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