摘 要：鍋爐汽包液位是鍋爐安全操作中非常重要的控制指標(biāo)。因此，汽包上的液位一般采用就地和遠(yuǎn)傳多種液位計同時進行測量。當(dāng)前，遠(yuǎn)傳液位計大多采用雙平衡管加差壓變送器的方式。這種液位計在運行過程中有兩點要求非常重要：一是導(dǎo)壓管絕對不能出現(xiàn)泄露；二是儀表和導(dǎo)壓管一定要做好保溫伴熱，否則就會出現(xiàn)測量誤差或是發(fā)生儀表凍堵現(xiàn)象，造成鍋爐停機甚至是安全事故。雙法蘭液位變送器不需要配導(dǎo)壓管，更不用保溫伴熱，恰好就避免這兩種情況的發(fā)生，但這種液位計在鍋爐汽包的液位測量上卻一直沒有得到應(yīng)用。作者通過多次試驗和改造，變更了液位計負(fù)壓側(cè)取壓方式，增加了密度補償，成功地將雙法蘭液位變送器用于鍋爐汽包的液位測量上，擴大了鍋爐汽包對液位計的選擇范圍。本文就此進行討論，介紹了雙法蘭液位變送器在鍋爐汽包的應(yīng)用過程中碰到的實際問題和解決辦法。
引言
儀表是化工操作的眼睛。隨著現(xiàn)代自動化控制要求的不斷提高，過程操作中溫度、壓力、液位、流量等基本參數(shù)的準(zhǔn)確和穩(wěn)定就顯得尤為重要。其中，液位就是一個非常重要的工藝控制參數(shù)。根據(jù)液位測量的針對性、重要性以及液位計的測量原理，液位計的種類和測量方式也多種多樣，有雷達(dá)液位計、超聲波液位計、浮球液位計、浮筒液位計、雙法蘭液位計、磁致伸縮液位計、放射性液位計、電接點液位計等 ，其中，雙法蘭液位變送器因其結(jié)構(gòu)的不同，有著上述儀表都無法具備的獨特優(yōu)勢。
1 概述
1.1 測量原理
雙法蘭差壓變送器由差壓變送器、毛細(xì)管和帶密封隔膜的法蘭組件構(gòu)成，因為差壓變送器的正負(fù)壓室各連接一套毛細(xì)管和密封隔膜法蘭，所以稱為雙法蘭差壓變送器。正負(fù)壓密封隔膜、毛細(xì)管和變送器正負(fù)壓膜盒腔體分別由填充液（一般為硅油）連通為一體。密封隔膜直接與工藝介質(zhì)接觸，其感受的壓力通過與之相連的毛細(xì)管傳到差壓變送器的正負(fù)壓膜盒上，由變送器處理后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流輸出信號。根據(jù)用途的不同，可以用于液位測量、壓差測量和流量測量等。其中，用于液位測量的變送器比較多，一般稱之為雙法蘭液位變送器。
1.2 雙法蘭液位變送器的特點
由于變送器法蘭上的密封隔膜阻止了被測介質(zhì)進到變送器的膜盒腔體，這樣就避免了高溫、腐蝕性等特殊介質(zhì)與變送器的膜盒直接接觸。與傳統(tǒng)的差壓液位變送器
相比，雙法蘭液位變送器沒有正負(fù)導(dǎo)壓管及二次閥等。因此，具有以下優(yōu)點：泄漏點大大減少、不會造成導(dǎo)壓管的堵塞、無需保溫伴熱系統(tǒng)、安裝位置更加靈活、尤其是不再需要加注隔離液，也就避免了因隔離液的流失或被置換造成的測量誤差，儀表故障率大大降低。因此，對密閉容器的液位測量，雙法蘭液位變送器有著廣闊的應(yīng)用。但是，也存在著一些缺點，如：儀表成本較高、儀表的零點檢查校驗比較麻煩、密封隔膜不能直接接觸高溫介質(zhì)等。
1.3 鍋爐汽包液位的測量
鍋爐的汽包液位是鍋爐及其控制系統(tǒng)中最重要的參數(shù)之一，液位測量的方法也很多，通常采用的是雙平衡容器加差壓變送器測量法，還有磁翻板液位計、電感浮球液位計、電接點液位計、電極式液位計、浮球液位控制報警儀等。
