本發(fā)明涉及鍋爐汽包水位檢測(cè)裝置，特別涉及一種智能補(bǔ)償內(nèi)置式汽包液位測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

汽包水位是電廠鍋爐運(yùn)行一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)，它直接影響鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。汽包水位過(guò)高，蒸汽空間縮小將引起蒸汽帶水，會(huì)降低蒸汽品質(zhì)；汽包水位過(guò)低，會(huì)破壞鍋爐水循環(huán)，造成水冷壁爆破或損壞汽包。用于汽包水位測(cè)量的方法常見(jiàn)的有云母水位計(jì)、電接點(diǎn)水位計(jì)和差壓水位計(jì)，但由于受檢測(cè)原理的限制，用于生產(chǎn)控制的主要采用差壓水位計(jì)。差壓水位計(jì)所用的一次元件有單室平衡容器、雙室平衡容器和內(nèi)置式平衡容器，在這三種平衡容器中，只有內(nèi)置平衡容器能完全克服環(huán)境溫度的影響，所以內(nèi)置式平衡容器測(cè)量汽包水位更具有先進(jìn)性。

由于內(nèi)置式平衡容器的設(shè)計(jì)是把平衡容器置于汽包內(nèi)部，為了保證測(cè)量所需液位，這就需要通過(guò)冷凝罐進(jìn)行不斷的補(bǔ)充液位。但回流液過(guò)快會(huì)對(duì)基準(zhǔn)杯內(nèi)液位形成沖擊，影響測(cè)量精度。同時(shí)，負(fù)壓側(cè)的取壓會(huì)受到汽包液面狀況、旋風(fēng)分離器和下降管的影響。所以要平穩(wěn)準(zhǔn)確的測(cè)量汽包內(nèi)的液位，還需克服上述問(wèn)題。

同時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中，汽包內(nèi)工況會(huì)發(fā)生改變，會(huì)導(dǎo)致汽包內(nèi)飽和水和飽和蒸汽密度的改變，并且差壓原理測(cè)量液位受密度的影響，所以需要對(duì)液位進(jìn)行修正，才能得到真實(shí)的液位值。同時(shí)，由于工況的突變，往往會(huì)造成汽包內(nèi)壓力、溫度和差壓的干擾性波動(dòng)，然而，這種干擾性波動(dòng)往往引起汽包水位控制品質(zhì)變差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，是提供一種智能補(bǔ)償內(nèi)置式汽包液位測(cè)量裝置，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的內(nèi)置平衡容器，正壓側(cè)基準(zhǔn)杯增加了緩沖板可以緩沖回流液的沖擊，負(fù)壓側(cè)增加了阻尼器可以減小汽包液面、旋風(fēng)分離器和下降管的影響，使測(cè)量的汽包水位平穩(wěn)準(zhǔn)確。通過(guò)對(duì)飽和水密度和飽和蒸汽密度進(jìn)行線性回歸，擬合成關(guān)于壓力或溫度的密度函數(shù)，用于滿足汽包各種工況的補(bǔ)償計(jì)算，同時(shí)對(duì)采集的溫度、壓力和差壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，可以減小汽包測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)。

本發(fā)明采用的具體方案如下：

一種智能補(bǔ)償內(nèi)置式汽包液位測(cè)量裝置，包括內(nèi)置平衡容器、冷凝器、負(fù)壓彎頭取壓器、差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、i/0卡件和plc或dcs平臺(tái)。內(nèi)置平衡容器，包括基準(zhǔn)杯、冷凝回水管、正壓取壓管和負(fù)壓阻尼器。

基準(zhǔn)杯和負(fù)壓阻尼器設(shè)置在鍋爐內(nèi)，基準(zhǔn)杯位于液面上方，負(fù)壓阻尼器位于液體內(nèi)?；鶞?zhǔn)杯上端汽液進(jìn)出口通過(guò)冷凝回水管與冷凝器的汽液進(jìn)出口連接?；鶞?zhǔn)杯的正壓輸出口與正壓取壓管的上端連接，正壓取壓管的下端與負(fù)壓阻尼器的內(nèi)管的一端連接，負(fù)壓阻尼器內(nèi)管的另一端與壓力彎頭取壓器連接。壓力彎頭取壓器與差壓變送器連接。壓力變送器和溫度變送器設(shè)置在鍋爐上設(shè)定的位置。差壓變送器、壓力變送器和溫度變送器分別通過(guò)導(dǎo)線與i/0卡件的對(duì)應(yīng)接口連接(見(jiàn)附圖2)。i/0卡件通過(guò)導(dǎo)線與plc或dcs對(duì)應(yīng)接口連接。

