СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ В БАРАБАНЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОТЛА ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Решение относится к измерительной технике для дистанционного измерения уровня питательной воды в паровых барабанных энергетических котлоагрегатах, и предназначена для непрерывного контроля, автоматического регулирования и технологической защиты котлоагрегатов в режиме растопки и расхолодки.
2
Обычно замер уровня питательной воды в барабане парового энергетического котлоагрегата высоких параметров: (давление >100 кгс/см и температура >500°С) осуществляется путем оснащения их водосмотровыми колонками прямого действия (не менее двух штук) и пятью сниженными датчиками-перепадомерами с электронными вторичными приборами.
Устанавливают в районе водосмотровых колонок сельсиновый датчик со сниженным вторичным прибором, установленным на тепловом щите управления котлоагрегата. Сельсиновым датчиком управляет весь период растопки и расхолодки машинист-обходчик, а машинист котлоагрегата, используя показания вторичного прибора, управляет регулирующим клапаном по поддержанию уровня в барабане котла.
При этом невозможна полная автоматическая растопка котла, преобладает человеческий фактор (субъективизм, невнимательность).
Известно устройство для дистанционного измерения уровня воды в барабане парового котла электрической станции (патент РФ №2084838, G01F 23/30, опуб. 20.07.1997 г.) /1/. Устройство содержит сообщенную с полостью барабана парового котла полую вертикальную трубу из немагнитного материала с размещенным внутри нее ферромагнитным поплавком, измерительную схему, которая состоит из дифференциально-трансформаторных датчиков, расположенных по всей высоте трубы, преобразователей плавноменяющегося напряжения в прямоугольное, выполненных в виде компараторов с фиксацией уровня, цифроаналогового преобразователя и показывающего прибора.
Однако это устройство недостаточно надежно из-за наличия подвижных поплавков.
В качестве прототипа к предлагаемому решению принята система измерения уровня воды в барабане энергетического котла гидростатическим методом (см. книгу В.П.Преображенский Теплотехнические измерения и приборы, м. «Энергия», 1978, с.537, рис.19.2.5) /2/.
Система состоит из водоуравнительного сосуда постоянного уровня с импульсной трубкой, соединенной с паровым пространством барабана, импульсной трубки, соединенной с водяным пространством барабана, подключенных к трубкам дифманометра. Обычно используются дифманометры, имеющие плюсовую и минусовую камеры, разделенные мембраной, соединенной с помощью тяги с тензопреобразователем, выход которого связан с входом электронного преобразователя.
Недостатком известной системы является невозможность полной автоматизации измерений при различных режимах работы парового котла.
Задачей предложенного решения является создание всережимной системы измерения уровня воды в барабане энергетического котла.
Технический результат - возможность постоянного измерения реального уровня воды в барабане энергетического котла с автоматической коррекцией измеренного уровня по давлению в барабане, проводимой непосредственно в измерительном приборе.
Этот технический результат достигается тем, что в системе измерения уровня воды в барабане энергетического котла, состоящей из водоуравнительного сосуда постоянного уровня с импульсной трубкой, соединенной с паровым пространством барабана, импульсной трубки, соединенной с водяным пространством барабана, подключенного к трубкам дифманометра, имеющего плюсовую и минусовую камеры, разделенные мембраной, соединенной с помощью тяги с тензопреобразователем, выход которого связан с входом электронного преобразователя, в минусовую камеру дифманометра встроен дополнительный контур измерения избыточного давления в барабане, также состоящий из мембраны, соединенной с помощью тяги с вторым тензопреобразователем, выход которого связан с вторым входом электронного преобразователя.
С помощью дополнительного контура контролируют избыточное давление в барабане котла, которое ранее не контролировалось, измерялся только перепад давления.