2 存在的問題
在采取差壓測量時，雙平衡容器在其中充當(dāng)著不可或缺的重要角色，但是由于一些用戶對于雙室平衡容器及其測量補償?shù)确矫嫒鄙偃娴谋匾牧私猓率箲?yīng)用中時有故障發(fā)生，甚至形成安全隱患。
由于雙平衡容器與差壓變送器之間用導(dǎo)壓管連接，儀表人員要經(jīng)常檢查有無滲漏現(xiàn)象，尤其到冬季，還要重點做好保溫伴熱工作，一旦維護不到位、不及時，就會造成液位測量不準(zhǔn)或聯(lián)鎖停機故障。例如：勝利油田發(fā)電廠一期工程，該工程投入運行早期，其汽包水位測量系統(tǒng)的誤差竟達(dá)70mm～90mm，造成了汽包滿水停機事故；山東匯東公司一期天然氣制氫廢熱鍋爐汽包液位，因儀表伴熱系統(tǒng)發(fā)生意外，導(dǎo)致液位計被凍，造成了裝置聯(lián)鎖停車。迄今為止，據(jù)不完全了解，目前仍有個別用戶存在一些類似的問題或者其它問題。汽包液位是涉及機組安全和運行的重要參數(shù)和指標(biāo)。因此，不允許發(fā)生任何的人為錯誤。
3 改造過程
3.1 改造初期
在眾多的液位計選擇中，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)雙法蘭液位變送器的影子，既然這種液位計有那么多的優(yōu)點，為什么卻沒得到應(yīng)用呢？為此，作者便有了嘗試用雙法蘭液位變送器去測量鍋爐汽包液位的構(gòu)想。
在對汽包上的兩個液位計接口進行改造后，安裝了一臺雙法蘭液位變送器，調(diào)校組態(tài)后，儀表投入運行，指示值和現(xiàn)場液位計完全一致。但是，隨著鍋爐汽包內(nèi)水溫的逐漸升高，發(fā)現(xiàn)雙法蘭液位計的指示值與現(xiàn)場液位計開始出現(xiàn)偏離，數(shù)值逐漸偏低。
經(jīng)過分析，我意識到這是因為水的密度變化所帶來的誤差。由于水的密度受壓力的影響較小，而受溫度的影響較大，尤其在高于100℃后，隨著溫度的升高，水的密度減小的很快。例如，溫度為100℃、壓力為0.1Mpa時，水的密度為958.1kg/m 3 ；在溫度保持不變，壓力增到3.5Mpa時，水的密度為959.7kg/m 3 ，變化量僅為1.6kg/m 3 ，約0.17%；但當(dāng)壓力保持3.5Mpa不變，水的溫度從100℃升到240℃時，密度就會從959.7kg/m 3 下降到813.7kg/m 3 ，變化幅度約15%。可見，隨著汽包溫度的升高，汽包內(nèi)水的密度會明顯變小，同樣的液位測量結(jié)果就會偏低，誤差甚至超過20%。因差壓式液位計是建立在介質(zhì)密度不變的前提下來測量的，如密度發(fā)生變化，就不能測量出實際的汽包水位，從而造成假水位現(xiàn)象。
3.2 加入溫度補償
為解決這個問題，必須引入密度補償，以測出精確的汽包水位。以下是根據(jù)飽和水的密度表 ，繪制出的表壓為3.5Mpa下水的密度與溫度的變化關(guān)系圖如圖2所示。
依照圖2所示，就可以設(shè)計一套密度補償方案：在DCS上編制相應(yīng)的補償程序，通過一個受溫度控制的信號放大器，將變送器來的電流信號經(jīng)溫度補償后傳送到DCS畫面，如圖3所示。
