導(dǎo)波雷達(dá)變送器在凝汽器水位測(cè)量中應(yīng)用

摘要:針對(duì)差壓變送器測(cè)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(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的改進(jìn)措施解決了長(zhǎng)期以來差壓變送器測(cè)量凝汽器水位波動(dòng)大的問題。
0引言
　　凝汽器熱井的作用是聚集凝結(jié)水，以保證凝結(jié)水泵的正常運(yùn)行。熱井儲(chǔ)存-定量的凝結(jié)水，保證甩負(fù)荷時(shí)凝結(jié)水泵不會(huì)馬上斷水。一般熱井的水位應(yīng)保持在水井的1/3--2/3之間。凝汽器水位過高,則會(huì)淹沒部分凝汽器管束,汽輪機(jī)排汽凝結(jié)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(jī)組的經(jīng)濟(jì)性下降。如果水位過低,凝結(jié)水泵耗電較少，但容易使水泵產(chǎn)生汽化,對(duì)葉輪損壞嚴(yán)重,運(yùn)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(xiàn)象。無論發(fā)生.上述哪種異常工況都會(huì)直接影響到機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。因此,通常采用調(diào)節(jié)化學(xué)補(bǔ)給水調(diào)節(jié)閥開度的方式來控制凝汽器水位，當(dāng)水位上升時(shí)，關(guān)小補(bǔ)水調(diào)門;反之則開大調(diào)門補(bǔ)水。所以,凝汽器水位測(cè)量信號(hào)作為被調(diào)量，務(wù)必正確地引入凝汽器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以保證自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)正確、快速地進(jìn)行調(diào)節(jié),維持凝汽器水位在允許工作范圍內(nèi)"。可見，凝汽器水位信號(hào)測(cè)量不正確會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。
1.存在的問題
　　梅縣電廠#5、#6機(jī)超高壓、中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、沖動(dòng)凝汽式機(jī)組，與WX21Z--073LLT型空冷發(fā)電機(jī)及SG-440/13.7-M566循環(huán)流化床鍋爐配套梅縣電廠凝汽器水位測(cè)量采用的是就地翻板式水位計(jì)以及遠(yuǎn)傳水位計(jì)。遠(yuǎn)傳水位計(jì)采用的是差壓變送器,通過測(cè)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(tǒng)復(fù)雜,容易發(fā)生泄漏或堵塞現(xiàn)象,因此,用測(cè)微差壓的方式間接反映水位很不可靠。歸納起來，差壓式水位測(cè)量有以下缺點(diǎn):
(1)取樣系統(tǒng)復(fù)雜,連接管路長(zhǎng),閥門較多,系統(tǒng)易堵塞或泄漏;
(2)任何輕微泄漏,都將嚴(yán)重影響水位測(cè)量,對(duì)于真空系統(tǒng),輕微的泄漏往往不易被察覺;
(3)調(diào)試投用麻煩,須在引壓管中注滿水或等水蒸氣凝結(jié)充滿引壓管后才能投用變送器，運(yùn)行人員須有專人不時(shí)到就地監(jiān)視翻板式水位計(jì)水位;
(4)由于取樣系統(tǒng)復(fù)雜會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的綜合誤差大。查閱從2005一2008年梅縣電廠5號(hào)機(jī)和6號(hào)機(jī)有關(guān)凝汽器水位的設(shè)備臺(tái)帳,發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的缺陷一共有15次，現(xiàn)象表現(xiàn)為DCS.上顯示的水位與就地翻板式水位計(jì)偏差大,且DCS.上凝汽器水位波動(dòng)大,導(dǎo)致凝汽器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)不能投運(yùn)，運(yùn)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有凝結(jié)滿水,二是變送器、平衡閥、一次閥接頭處連接不牢固。其中5號(hào)機(jī)有一次檢查了三天時(shí)間，最后才發(fā)現(xiàn)是由變送器汽側(cè)一次門盤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(shè)計(jì)以凝汽器底部水側(cè)取樣管為負(fù)壓側(cè),以汽側(cè)取樣管為正壓側(cè),如圖1所示。使用這種方法測(cè)量,在變送器運(yùn)行初期,由于正壓側(cè)沒有凝滿水，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(cè)凝滿水后,只要正壓側(cè)沒有泄漏點(diǎn)，就能保證變送器差壓信號(hào)能正確反映凝汽器水位的變化。所以,使用這種測(cè)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(nèi)為真空,如果正壓側(cè)有泄漏很難被發(fā)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致變送器正壓側(cè)總是不能凝滿水，從而嚴(yán)重影響凝汽器水位測(cè)量的正確性。

