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    蒸汽鍋爐汽包水位測量技術的比較:壓差與導波雷達

    作者: 來源: 發布時間:2020-12-30 13:41:52

             蒸汽鍋爐鼓通常在世界各地的煉油廠,發電廠和石化設施中使用。優化蒸汽鼓并盡可能安全有效地使用它們需要可靠的水位測量。

            如果蒸汽鍋爐中的水位過高,操作人員將面臨過滿的危險,并且水位過低會導致昂貴設備的重大損壞,此外還會導致維修造成的停機時間。操作員有責任通過將水保持在zui佳狀態,高水位并同時高度重視安全性來有效地運行這些過程。

            美國機械工程師學會(ASME)國際鍋爐和壓力容器規范(BPVC)概述了幾種用于鍋爐內水位測量的可接受技術。此列表中zui常用的兩種技術是差壓雷達液位計和導波雷達液位計。

            了解每種技術的局限性以及影響其可靠性的因素是確定應使用哪種液位測量技術的重要的第一步。本文將討論壓差雷達液位計與導波雷達液位計之間的差異,總結它們在鍋爐汽包中進行液位測量的優缺點,特別是在啟動和關閉過程中提高安全性方面。

    兩個導波雷達提供冗余液位測量

    了解蒸汽鍋爐鼓

            蒸汽鍋爐利用熱量和壓力將水變成蒸汽,然后通過管道將其輸送到被加熱的設備。為了節省水和能源,蒸汽鍋爐經常被串聯使用,在每個階段壓力和溫度都逐漸增加。

            蒸汽鍋爐的內部溫度非常高,并且壓力很高,會產生飽和蒸汽。僅指定BPVC批準的液位測量傳感器而沒有完全了解儀器的工作原理將導致zui佳控制效果不佳,而zui壞情況則不安全。

            隨著水汽化并從蒸汽變為飽和蒸汽,其密度也隨之變化,這對液位測量技術(例如壓差)提出了挑戰,該技術依靠恒定的密度來提供準確的測量值。此外,像導波雷達液位計這樣的液位測量技術在穿過飽和蒸汽時會遇到較慢的脈沖速度,這也會導致錯誤和不可靠的測量。面臨的挑戰是找到一種可以使用現有技術工作的解決方案。

    蒸汽鍋爐上安裝的雷達液位計

    差壓變送器:舊標準

            壓差變送器使用雙面隔膜,該隔膜在一側感應來自容器底部的壓力,而在另一側感應來自容器頂部的壓力。這些相反的壓力測量值在雙面隔膜的相對兩側上推動,結果是壓力差或壓差。

            然后,可以使用靜壓公式將壓差測量值用于計算液位,該公式由三個變量組成:壓力,密度和高度。傳感器測量壓力,密度由客戶輸入為常數,高度為水平。

            靜液壓方程

            P =ρ 0克0 ?

            P =壓力ρ=密度g =重力h =高度(水平)

            使用壓差進行準確的液位測量取決于一致的密度。但是,對于蒸汽鍋爐,很少有恒定的密度。在啟動和關閉期間,隨著溫度升高到600 ° F以上,壓力達到1500 psi,并且蒸汽變成飽和蒸汽,容器中的空氣空間會發生明顯的密度變化。

            當空氣空間從容納蒸汽變為飽和蒸汽時,其密度可能會發生多達50%的變化。假設在過程不運行時對差壓傳感器進行了校準,那么這種急劇的變化就會轉化為幾乎相同的水平測量誤差。

            理解此概念的操作員通常會通過在特定操作條件下校準壓差傳感器來進行補償。在該特定操作條件下,這種做法可以極大地提高性能,但是當過程在此操作階段波動時,仍然無法消除測量誤差。

            當傳感器的毛細管暴露于一天的溫度波動中時,壓差傳感器也會輸出測量誤差。這些管線中的流體會隨著溫度變化而膨脹或收縮,這會導致壓力變送器輸出略有變化的液位。這是所有差壓測量中的常見問題,并非蒸汽鍋爐鼓所獨有。