經(jīng)模擬試驗，隨著溫度的變化，汽包液位在DCS顯示的數(shù)值會自動得到修定，顯示數(shù)值真實、可靠。
3.3 發(fā)現(xiàn)蒸汽對儀表的干擾影響
加入密度補償后，系統(tǒng)成功消除了密度變化造成的影響，儀表也應(yīng)該可以正常運行了。但實際運行不久就發(fā)現(xiàn)，液位的顯示值逐漸變得不穩(wěn)定，波動較大。在排除了DCS軟硬件及線路原因后，認(rèn)為是
液位變送器出現(xiàn)了問題。重新對變送器進行檢查、校驗、標(biāo)定零點、查看組態(tài)，但一切都很正常，沒發(fā)現(xiàn)問題。再次投表運行，故障沒有消除，依舊存在著上述現(xiàn)象。
到底什么原因呢？經(jīng)過認(rèn)真分析后確定，根本問題不在儀表本身，而是出在測量過程的某個環(huán)節(jié)上，大致認(rèn)為可能與以下幾個因素有關(guān)：一是高溫對密封隔膜內(nèi)填充液的影響；二是汽包內(nèi)蒸汽流量波動引起的“虛假水位”三是在負(fù)壓側(cè)膜盒表面處存在著氣液兩相，并不斷相互轉(zhuǎn)變，對負(fù)壓側(cè)膜盒造成了干擾。不管哪個因素是主要原因，它們都直接干擾了變送器的負(fù)壓側(cè)膜盒，從而最終導(dǎo)致了變送器測量信號的不穩(wěn)定。
3.4 徹底消除干擾
如果在負(fù)壓側(cè)加裝一個隔離罐，并確保隔離罐內(nèi)始終有水，讓水起到緩沖隔離的作用，上述現(xiàn)象就應(yīng)該可以消除。按照這個思路，我再次進行了改造。
首先，要讓隔離罐里水保持液態(tài)而且水位穩(wěn)定，這其實很好做到。因為只要讓隔離罐的溫度低于汽包的溫度，汽包里的飽和蒸汽進到隔離罐后就能自動冷凝成水，而且只要安裝距離適當(dāng)，水溫始終會保持在既不會汽化、冬季也不會結(jié)冰的范圍，罐內(nèi)水位也能保持不變。如圖4所示，又在變送器的負(fù)壓側(cè)加裝了一個特殊的水隔離器（不開設(shè)灌液口、排液口）。
由圖4對比可以發(fā)現(xiàn)，最關(guān)鍵的改變地方是，負(fù)壓側(cè)法蘭面由原來的垂直安裝改為了水平向上安裝，這樣，隔離器內(nèi)就始終會存留一段水，負(fù)壓側(cè)法蘭的膜盒與汽包里的蒸汽就被這一段水隔開了，從而消除了高溫蒸汽對膜盒的干擾影響。
一切改造完成后，再次將變送器重新投入運行。果然，變送器測量值沒有再發(fā)生波動現(xiàn)象。一個小時、兩個小時、一天、三天……儀表顯示一直非常穩(wěn)定，通過對比其它液位計，數(shù)值準(zhǔn)確無誤。
最終，經(jīng)過不斷的的實驗，改變并不斷完善儀表的過程測量條件，優(yōu)化DCS數(shù)據(jù)對補償信號的后期處理，實現(xiàn)了雙法蘭液位變送器在鍋爐汽包液位測量上的成功應(yīng)用。
4 總結(jié)
相比于雙平衡容器差壓液位計，雙法蘭液位變送器不用保溫伴熱，幾乎沒有泄露點，消除了儀表人員大量的日常維護工作，而且測量數(shù)值準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定。完全可以用于鍋爐汽包的液位測量，甚至可以當(dāng)做汽包液位的聯(lián)鎖信號源，為鍋爐的安全穩(wěn)定運行做出更加可靠的保障。
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