液位測(cè)量裝置在火力發(fā)電廠的應(yīng)用與選型

摘要：液位測(cè)量是火力發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程中的重要測(cè)量參數(shù)之一。文章介紹了幾種常見的液位測(cè)量裝置的工作原理和特點(diǎn)，并根據(jù)潮州發(fā)電公司多年生產(chǎn)過(guò)程中的使用和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)火力發(fā)電廠的液位測(cè)量額選擇給出了實(shí)用性建議。

關(guān)鍵詞：液位測(cè)量；火力發(fā)電廠；應(yīng)用選型

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）23-0042-02

1 概述

在火力發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常要對(duì)儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐、水池和其他容器中的介質(zhì)的體積或高度進(jìn)行控制，以確保生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而在一般的生產(chǎn)工作中，通常只需要對(duì)被測(cè)介質(zhì)的表面位置進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)，以確保作為生產(chǎn)、安全等方面的需要。但隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，對(duì)液位測(cè)量技術(shù)也提出了更高的要求：要求測(cè)量對(duì)象要廣、測(cè)量的精度要高、測(cè)量的可靠性要好、測(cè)量的特殊環(huán)境適用性要強(qiáng)。被測(cè)介質(zhì)液面波動(dòng)大、儲(chǔ)罐內(nèi)存在氣泡、是否具有粘滯性或腐蝕性等問(wèn)題都對(duì)液位測(cè)量造成了很大影響。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際工況正確地選擇液位測(cè)量裝置是對(duì)生產(chǎn)的一種保障。

2 原理和特點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)火力發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的液位測(cè)量方法，有以下五類：

2.1 超聲波液位測(cè)量

一般把聲波頻率超過(guò)20kHz的聲波稱為超聲波。超聲波是機(jī)械波的一種，即是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的一種傳播過(guò)程，它的特征是頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，另外方向性好，能夠成為射線而定向傳播。超聲波液位測(cè)量裝置由超聲換能器發(fā)射的超聲脈沖經(jīng)空氣中在被測(cè)介質(zhì)表面反射返回接受換能器，通過(guò)超聲脈沖的往返時(shí)間，就能得到超聲換能器輻射面到被測(cè)面的距離。再根據(jù)超聲換能器的安裝高度，就可以得出實(shí)際液位高度。超聲波液位計(jì)與介質(zhì)無(wú)直接接觸，耐腐蝕性強(qiáng)，精度較高，安裝簡(jiǎn)便。但其價(jià)格較高，超聲波受傳輸媒介的氣體成分影響較大，受容器幾何結(jié)構(gòu)特性影響較大，不適用于有氣泡或懸浮物的介質(zhì)，容易受電磁波干擾。

2.2 雷達(dá)液位測(cè)量

雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射的是一種特殊形式的電磁波，其物理特性與可見光相似。雷達(dá)信號(hào)是否被反射，主要取決于兩個(gè)因素：（1）被測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)電性；（2）被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)。當(dāng)雷達(dá)液位計(jì)朝一個(gè)目標(biāo)發(fā)射電磁波，電磁波被反射后返回發(fā)射源。安裝在發(fā)射源處的接收器捕獲到反射波，并把它與發(fā)射波做比較，最終確定目標(biāo)與發(fā)射源的距離。雷達(dá)波不易受干擾，且穿透能力很強(qiáng)，可以測(cè)量壓力容器內(nèi)液位，可以忽略高溫、高壓、結(jié)垢和冷凝物的影響。精度較高，與介質(zhì)無(wú)直接接觸，耐腐蝕性強(qiáng)，可在真空環(huán)境中和有較強(qiáng)漩渦的環(huán)境下使用，安裝簡(jiǎn)便。但其造價(jià)昂貴，受容器幾何結(jié)構(gòu)和材料特性影響，容易受電磁波

干擾。

2.3 電容式液位測(cè)量

電容式液位計(jì)將被測(cè)液體的介電常數(shù)和液體上面空氣的介電常數(shù)作比較，利用電容兩極板間電容值變化測(cè)量液面的高低。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)，適用于具有腐蝕性和高壓介質(zhì)。但電容式液位計(jì)介質(zhì)和液面上部的介電常數(shù)必須保持恒定才能準(zhǔn)確測(cè)量，對(duì)容器材質(zhì)有較高的要求，對(duì)粘性介質(zhì)和導(dǎo)電介質(zhì)容易產(chǎn)生掛料，誤差較大。

2.4 磁翻板液位計(jì)

磁性浮子液位計(jì)也稱磁翻板液位計(jì)，根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，液位計(jì)本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動(dòng)紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°，當(dāng)液位上升時(shí)翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位下降時(shí)翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實(shí)際高度，從而實(shí)現(xiàn)液位清晰的指示。磁翻板液位計(jì)能夠快速、直觀地讀數(shù)，價(jià)格較低，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)。但它精度低，安裝復(fù)雜，量程有限制，安裝體積比

