導(dǎo)波雷達(dá)變送器在凝汽器水位測量中應(yīng)用

摘要:針對(duì)差壓變送器測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)措施解決了長期以來差壓變送器測量凝汽器水位波動(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)"?？梢?，凝汽器水位信號(hào)測量不正確會(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，差壓式水位測量有以下缺點(diǎn):
(1)取樣系統(tǒng)復(fù)雜,連接管路長,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量的正確性。

　　為了在變送器運(yùn)行初期所測差壓能夠正確反映水位的變化，后來我們在變送器的正壓側(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?，同時(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)影響物位測量。
　　其優(yōu)點(diǎn)包括:(1)安裝簡單,無活動(dòng)部件;(2)系統(tǒng)簡單,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)測量精度高,精度≤+0.1%測量值;(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)測量不受真空影響;(9)測量不受蒸汽和泡沫的影響;(10)測量不受環(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)行測量,所以將其應(yīng)用于凝汽器水位的測量是可行的。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。