Предлагаемая система измерения уровня воды в барабане энергетического котла приведена на чертеже. От барабана 1 энергетического котла к водоуравнительному сосуду 2 постоянного уровня отведена импульсная трубка 3, соединенная с паровым пространством барабана 1, импульсная трубка 4 соединена с водяным пространством барабана 1. Импульсные трубки 3, 4 подключены к трубкам 5 дифманометра 6. Может быть использован, например, дифманометр САПФИР-22 (Техническое описание и инструкция по эксплуатации 08906128 ТО «Преобразователь измерительный САПФИР-22 М с.28). Дифманометр 6 имеет плюсовую камеру 7 и минусовую камеру 8, разделенные
измерительной мембраной 9, которая с помощью тяги 10 через гермоввод соединена с тензопреобразователем 11, выход которого связан с входом электронного преобразователя 12.
В минусовую камеру 8 дифманометра введен дополнительный контур измерения избыточного давления в барабане 1, так же состоящий из мембраны 13, соединенной с помощью тяги 14 через гермоввод с вторым тензопреобразователем 15, выход которого связан с вторым входом электронного преобразователя 12. Может быть использован электронный преобразователь, например, выполненный по блок-схеме, приведенной в источнике [1], с.49, рис.19. Электронный преобразователь содержит плату аналого-цифрового преобразователя (АЦП), плату микропроцессора. Плата АЦП содержит АЦ преобразователь сигнала, воспринимающий значения напряжения и его перепадов в зависимости от перепадов давления в котле (значение напряжений тока выходных сигналов от тензопреобразователя 11). Память АЦП содержит коэффициенты коррекции, информацию о сенсоре. Плата микропроцессора включает микроконтроллер (линеаризация, измерение диапазона, время усреднения, темперная коррекция, коррекция уровня по давлению), память его содержит: коэффициенты коррекции ЦАП, пределы диапазона измерений, конфигурацию датчика, время усреднения, серийный номер, производитель, НАРТ модем, стабилизатор напряжения, жидко-кристаллический индикатор. На выходе схемы установлен фильтр радиопомех. В электронном преобразователе заложены возможности: самодиагностики нарушений, сбоев и неисправностей, их место возникновения и причина, архивирование измеряемых параметров, настроечные параметры дифманометра, архив проведенных метрологических поверок.
Система измерения уровня воды в барабане энергетического котла работает следующим образом.
Ее действие основано на зависимости перепада давления в водоуравнительном сосуде постоянного уровня между высотой столба H u h.
Уровень в барабане 1 определяется из уравнения:
где
Δр - перепад давления, измеряемый дифманометром 6, кПа;
3
ρ - плотность жидкости в обогреваемой трубке водоуравнительного сосуда 2, кг/м;
2
g=9,8 м/с - ускорение свободного падения;
Н - уровень в водоуравнительном сосуде 2 постоянного уровня (м);
h - уровень воды в барабане, м.
Из (1) видно, что уровень воды в барабане 1 h полностью зависит от перепада давления Δр и плотности воды ρ. Т.к. вода в трубке водоуравнительного сосуда 2 имеет температуру близкую к температуре насыщения, то с высокой точностью плотность воды ρ можно определить как функцию от избыточного давления в барабане 1-р
В контуре измерения перепада давления Δр разность давлений в плюсовой 7 и минусовой 8 камерах вызывает прогиб мембраны 9, который с помощью центрального штока передается на тензопреобразователь 11. Деформация тензопреобразователя 11 приводит к изменению его сопротивления, при этом меняется значение напряжения UΔp, которое передается в электронный преобразователь 12, выходной сигнал от тензопреобразователя 11 поступает на вход электронного преобразователя 12.
В контуре измерения избыточного давления р изменение давления в минусовой камере 8 вызывает прогиб мембраны 13, который с помощью тяги 14 передается на второй тензопреобразователь 15. Деформация тензопреобразователя 15 приводит к изменению его сопротивления, при этом меняется значение напряжения Up, которое передается в электронный преобразователь 12.
В электронном преобразователе 12 проводится расчет и коррекция выходного сигнала, который поступает в цифроаналоговый преобразователь. Токовый сигнал, прямо пропорциональный реальному уровню воды в барабане энергетического котла, выходящий из дифманометра 6, предназначен для использования с типовыми полевыми сетями и техническими средствами контроля и автоматики, использующими дискретный входной сигнал 4-20 мА.
Многократное постоянное сравнение между собой выходных значений уровня позволяет немедленно выявить неисправность.