上述基準(zhǔn)杯內(nèi)與水平傾斜設(shè)置有緩沖板，緩沖板與水平線夾角為28-32°。

上述負(fù)壓阻尼器由外管和內(nèi)管構(gòu)成，外管的管壁上開(kāi)設(shè)有多個(gè)外管孔，外管的兩端分別由前密封板和后密封板密封。前密封板上有前內(nèi)管插孔，后密封板上有后內(nèi)管插孔，內(nèi)管依次穿過(guò)前密封板上的前內(nèi)管插孔和后密封板上的后內(nèi)管插孔，且內(nèi)管與前密封板和后密封板密封連接。內(nèi)管位于外管內(nèi)的部分上的管壁上開(kāi)設(shè)有多個(gè)內(nèi)管孔。外管上的多個(gè)外管孔與內(nèi)管上的多個(gè)內(nèi)管孔分別錯(cuò)開(kāi)布設(shè)。

本發(fā)明由差壓變送器、壓力變送器和溫度變送器采集信號(hào)，通過(guò)導(dǎo)線與i/o卡件連接，最后送到dcs或plc平臺(tái)，在dcs或plc平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)水位補(bǔ)償系統(tǒng)的計(jì)算。計(jì)算方法如下：

1、水位計(jì)算

內(nèi)置平衡容器測(cè)量液位采用差壓原理，在鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，內(nèi)置平衡容器里水的密度為汽包內(nèi)水的密度，則差壓與水位的關(guān)系有如下公式：

δp＝p⁺-p^-＝ρ水gl-[ρ汽g(l-h)+ρ水gh]＝(ρ水-ρ汽)(l-h)g(1)

進(jìn)一步地

式中，δp為差壓；g＝9.8n/kg；l為汽包水位工程范圍；h為實(shí)時(shí)水位高度ρ水飽和水密度；ρ汽飽和蒸汽密度。

差壓變送器標(biāo)定量程：

0—(ρ水-ρ汽)lg(3)

dcs顯示液位量程：

-l/2～l/2(4)

2、回歸計(jì)算

在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，由于生產(chǎn)工況的改變，汽包內(nèi)的溫度和壓力也會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)飽和水和飽和蒸汽的密度也會(huì)發(fā)生改變，如果想得到真實(shí)的液位值，則需要對(duì)已標(biāo)定的液位進(jìn)行修正，才能得到真實(shí)的液位值。

假設(shè)是壓力為p^s、溫度為t^s時(shí)的密度，該密度是差壓變送器量程的標(biāo)定值，那么當(dāng)汽包內(nèi)溫度、壓力發(fā)生變化時(shí)，需要重新計(jì)算飽和水密度和飽和蒸汽密度。通過(guò)對(duì)《水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表手冊(cè)》中飽和水密度與壓力的數(shù)據(jù)、飽和水密度與溫度的數(shù)據(jù)、飽和蒸汽密度與壓力的數(shù)據(jù)和飽和蒸汽密度與溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段線性回歸，得到密度和壓力之間的關(guān)系式，密度和溫度之間的關(guān)系式。

p(x)＝p1xⁿ+p2x^n-1+…+pnx+pn+1(5)

3、數(shù)字濾波

由于在鍋爐上水和排蒸汽等過(guò)程發(fā)生突變的時(shí)候，會(huì)造成溫度、壓力和差壓的波動(dòng)，這會(huì)對(duì)液位的計(jì)算產(chǎn)水?dāng)_動(dòng)，所以對(duì)壓力、溫度和差壓的采集加上一階滯后濾波器。一階濾波公式：

yn＝(1-α)x-αyn-1(6)

式中α為濾波系數(shù)；x為輸入值；yn為當(dāng)前濾波輸出值；yn-1為上一次濾波輸出值。

4、水位補(bǔ)償

根據(jù)(1)、(2)和(3)可以算出實(shí)際運(yùn)行時(shí)的密度為計(jì)算方法如下：

補(bǔ)償

求得補(bǔ)償后的實(shí)際液位為

具體算法實(shí)施例：

(1)標(biāo)定量程

依據(jù)公式(3)和公式(4)，標(biāo)定量程max((ρ水-ρ汽)lg)，當(dāng)l＝700mm時(shí)，dcs顯示液位量程為-350～350mm；差壓變送器量程為0～700mmh2o。

