波能量無(wú)任何衰減，比其它聲波、電磁波強得多,泡沫、粉末、蒸汽等外界干擾對其測量無(wú)影響,同時(shí)也不受容器形狀的影響,介電常數偏離也不會(huì )影響物位測量。
　　其優(yōu)點(diǎn)包括:(1)安裝簡(jiǎn)單,無(wú)活動(dòng)部件;(2)系統簡(jiǎn)單,僅需-次閥和平衡容器;(3)調試投用方便，裝好后可無(wú)條件投入;(4)測量精度高,精度≤+0.1%測量值;(5)重復性好,+1mm;(6)免維護;(7)智能化高,帶HART協(xié)議,通過(guò)PC軟件或HART手操器進(jìn)行調試;(8)測量不受真空影響;(9)測量不受蒸汽和泡沫的影響;(10)測量不受環(huán)境溫度和壓力變化的影響。
3.2安裝調試
　　導波雷達液位計既然在真空狀態(tài)下也可進(jìn)行測量,所以將其應用于凝汽器水位的測量是可行的。安裝示意如圖3所示。利用機組停運機會(huì ),關(guān)閉凝汽器水位變送器正負壓側--次閥，鋸掉原有的取樣管,拆除原來(lái)的差壓變送器。從正負壓側一-次閥后直接與對應的導波雷達變送器筒體的旁通管焊接，雷達液位計通過(guò)法蘭、墊圈等與旁通管緊密連接,位于旁通管底部的排污門(mén)可排出水中的雜質(zhì)、沉積物等，保證天線(xiàn)的正常工作。安裝完成后,用HART375通訊器與變送器連接，可以輕松地設置好凝汽器水位零位、量程及對應4-20mA輸出，其他參數出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)設置好,不用再設置。

在安裝時(shí)應注意以下幾點(diǎn):
(1)雷達液位計天線(xiàn)的軸線(xiàn)必須與液位反射表面垂直,保證液面將電磁脈沖波反射回天線(xiàn);
(2)雷達液位計的安裝位置距罐壁距離應大于300mm,探頭的末端固定到罐底，或使其居中,以免將罐壁上的虛假信號誤作為回波信號;
(3)安裝完畢以后,可用PC軟件觀(guān)察反射波曲線(xiàn)圖，判斷液位計安裝是否恰當，降低干擾波的強度,有效去除干擾波的影響。
3.3日常維護
　　導波雷達液位計采用一體化設計,無(wú)可動(dòng)部件,不易泄漏，因而維護量少。通常只在機組檢修后再次啟動(dòng)時(shí),由于測量管路中可能會(huì )有雜質(zhì)、污物,需打開(kāi)排污門(mén)排出雜質(zhì)即可。導波雷達液位計基于電磁脈沖波沿著(zhù)天線(xiàn)傳輸的時(shí)域反射原理,電磁脈沖波以光速發(fā)射,從介質(zhì)表面被反射并返回到信號轉換器,因為光速是一-常數,并且與罐內氣體成分無(wú)關(guān),因此無(wú)需標定。
在日常維護中，可以用PC機遠程觀(guān)察反射波曲線(xiàn)圖,對于其后可能新產(chǎn)生的干擾波,可以利用液位計識別虛假波的功能，除去這些干擾反射波的影響,保證測量的正確性。
4結束語(yǔ)
　　從近兩年的應用情況來(lái)看，利用導波雷達液位計來(lái)測量凝汽器水位相當正確穩定,沒(méi)有再出現過(guò)水位波動(dòng)大的缺陷，較好地解決了原來(lái)存在的問(wèn)題。雖然導波雷達變送器比較貴，是差壓變送器的四倍左右,但從系統設備運行穩定性、可靠性、日常維護量以及凝汽器水位自動(dòng)調節的投入等方面考慮,采用導波雷達變送器還是值得的。