　　為了在變送器運(yùn)行初期所測(cè)差壓能夠正確反映水位的變化，后來我們?cè)谧兯推鞯恼龎簜?cè)加裝了-個(gè)注水口(如圖2所示),水源取自凝結(jié)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(cè)注滿水,然后關(guān)閉注水閥。這樣如果注水閥不內(nèi)漏且凝汽器的正壓管路.上沒有其它泄漏點(diǎn)，凝汽器建立真空后，正壓側(cè)的水不會(huì)因真空而被吸回凝汽器內(nèi)部，解決了在差壓變送器投運(yùn)初期正壓側(cè)不能凝滿水的問題。但因?yàn)樵黾恿俗⑺冢瑫r(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(yùn)初期正壓側(cè)不能凝滿水的問題，但同時(shí)增加了正壓側(cè)泄漏的可能性,通過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn),還是不能避免凝汽器水位差壓變送器正壓側(cè)泄漏的問題。
3解決方法
3.1設(shè)備選型
　　為解決差壓水位變送器在使用中出現(xiàn)的水位測(cè)量失準(zhǔn)難以克服的問題，通過咨詢專業(yè)人員和討論比較，決定采用羅斯蒙特3300系列導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器對(duì)凝汽器水位測(cè)量方式進(jìn)行改造。

　　導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的設(shè)計(jì)基于時(shí)域反射原理。它主要由發(fā)射和接收裝置、信號(hào)處理器、天線、操作面板、顯示、故障報(bào)警等幾部分組成。高頻微波脈沖接入到電纜或?qū)U式探頭中以光速沿其傳播，由于待測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)大于空氣的介電常數(shù)(約為1),脈沖波在待測(cè)介質(zhì)表面發(fā)生反射,回波信號(hào)被電子微處理器接收,進(jìn)行分析并借助軟件將其轉(zhuǎn)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(dá)波速度;l為雷達(dá)波接收的時(shí)間間隔。
　　介質(zhì)的介電常數(shù)越高,反射越顯著。沿導(dǎo)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)射或反射波能量無任何衰減，比其它聲波、電磁波強(qiáng)得多,泡沫、粉末、蒸汽等外界干擾對(duì)其測(cè)量無影響,同時(shí)也不受容器形狀的影響,介電常數(shù)偏離也不會(huì)影響物位測(cè)量。
　　其優(yōu)點(diǎn)包括:(1)安裝簡(jiǎn)單,無活動(dòng)部件;(2)系統(tǒng)簡(jiǎn)單,僅需-次閥和平衡容器;(3)調(diào)試投用方便，裝好后可無條件投入;(4)測(cè)量精度高,精度≤+0.1%測(cè)量值;(5)重復(fù)性好,+1mm;(6)免維護(hù);(7)智能化高,帶HART協(xié)議,通過PC軟件或HART手操器進(jìn)行調(diào)試;(8)測(cè)量不受真空影響;(9)測(cè)量不受蒸汽和泡沫的影響;(10)測(cè)量不受環(huán)境溫度和壓力變化的影響。
3.2安裝調(diào)試
　　導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)既然在真空狀態(tài)下也可進(jìn)行測(cè)量,所以將其應(yīng)用于凝汽器水位的測(cè)量是可行的。安裝示意如圖3所示。利用機(jī)組停運(yùn)機(jī)會(huì),關(guān)閉凝汽器水位變送器正負(fù)壓側(cè)--次閥，鋸掉原有的取樣管,拆除原來的差壓變送器。從正負(fù)壓側(cè)一-次閥后直接與對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波雷達(dá)變送器筒體的旁通管焊接，雷達(dá)液位計(jì)通過法蘭、墊圈等與旁通管緊密連接,位于旁通管底部的排污門可排出水中的雜質(zhì)、沉積物等，保證天線的正常工作。安裝完成后,用HART375通訊器與變送器連接，可以輕松地設(shè)置好凝汽器水位零位、量程及對(duì)應(yīng)4-20mA輸出，其他參數(shù)出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)置好,不用再設(shè)置。

在安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)雷達(dá)液位計(jì)天線的軸線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;
(2)雷達(dá)液位計(jì)的安裝位置距罐壁距離應(yīng)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(hào)誤作為回波信號(hào);
(3)安裝完畢以后,可用PC軟件觀察反射波曲線圖，判斷液位計(jì)安裝是否恰當(dāng)，降低干擾波的強(qiáng)度,有效去除干擾波的影響。
3.3日常維護(hù)
　　導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)采用一體化設(shè)計(jì),無可動(dòng)部件,不易泄漏，因而維護(hù)量少。通常只在機(jī)組檢修后再次啟動(dòng)時(shí),由于測(cè)量管路中可能會(huì)有雜質(zhì)、污物,需打開排污門排出雜質(zhì)即可。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)基于電磁脈沖波沿著天線傳輸?shù)臅r(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(hào)轉(zhuǎn)換器,因?yàn)楣馑偈且?常數(shù),并且與罐內(nèi)氣體成分無關(guān),因此無需標(biāo)定。
在日常維護(hù)中，可以用PC機(jī)遠(yuǎn)程觀察反射波曲線圖,對(duì)于其后可能新產(chǎn)生的干擾波,可以利用液位計(jì)識(shí)別虛假波的功能，除去這些干擾反射波的影響,保證測(cè)量的正確性。
4結(jié)束語
　　從近兩年的應(yīng)用情況來看，利用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)來測(cè)量凝汽器水位相當(dāng)正確穩(wěn)定,沒有再出現(xiàn)過水位波動(dòng)大的缺陷，較好地解決了原來存在的問題。雖然導(dǎo)波雷達(dá)變送器比較貴，是差壓變送器的四倍左右,但從系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、日常維護(hù)量以及凝汽器水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的投入等方面考慮,采用導(dǎo)波雷達(dá)變送器還是值得的。