(2)回歸計(jì)算

對(duì)《水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表手冊(cè)》中飽和水密度與絕對(duì)壓力的數(shù)據(jù)，飽和蒸汽密度與絕對(duì)壓力的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段線性回歸，得到密度和絕對(duì)壓力之間的關(guān)系式。

飽和蒸汽密度與絕對(duì)壓力關(guān)系：

飽和水密度與絕對(duì)壓力關(guān)系：

(3)數(shù)字濾波

差壓變送器濾波計(jì)算：

壓力變送器濾波計(jì)算：

溫度變送器濾波計(jì)算：

(4)補(bǔ)償計(jì)算

依據(jù)公式(8)求得補(bǔ)償后的水位為

最后求得的h，量化成dcs顯示量程。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

上述基準(zhǔn)杯內(nèi)部設(shè)計(jì)了一個(gè)緩沖板，緩沖板與水平線具有一定的角度α，回流液經(jīng)過(guò)緩沖板后，可減小回流液對(duì)基準(zhǔn)杯液面的沖擊。α為15-30°。

內(nèi)置式平衡容器負(fù)壓側(cè)增加了阻尼器，阻尼器分為外管和內(nèi)管，在外管和內(nèi)管上設(shè)計(jì)排布有多個(gè)小孔，這樣負(fù)壓測(cè)取壓時(shí)可以減小汽包液面、旋風(fēng)分離器和下降管的影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是基準(zhǔn)杯立體示意圖。

圖3是基準(zhǔn)杯內(nèi)設(shè)置緩沖板示意圖。

圖4是圖3的俯視圖。

圖5是負(fù)壓阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

一種智能補(bǔ)償內(nèi)置式汽包液位測(cè)量裝置，包括內(nèi)置平衡容器、冷凝器1、負(fù)壓彎頭取壓器6、差壓變送器7、壓力變送器8、溫度變送器9、i/0卡件10和plc或dcs平臺(tái)11。內(nèi)置平衡容器，包括基準(zhǔn)杯3、冷凝回水管2、正壓取壓管4和負(fù)壓阻尼器5。

基準(zhǔn)杯3和負(fù)壓阻尼器5設(shè)置在鍋爐內(nèi)，基準(zhǔn)杯位于液面上方，負(fù)壓阻尼器5位于液體內(nèi)。基準(zhǔn)杯3上端汽液進(jìn)出口通過(guò)冷凝回水管2與冷凝器1的汽液進(jìn)出口連接?；鶞?zhǔn)杯3的正壓輸出口與正壓取壓管4的上端連接，正壓取壓管4的下端與負(fù)壓阻尼器5的內(nèi)管的一端連接，負(fù)壓阻尼器5內(nèi)管的另一端與壓力彎頭取壓器6連接。壓力彎頭取壓器6與差壓變送器7連接。壓力變送器8和溫度變送器9設(shè)置在鍋爐上設(shè)定的位置。差壓變送器7、壓力變送器8和溫度變壓器9分別通過(guò)導(dǎo)線與i/0卡件的對(duì)應(yīng)接口連接(見(jiàn)附圖1)。i/0卡件通過(guò)導(dǎo)線與plc或dcs對(duì)應(yīng)接口連接。

上述基準(zhǔn)杯3內(nèi)傾斜設(shè)置有緩沖板12，緩沖板12與水平線夾角為30°。

上述負(fù)壓阻尼器5由外管14和內(nèi)管13構(gòu)成，外管14的管壁上開(kāi)設(shè)有多個(gè)外管孔17，外管14的兩端分別由前密封板15和后密封板16密封。前密封板15上有前內(nèi)管插孔19，后密封板16上有后內(nèi)管插孔20，內(nèi)管13依次穿過(guò)后密封板上的后內(nèi)管插孔20和前密封板上的前內(nèi)管插孔19，且內(nèi)管13與前密封板15和后密封板16密封連接。內(nèi)管13位于外管14內(nèi)的部分上的管壁上開(kāi)設(shè)有多個(gè)內(nèi)管孔18。外管上的多個(gè)外管孔17與內(nèi)管上的多個(gè)內(nèi)管孔18分別錯(cuò)開(kāi)布設(shè)。

