平衡容器工作原理

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1、平衡容器的工作原理3.双室平衡容器的工作原理3.1.简介双室平衡容器是一种构造巧妙，具有一定自我补偿能力的汽包水位测量装置。它的重要构造如图1所示。在基准杯的上方有一种圆环形漏斗构造将整个双室平衡容器分隔成上下两个部分，为了区别于单室平衡容器，故称为双室平衡容器。为便于简介，这里结合各重要部分的功能特点，将它们分别命名为凝汽室、基准杯、溢流室和连通器，此外文中把双室平衡容器汽包水位测量装置简称为容器。3.2.凝汽室 抱负状态下，来自汽包的饱和水蒸汽通过这里时释放掉汽化潜热，形成饱和的凝结水供应基准杯及后续环节使用。3.3.基准杯 它的作用是收集来自凝汽室的凝结水，并将凝结水产生的压力导出容器，

2、传向差压测量仪表差压变送器（后文简称变送器）的正压侧。基准杯的容积是有限的，当凝结水布满后则溢出流向溢流室。由于基准杯的杯口高度是固定的，故而称为基准杯。3.4.溢流室 溢流室占据了容器的大部分空间，它的重要功能是收集基准杯溢出的凝结水，并将凝结水排入锅炉下降管，在流动过程中为整个容器进行加热和蓄热，保证与汽包中的温度达到一致。正常状况下，由于锅炉下降管中流体的动力作用，溢流室中基本上没有积水或少量的积水。3.5.连通器 倒T字形连通器，其水平部分一端接入汽包，另一端接入变送器的负压侧。毋庸置疑，它的重要作用是将汽包中动态的水位产生的压力传递给变送器的负压侧，与正压侧的（基准）压力比较以得知汽

3、包中的水位。它之因此被做成倒T字形，是由于可以保证连通器中的介质具有一定的流动性，避免其延伸到汽包之间的管线冬季发生冻结。连通器内部介质的温度与汽包中的温度很也许不一致，致使其中的液位与汽包中不同，但是由于流体的自平衡作用，对使汽包水位测量没有任何影响。3.6.差压的计算通过前面的简介可以懂得，凝汽室、基准杯及其底部位于容器内部的导压管中的介质温度与汽包中的介质温度是相等的，即w=w，s=s。故而不难得到容器所输出的差压。本文以东方锅炉厂DG670-13.73-8A型锅炉所采用的测量范畴为300mm双室平衡容器为例加以简介（如图1所示）。通过图1可知，容器正压侧输出的压力等于基准杯口所在水平面

4、以上总的静压力，加上基准杯口至L形导压管的水平轴线之间这段垂直区间的凝结水压力，再加上L形导压管的水平轴线至连通器水平轴线之间，位于容器的外部的这段垂直管段中的介质产生的压力。显而易见，其中的最后部分压力，由于其中的介质为静止的且距容器较远，因此其中的介质密度应为环境温度下的密度。因此P+= PJ +320 w+(580320) c式中P+ 容器正压侧输出的压力 w 容器中的介质密度（ w= w） c 环境温度下水的密度PJ 基准杯口以上总的静压力负压侧的压力等于基准杯口所在水平面以上总的静压力，加上基准杯口水平面至汽包中汽水分界面之间的饱和水蒸汽产生的压力，再加上汽包中汽水分界面至连通器水平

5、轴线之间饱和水产生的压力，即P= PJ+(580hw) s + hww式中P 容器负压侧输出的压力hw 汽水分界线至连通器水平管中心线之间的垂直高度 s 汽包中饱和水蒸汽的密度因此差压P=P+P=320 w+260 c(580hw) shww即 P=260 c + 320 w580 s(w s)hw （1）这里有一点需要阐明，(1)式中环境温度下水的密度 c，一般状况下它会随着季节的变化而变化，它的变化将会影响汽包水位测量的精确性。就本例中的容器而言，当环境温度由25升高到50时，由于密度的变化对于差压产生的影响为2.3mm水柱，通过补偿系统补偿后对最后得到的汽包水位的影响将为+2.35.5m

