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蒸汽锅炉汽包水位测量技术的比较:压差与导波雷达

作者: 来源: 发布时间:2020-12-30 13:41:52

         蒸汽锅炉鼓通常在世界各地的炼油厂,发电厂和石化设施中使用。优化蒸汽鼓并尽可能安全有效地使用它们需要可靠的水位测量。

        如果蒸汽锅炉中的水位过高,操作人员将面临过满的危险,并且水位过低会导致昂贵设备的重大损坏,此外还会导致维修造成的停机时间。操作员有责任通过将水保持在zui佳状态,高水位并同时高度重视安全性来有效地运行这些过程。

        美国机械工程师学会(ASME)国际锅炉和压力容器规范(BPVC)概述了几种用于锅炉内水位测量的可接受技术。此列表中zui常用的两种技术是差压雷达液位计和导波雷达液位计。

        了解每种技术的局限性以及影响其可靠性的因素是确定应使用哪种液位测量技术的重要的第一步。本文将讨论压差雷达液位计与导波雷达液位计之间的差异,总结它们在锅炉汽包中进行液位测量的优缺点,特别是在启动和关闭过程中提高安全性方面。

两个导波雷达提供冗余液位测量

了解蒸汽锅炉鼓

        蒸汽锅炉利用热量和压力将水变成蒸汽,然后通过管道将其输送到被加热的设备。为了节省水和能源,蒸汽锅炉经常被串联使用,在每个阶段压力和温度都逐渐增加。

        蒸汽锅炉的内部温度非常高,并且压力很高,会产生饱和蒸汽。仅指定BPVC批准的液位测量传感器而没有完全了解仪器的工作原理将导致zui佳控制效果不佳,而zui坏情况则不安全。

        随着水汽化并从蒸汽变为饱和蒸汽,其密度也随之变化,这对液位测量技术(例如压差)提出了挑战,该技术依靠恒定的密度来提供准确的测量值。此外,像导波雷达液位计这样的液位测量技术在穿过饱和蒸汽时会遇到较慢的脉冲速度,这也会导致错误和不可靠的测量。面临的挑战是找到一种可以使用现有技术工作的解决方案。

蒸汽锅炉上安装的雷达液位计

差压变送器:旧标准

        压差变送器使用双面隔膜,该隔膜在一侧感应来自容器底部的压力,而在另一侧感应来自容器顶部的压力。这些相反的压力测量值在双面隔膜的相对两侧上推动,结果是压力差或压差。

        然后,可以使用静压公式将压差测量值用于计算液位,该公式由三个变量组成:压力,密度和高度。传感器测量压力,密度由客户输入为常数,高度为水平。

        静液压方程

        P =ρ 0克0 ?

        P =压力ρ=密度g =重力h =高度(水平)

        使用压差进行准确的液位测量取决于一致的密度。但是,对于蒸汽锅炉,很少有恒定的密度。在启动和关闭期间,随着温度升高到600 ° F以上,压力达到1500 psi,并且蒸汽变成饱和蒸汽,容器中的空气空间会发生明显的密度变化。

        当空气空间从容纳蒸汽变为饱和蒸汽时,其密度可能会发生多达50%的变化。假设在过程不运行时对差压传感器进行了校准,那么这种急剧的变化就会转化为几乎相同的水平测量误差。

        理解此概念的操作员通常会通过在特定操作条件下校准压差传感器来进行补偿。在该特定操作条件下,这种做法可以极大地提高性能,但是当过程在此操作阶段波动时,仍然无法消除测量误差。

        当传感器的毛细管暴露于一天的温度波动中时,压差传感器也会输出测量误差。这些管线中的流体会随着温度变化而膨胀或收缩,这会导致压力变送器输出略有变化的液位。这是所有差压测量中的常见问题,并非蒸汽锅炉鼓所独有。