本發(fā)明由差壓變送器、壓力變送器和溫度變送器采集信號(hào)，通過(guò)導(dǎo)線與i/o卡件連接，最后送到dcs或plc平臺(tái)，在dcs或plc平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)水位補(bǔ)償系統(tǒng)的計(jì)算。計(jì)算方法如下：

1、水位計(jì)算

內(nèi)置平衡容器測(cè)量液位采用差壓原理，在鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，內(nèi)置平衡容器里水的密度為汽包內(nèi)水的密度，則差壓與水位的關(guān)系有如下公式：

δp＝p⁺-p^-＝ρ水gl-[ρ汽g(l-h)+ρ水gh]＝(ρ水-ρ汽)(l-h)g(1)

進(jìn)一步地

式中，δp為差壓；g＝9.8n/kg；l為汽包水位工程范圍；h為實(shí)時(shí)水

位高度ρ水飽和水密度；ρ汽飽和蒸汽密度。

差壓變送器標(biāo)定量程：

0—(ρ水-ρ汽)lg(3)

dcs顯示液位量程：

-l/2～l/2(4)

2、回歸計(jì)算

在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，由于生產(chǎn)工況的改變，汽包內(nèi)的溫度和壓力也會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)飽和水和飽和蒸汽的密度也會(huì)發(fā)生改變，如果想得到真實(shí)的液位值，則需要對(duì)已標(biāo)定的液位進(jìn)行修正，才能得到真實(shí)的液位值。

假設(shè)是壓力為p^s、溫度為t^s時(shí)的密度，該密度是差壓變送器量程的標(biāo)定值，那么當(dāng)汽包內(nèi)溫度、壓力發(fā)生變化時(shí)，需要重新計(jì)算飽和水密度和飽和蒸汽密度。通過(guò)對(duì)《水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表手冊(cè)》中飽和水密度與壓力的數(shù)據(jù)、飽和水密度與溫度的數(shù)據(jù)、飽和蒸汽密度與壓力的數(shù)據(jù)和飽和蒸汽密度與溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段線性回歸，得到密度和壓力之間的關(guān)系式，密度和溫度之間的關(guān)系式。

p(x)＝p1xⁿ+p2x^n-1+…+pnx+pn+1(5)

3、數(shù)字濾波

由于在鍋爐上水和排蒸汽等過(guò)程發(fā)生突變的時(shí)候，會(huì)造成溫度、壓力和差壓的波動(dòng)，這會(huì)對(duì)液位的計(jì)算產(chǎn)水?dāng)_動(dòng)，所以對(duì)壓力、溫度和差壓的采集加上一階滯后濾波器。一階濾波公式：

yn＝(1-α)x-αyn-1(6)

式中α為濾波系數(shù)；x為輸入值；yn為當(dāng)前濾波輸出值；yn-1為上一次濾波輸出值。

4、水位補(bǔ)償

根據(jù)(1)、(2)和(3)可以算出實(shí)際運(yùn)行時(shí)的密度為，計(jì)算方法如下：

補(bǔ)償

求得補(bǔ)償后的實(shí)際液位為

具體算法實(shí)施例：

(1)標(biāo)定量程

依據(jù)公式(3)和公式(4)，標(biāo)定量程max((ρ水-ρ汽)lg)，當(dāng)l＝700mm時(shí)，dcs顯示液位量程為-350～350mm；差壓變送器量程為0～700mmh2o。

(2)回歸計(jì)算

對(duì)《水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表手冊(cè)》中飽和水密度與絕對(duì)壓力的數(shù)據(jù)，飽和蒸汽密度與絕對(duì)壓力的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段線性回歸，得到密度和絕對(duì)壓力之間的關(guān)系式。

飽和蒸汽密度與絕對(duì)壓力關(guān)系：

飽和水密度與絕對(duì)壓力關(guān)系：

(3)數(shù)字濾波

差壓變送器濾波計(jì)算：

壓力變送器濾波計(jì)算：

溫度變送器濾波計(jì)算：

(4)補(bǔ)償計(jì)算

依據(jù)公式(8)求得補(bǔ)償后的水位為

最后求得的h，量化成dcs顯示量程。