            壓差傳感器已有很長的歷史了,該測量技術是一種通用的,廣泛使用的技術,適用于所有類型的應用,包括世界各地的許多蒸汽鍋爐應用。但是,由于與液位測量相關的潛在誤差,許多操作只能使蒸汽鍋爐以其滿負荷的一小部分運行。通過提供更好的液位測量的不同技術,蒸汽鍋爐可以更高效,更安全地運行。

    導波雷達液位計:不斷發展的技術改進

    導波雷達以光速沿探頭反復發送低振幅,高頻微波脈沖

    導波雷達以光速沿探頭反復發送低振幅,高頻微波脈沖,該設備通過測量脈沖到達流體表面并返回所需的時間來計算距離。

            導波雷達液位計以光速沿探頭反復發送低振幅,高頻微波脈沖,該設備通過測量脈沖到達流體表面并返回所需的時間來計算距離。

            飛行時間水平公式

            d =(s ? t)/ 2

            d =距離(水平)s =速度t =時間

            只要光速保持恒定,導波雷達液位計的測量僅受傳感器正在測量的流體的介電常數或反射特性的影響。介電常數較高的流體將向傳感器電子設備返回更強的信號,而介電常數較低的流體將變得更難以測量。

            在環境條件下,水具有相對較高的介電常數,因此導波雷達液位計可以輕松地測量液位。隨著鍋爐內部水溫和壓力的升高,水的介電常數下降了75%之多,但是這種明顯的下降對返回信號和zui終的測量輸出幾乎沒有影響。

            如果鍋爐內部weiyi的活動是升高的溫度和壓力,那么能夠承受這些條件的導波雷達液位計將是蒸汽鍋爐的理想技術。但是,隨著鍋爐內部的水被加熱和加壓,內部的空氣空間被飽和蒸汽代替,飽和蒸汽的特性與它要替代的空氣不同。

            空氣和飽和蒸汽之間的微小變化足以減慢微波信號并改變測量輸出。由于導波雷達液位計的物位測量是根據信號的飛行時間來計算的,因此,任何未解釋的通過空域的速度變化都會導致測量誤差和蒸汽鍋爐的嚴重利用不足。

            幸運的是,像VEGA這樣的儀器制造商在導波雷達液位計技術方面取得了重大進步,以克服此類錯誤并zui大化蒸汽鍋爐內部的液位測量精度。補償由于信號速度變化而導致的已知測量誤差,僅是知道信號傳播的速度較慢并針對速度變化進行調整的問題。

            為了確定導波雷達液位計的信號速度變化,VEGA導波雷達液位計使用蒸汽補償技術。測量探頭頂部附近的一小部分用于不斷評估信號傳輸的速度。通過這樣做,傳感器電子設備知道微波信號沿著探頭傳播并通過飽和蒸汽的速度要慢得多。

            傳感器電子設備利用速度變化并將較慢的速度應用于整個測量范圍,以補償變化并輸出準確的液位測量值。每次信號傳輸時都會實時進行此調整,即使在啟動和關閉過程中也能確保準確的連續液位測量。

            

            如果正確應用此技術,則參考部分會同時驗證儀器的速度計算,并提供更可靠,更準確的測量結果。由于蒸汽鍋爐內部條件的變化,該技術不太容易受到測量誤差的影響。

    結論

            準確的液位測量與蒸汽鍋爐的安全性息息相關。選擇能在鍋爐運行的每個步驟中提供可靠性和準確性的液位測量技術至關重要。了解測量技術的工作原理是做出明智決策的第一步。

            盡管差壓是蒸汽鍋爐中進行液位測量的適當方法,但是改變空氣空間的密度會使該方法的準確性降低,因此在鍋爐運行的每個階段的可靠性均降低。相反,由于為解決飽和蒸汽的挑戰而取得的技術進步,導波雷達液位計不受蒸汽鍋爐內部條件變化的影響。

            通過在蒸汽鍋爐中添加導波雷達液位計,操作員可以提高在鍋爐運行的每個階段準確跟蹤液位的能力,從而提高安全性和效率。畢竟,準確而可靠的物位測量可以使操作員以zui高效率運行蒸汽鍋爐,從而節省能源成本。

     

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