6、m之间。一般状况下这样的误差是可以忽视的，也就是说可以觉得这里的温度是恒定的。但是为了尽量减小误差，必须恰本地拟定这里的温度。拟定温度可以遵循这样一条原则，就高不就低，视本地气候及冬季伴热等因素拟定。例如此处的环境温度一年当中一般在050之间变化，平均温度为25，则可以令这里的温度为35。这是由于水的密度随着温度升高它的变化梯度越来越大，拟定的温度高些，将会使环境温度变化对整个系统的影响更小。就本例中的容器而言，当温度从0升高到25时，温度的变化对测量系统的最后成果影响只有1mm左右，而环境温度从25升高到50所带来的影响却为+2.35.5mm之间。故而，拟定温度应就高不就低。4.双室平衡容器

7、的工作特性容器的工作特性对于汽包水位测量和补偿系统来说非常重要，理解这种特性利于顾客的应用和掌握应用中的技巧。查饱和水与饱和水蒸汽密度表可以获得多种压力下饱和水与饱和水蒸汽的密度。把0、50、100mm等汽包水位分别代入（1）式，可得到容器输出的一系列差压，见下表1双室平衡容器固有补偿特性参照表。通过表1可以得知双室平衡容器的工作特性。从表1中可以看到，各水位所相应的由容器所输出的差压随着压力的变化（有关饱和汽、水密度）各自发生着不同的变化。这里一方面注意0水位所相应的差压，它的变化规律较其他水位有明显不同，只在一种较小的范畴内波动。由于该容器的设计压力为13.73MPa，因此14.5MPa如

8、下它的波动范畴更小，仅在5mm水柱以内。也就是说当汽包中的水位为0水位时，无论压力如何变化，虽然在没有补偿系统的状况下，对0水位测量影响都极小或者基本没有影响。有关其他水位，则当汽包水位越接近于0水位，其相应的差压受压力的变化影响越小，反之则大。因此，双室平衡容器是一种具有一定的自我补偿能力的汽包水位测量装置。它的这种能力重要体目前，当汽包中的水位越接近于0水位，其输出的差压受压力变化的影响越小，即对汽包水位测量的影响越小。毫无疑问，容器特性由于容器的自身构造决定的，故又称为固有补偿特性。表1中，0MPa相应两行差压值，其因素后文将会提到。之因此双室平衡容器会有这种特性其实质，是由于双室平衡容

9、器在设计制造时采用了特殊的构造，这种构造最大限度地削弱了汽水密度变化对常规运营水位差压的影响。但是尽管如此，它并不能完全满足生产的需要，仍然需要继续补偿。5.补偿系统5.1.基本知识与基本概念 沉着器的特性中可以看到，双室平衡容器不能完全满足生产的需要。究其因素，是由于介质密度的变化所导致的。因此，必须要采用一定的措施，进一步消除密度变化对汽包水位测量的影响。这种被用来消除密度变化带来的影响的措施就叫做补偿。通过补偿以精确地测定汽包中的水位。汽包水位测量补偿的措施一般有两种，一种是压力补偿，另一种是温度补偿，无论采用哪种措施补偿效果都同样。但是它们之间略有区别，即温度补偿可以从0开始，而压力补

10、偿只能从100开始。这是由于温度可以一一相应饱和密度以及100如下时的非饱和密度，而压力却只能一一相应饱和密度，即最低压力0MPa只能相应100时的饱和密度。故而由这两种措施构成的补偿系统各自相应的补偿起始点有所不同，即差压变送器量程有所不同。表1中0MPa相应两行差压值，其因素即在于此；其中上一行相应的是温度补偿，下一行相应压力补偿。很显然，温度补偿也可以从100开始。5.2.建立补偿系统的环节 第一步 拟定双室平衡容器的0水位位置容器的0水位的位置一般状况下比较容易拟定，通过查阅锅炉制造厂家有关汽包（学名锅筒）及附件方面的图纸和资料，进行比较和计算即可获得。文中例举的容器0水位位置位于连通

11、器水平管轴线以上365mm处，即基准杯口水所在的平面下方215mm处。但是，偶尔由于图纸的疏漏缺少与拟定0水位有关的数据，无法计算出0水位的位置，那么拟定起来就比较复杂。如图1中就缺少数据。这种状况下就只有根据容器的自我补偿特性在0水位所体现的特点通过反复验算来获得。由于容器自身就是用这样的措施经反复验算而设计制造的，只要验算的措施对的通过验算得到的数据会很精确可靠，固然这只限于图纸不详的状况下。由于限于篇幅，这里只提供思路，具体的验算的措施本文不予简介。对此感爱好的读者可以试一试。第二步 拟定差压变送器的量程差压变送器的量程是由汽包水位的测量范畴、容器的0水位位置以及补偿系统的补偿起始点等三