        压差传感器已有很长的历史了,该测量技术是一种通用的,广泛使用的技术,适用于所有类型的应用,包括世界各地的许多蒸汽锅炉应用。但是,由于与液位测量相关的潜在误差,许多操作只能使蒸汽锅炉以其满负荷的一小部分运行。通过提供更好的液位测量的不同技术,蒸汽锅炉可以更高效,更安全地运行。

导波雷达液位计:不断发展的技术改进

导波雷达以光速沿探头反复发送低振幅,高频微波脉冲

导波雷达以光速沿探头反复发送低振幅,高频微波脉冲,该设备通过测量脉冲到达流体表面并返回所需的时间来计算距离。

        导波雷达液位计以光速沿探头反复发送低振幅,高频微波脉冲,该设备通过测量脉冲到达流体表面并返回所需的时间来计算距离。

        飞行时间水平公式

        d =(s ? t)/ 2

        d =距离(水平)s =速度t =时间

        只要光速保持恒定,导波雷达液位计的测量仅受传感器正在测量的流体的介电常数或反射特性的影响。介电常数较高的流体将向传感器电子设备返回更强的信号,而介电常数较低的流体将变得更难以测量。

        在环境条件下,水具有相对较高的介电常数,因此导波雷达液位计可以轻松地测量液位。随着锅炉内部水温和压力的升高,水的介电常数下降了75%之多,但是这种明显的下降对返回信号和zui终的测量输出几乎没有影响。

        如果锅炉内部weiyi的活动是升高的温度和压力,那么能够承受这些条件的导波雷达液位计将是蒸汽锅炉的理想技术。但是,随着锅炉内部的水被加热和加压,内部的空气空间被饱和蒸汽代替,饱和蒸汽的特性与它要替代的空气不同。

        空气和饱和蒸汽之间的微小变化足以减慢微波信号并改变测量输出。由于导波雷达液位计的物位测量是根据信号的飞行时间来计算的,因此,任何未解释的通过空域的速度变化都会导致测量误差和蒸汽锅炉的严重利用不足。

        幸运的是,像VEGA这样的仪器制造商在导波雷达液位计技术方面取得了重大进步,以克服此类错误并zui大化蒸汽锅炉内部的液位测量精度。补偿由于信号速度变化而导致的已知测量误差,仅是知道信号传播的速度较慢并针对速度变化进行调整的问题。

        为了确定导波雷达液位计的信号速度变化,VEGA导波雷达液位计使用蒸汽补偿技术。测量探头顶部附近的一小部分用于不断评估信号传输的速度。通过这样做,传感器电子设备知道微波信号沿着探头传播并通过饱和蒸汽的速度要慢得多。

        传感器电子设备利用速度变化并将较慢的速度应用于整个测量范围,以补偿变化并输出准确的液位测量值。每次信号传输时都会实时进行此调整,即使在启动和关闭过程中也能确保准确的连续液位测量。

        

        如果正确应用此技术,则参考部分会同时验证仪器的速度计算,并提供更可靠,更准确的测量结果。由于蒸汽锅炉内部条件的变化,该技术不太容易受到测量误差的影响。

结论

        准确的液位测量与蒸汽锅炉的安全性息息相关。选择能在锅炉运行的每个步骤中提供可靠性和准确性的液位测量技术至关重要。了解测量技术的工作原理是做出明智决策的第一步。

        尽管差压是蒸汽锅炉中进行液位测量的适当方法,但是改变空气空间的密度会使该方法的准确性降低,因此在锅炉运行的每个阶段的可靠性均降低。相反,由于为解决饱和蒸汽的挑战而取得的技术进步,导波雷达液位计不受蒸汽锅炉内部条件变化的影响。

        通过在蒸汽锅炉中添加导波雷达液位计,操作员可以提高在锅炉运行的每个阶段准确跟踪液位的能力,从而提高安全性和效率。毕竟,准确而可靠的物位测量可以使操作员以zui高效率运行蒸汽锅炉,从而节省能源成本。

 

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