Применение системы измерения уровня в барабане энергетического котла гидростатическим методом с многопараметрическим преобразователем давления

«Узким местом» в вопросах технологического контроля и полной автоматизации пусковых режимов энергетических барабанных котлов (а так же подогревателях высокого и низкого давления паровых турбин) остается измерение и поддержание норме уровня котловой воды в барабане котла. Это осложнение обусловлено изменением плотности воды в процессе ее нагревания до рабочих параметров.

В настоящее время технологический контроль осуществляется путем оснащения барабанов смотровыми колонками прямого действия и датчиками-перепадомерами с электрической схемой дистанционной передачи показаний на электронные приборы (регистратор уровня, регуляторы уровня (основной и резервный) и не менее двух показывающих приборов, задействованных в схеме технологической защиты котлоагрегата), расположенных на тепловых щитах управления. Уровень в барабане энергетического котла высокого давления в подавляющем большинстве случаев измеряется гидростатическим методом (измерение перепада давления в конденсационном сосуде):

S = ∆ p,

где S – показания прибора, мм; ∆ p – перепад давления в преобразователе;

∆ p = ρ·(Н - h),

где ρ – плотность воды; h – высота столба питательной воды в барабане котла; Н – высота столба питательной воды в конденсационном сосуде.

Плотность воды при изменении ее термодинамического состояния по границе линии насыщения определяется уравнением формуляции, ее изменение представлено в таблицах М.П. Вукаловича «Теплофизических свойств воды и водяного пара».

С высокой степенью точности уровень питательной воды в барабане будет определяться по формуле

S = р (Н - h)·ά,

где ά – коэффициент относительной плотности воды, ά = ρ^*/ρ;

ρ – плотность воды при нормальных условиях;

ρ^* – то же в переходном состоянии.

Принципиальная схема измерения уровня представлена на рис. 16.

Рис. 16. Принципиальная схема измерения уровня:

1 – уравнительный сосуд, соединенный с паровым пространством барабана;

2 – импульсная трубка;

3 – импульсная трубка, соединенная с водяным пространством барабана;

4 – преобразователь давления

Для уменьшения погрешностей измерения, вызванных охлаждением питательной воды в уравнительном сосуде 1, применяются теплоизолированные обогреваемые конденсационные сосуды, показанные на рис. 17.

Рис. 17. Теплоизолируемые обогреваемые конденсационные сосуды

В настоящее время специалисты цеха ТАИ проводят лабораторную калибровку характеристик датчиков-преобразователей перепада давления на рабочие параметры питательной воды (для котла ТП‑230‑2 плотность питательной воды составляет 671кг/м³)

В переходных режимах в течении всего времени растопки (расхолодки) котла гидростатический метод измерения уровня не работает вследствие большой погрешности измерительного комплекта (более 30%). Предлагаемая система измерения уровня воды в барабане энергетического котла гидростатическим методом предусматривает создание измерительной схемы с применением многопараметрического преобразователя давления, оснащенного следующими электронными устройствами:

· сенсором перепада давления;

· сенсором абсолютного давления в одной из камер;

· электронным блоком измерения электрических импульсов на выходе сенсоров, их преобразование в цифровой сигнал и дальнейшую коррекцию сигнала перепада давления в конденсационном сосуде в зависимости от плотности питательной воды по значению избыточного давления в барабане котла (по линии насыщения), с формированием стандартного токового сигнала 4 – 20 мА или дискретного на выходе.

За основу многопараметрического преобразователя был принят надежный и проверенный отечественный дифференциальный преобразователь давления типа САПФИР‑22МР‑ДД, серийно выпускаемый Рязанским приборостроительным заводом ОАО «ТЕПЛОПРИБОР» (рис.18).

Рис. 18. Принципиальная схема многопараметрического преобразователеля давления:

1 – электронный преобразователь;

2 – гермоввод;

3 – прокладки;

4 – тензопреобразователь измерения перепада давления;

5 – тяга;

6 – центральный шток;

7 – плюсовая камера;

8 – мембраны;

9 – основание;

10 – фланцы;

11 – замкнутая полость, заполненная кремнийорганической жидкостью;

12 – минусовая камера;

13 – гермоввод;

14 – тензопреобразователь;

15 – тяга;

16 – мембрана

Дополнительный контур измерения избыточного давление р состоит из мембраны 16, соединенной тягой 15 с тензопреобразователем, который через герметичный ввод 13 связан с электронным преобразователем 1.

В контуре измерения перепада давления ∆ р (см. рис. 16) разность давлений в плюсовой 7 и минусовой 8 камерах вызывает прогиб мембраны 9, который через тягу 10 и центральный шток передается на тензопреобразователь 11. Деформация тензопреобразователя 11 приводит к изменению его сопротивления, при этом меняется значение напряжения U ∆ р, которое передается в электронный преобразователь 12. Таким образом, 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 посредством тяги 14 передается на второй тензопреобразователь 15. Деформация последнего приводит к изменению его сопротивления, при этом меняется значение напряжения Uр, которое передается в электронный преобразователь 12.

Электронный блок 1 состоит из блока индикатора и двух плат: клемной и платы микропроцессора. На клемной плате установлена клемная колодка для присоединения жил кабелей питания и нагрузки. На плате микропроцессора расположен микроконтроллер, который оцифровывает сигнал от измерительного блока, ступенчато в пределах класса точности датчика корректирует его, отображает на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ) и преобразует из цифрового формата в стандартный выходной токовый сигнал.

На верхней поверхности корпуса электронного блока под откидной крышкой расположены четыре колодца, в каждый из которых может быть введен манипулятор ручного управления для контроля и программирования преобразователя.

На подсвечиваемом ЖКИ можно отобразить параметры технологических измерений:

· уровня;

· дифференциального и абсолютного давления;

· значения выходного токового сигнала;

· температуры собственно электронного блока.

Воздействием магнитного манипулятора вводятся (задаются) или корректируются данные верхних пределов диапазонов измерений, перепада давлений, абсолютного давления, время демпфирования, метрологическая информации о данном датчике. Так же предусматривается корректировка значений уровня и выходного сигнала, включение функции самотестирования преобразователя.

Рисунок 19. Схема присоединения преобразователя Сапфир-22МР