12、方面因素决定的。某些顾客一般只考虑了前两方面因素，而忽视了补偿起始点因素，甚至极个别的顾客只简朴地根据汽包水位的测量范畴拟定变送器的量程，导致很大的测量误差。一般状况下，忽视容器的0水位位置所导致的误差在7090mm之间，忽视补偿起始点所产生的误差在30mm如下，特别状况下误差都将会更大。此外，这里特别提示顾客，在进行汽包水位测量工作时，有关变送器的量程，在没有得到确认的状况下，切不可单纯依赖设计部门的图纸。事实上，多数状况下，设计部门在进行此类设计，对变送器选型时，只拟定基本量程，而不给出应用量程。下面来拟定变送器的量程。本文的例子中容器的0水位位置位于连通器水平管轴线以上365mm处。由于

13、该容器的量程为300mm，因此（1）式中的hw的最大值和最小值分别为665mm和65mm。如果采用压力补偿，从饱和水与饱和水蒸汽密度表中查出100时的饱和水与饱和水蒸汽的密度代入（1）式，再分别将665mm和65mm代入（1）式，即得最小差压Pmin=70.5mm水柱和最大差压Pmax=504mm水柱这两个差压值就是变送器的量程范畴（见表1中0MPa相应的下行），即70.5504mm水柱。如果采用温度补偿，且从0开始补偿，则由于水的密度极其接近1mg/mm3，误差可以忽视，令蒸汽的密度为0。用同样措施即可得到变送器的量程为85515mm水柱（见表1中0MPa相应的上行）。事实上，从0开始补偿是

14、完全没有必要的，其因素这里无需遨述。第三步 拟定数学模型数学模型是补偿系统中的最重要环节。由（1）式得 （2）由于相对于规定的0水位的汽包水位 h= hw365mm，因此 （3）式中h 相对于规定的0水位的汽包水位w 饱和水的密度 s 饱和水蒸气的密度 c 环境温度下水的密度P 差压（3）式即为补偿系统的数学模型。式中 c为常数，令环境温度为30，则 c=0.9956mg/mm3，因此 （4）（4）式为最后的数学模型。显然，它与（3）式的作用完全同样。在补偿系统中可以任选其一。第四步 拟定函数、完毕系统在（3）式和（4）式中含均有“320 w580 s”和“ w s”有关饱和水与饱和水蒸汽密度

15、的两个子式。查饱和水与饱和水蒸汽密度表，可以获得这两个子式有关压力或温度的函数曲线。将所得到的曲线以及（3）式或者（4）式输入用以执行运算任务硬件设备，补偿系统即告完毕。从补偿系统的建立过程可以发现，补偿系统是根据某一特定构造的容器而建立的。因此，建立补偿系统时应根据不同的容器，建立不同的补偿系统。建立补偿系统时，当拟定差压的计算公式后来，只需反复这里的环节即可得到新的汽包水位测量补偿系统。6.有关容器保温问题的释疑 众所周知，为了使容器达到抱负工作状态，容器的外部必须作以合适的保温。然而，有关容器的凝汽室及顶部的保温问题目前有些争议，部分顾客觉得这里的保温可有可无。笔者在这里论述一下个人的观

16、点。笔者通过近年观测发现,在这里没有保温的状况下，冬季由仪表显示的汽包水位会比夏季低将近10mm。分析因素，是由于一般状况下凝汽室的温度都要比环境高300左右，甚至更高，因此它的热辐射能力很强。当凝汽室外部没有保温或者保温条件比较差时，尽管凝结水的速度会加快并导致更多的饱和水蒸汽流到这里补充这里的热量，但是由于这里的介质处在自然对流状态且受到管路等的阻力的制约，使补充的热量难以维持这里的温度，进而影响了测量的精确性。对于额定工作压力为13.73MPa的锅炉而言，如果冬季由仪表显示的汽包水位比真实水位低10mm，将意味着容器内部的温度比饱和温度低7左右。因此，为保证其包水位测量的精确性，这里必须加以合适的保温。笔者觉得，这里的保温以保温层的外层温度不超过120为佳。