較大。

2.5 差壓式液位變送器

差壓式液位變送器安裝在液體容器的底部，通過(guò)表壓信號(hào)反映液位高度。當(dāng)差壓計(jì)一端接液相，另一端接氣相時(shí)，根據(jù)流體靜力學(xué)原理，有：

PB=PA+Hρg （1）

式中：

H——液體高度

ρ——被測(cè)介質(zhì)密度

g——被測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?/p>

由式（1）可得：

ΔP=PB-PA=Hρg

在一般情況下，被測(cè)介質(zhì)的密度和重力加速度都是已知的，因此，差壓變送器測(cè)得的差壓與液體的高度H成正比，這樣就把測(cè)量液體的高度的問(wèn)題變成了測(cè)量差壓的問(wèn)題。差壓式液位變送器穩(wěn)定性好，精度高，且常用的壓力變送器即可作為測(cè)量用設(shè)備。但它對(duì)容器內(nèi)部介質(zhì)穩(wěn)定性要求較高，不宜用做測(cè)量腐蝕性介質(zhì)。

3 應(yīng)用和選型

潮州發(fā)電公司機(jī)組自2005年投產(chǎn)以來(lái)，液位測(cè)量就一直存在或多或少的問(wèn)題。有的是測(cè)量精度不夠，有的是測(cè)量的穩(wěn)定性不高。針對(duì)這些問(wèn)題，公司曾組織專人到各個(gè)火力發(fā)電企業(yè)調(diào)研，總結(jié)分析各種液位測(cè)量裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，目的是根據(jù)各廠經(jīng)驗(yàn)將公司現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行全面調(diào)整改造，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)多年來(lái)生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下六點(diǎn)：

3.1 明渠水池液位測(cè)量

明渠水池一般無(wú)法安裝差壓式液位變送器和電容式液位計(jì)，所以需要在雷達(dá)液位計(jì)和超聲波液位計(jì)間做出選擇。選擇設(shè)備前，先要考慮水池內(nèi)環(huán)境如何。例如水池內(nèi)部是否有攪拌器長(zhǎng)期運(yùn)行，造成水池出現(xiàn)漩渦；或者水池內(nèi)溫度較高，有較多蒸汽。這類水池一般應(yīng)該選擇雷達(dá)液位計(jì)，因?yàn)槔走_(dá)液位計(jì)發(fā)射的雷達(dá)波穩(wěn)定，且對(duì)環(huán)境因素適應(yīng)性強(qiáng)。如果是一般的明渠水池的話選擇超聲波液位計(jì)就可以，超聲波液位計(jì)在測(cè)量環(huán)境上要求雖然不如雷達(dá)的高，但其價(jià)格要優(yōu)于雷達(dá)液位計(jì)。

3.2 油罐油位測(cè)量

油罐是火力發(fā)電廠的重要存儲(chǔ)容器之一，也是國(guó)家規(guī)定的重大危險(xiǎn)源之一。所以對(duì)油罐液位的測(cè)量既要求穩(wěn)定性高，也要求準(zhǔn)確性高。油罐的油位測(cè)量要安裝兩套不同原理的設(shè)備：磁翻板液位計(jì)和雷達(dá)液位計(jì)，其中磁翻板液位計(jì)只做就地觀察用。因?yàn)橛凸薷叨容^高，不可能經(jīng)常上去頂部檢查液位計(jì)的運(yùn)行情況，兩套設(shè)備能夠互相監(jiān)督判斷。差壓式液位計(jì)則不適用在鍋爐汽包等密閉容器中應(yīng)用廣泛，但測(cè)量結(jié)果并非真正液位，因此在油罐液位測(cè)量的設(shè)計(jì)中很少應(yīng)用。

3.3 酸堿存儲(chǔ)罐液位測(cè)量

酸堿存儲(chǔ)罐全部是密閉容器，且容器內(nèi)介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，揮發(fā)性高，日常維護(hù)起來(lái)也有較大的風(fēng)險(xiǎn)性。所以應(yīng)選擇磁翻板液位計(jì)和雷達(dá)液位計(jì)，其中磁翻板液位計(jì)只做就地觀察用，雷達(dá)液位計(jì)也可以用超聲波液位計(jì)進(jìn)行替換。因?yàn)闊o(wú)論是超聲波液位計(jì)和雷達(dá)液位計(jì)的耐腐蝕性都較強(qiáng)，不用擔(dān)心被酸堿性介質(zhì)和氣體腐蝕損壞。如果選用差壓式液位變送器的話，需要測(cè)量管路、安裝法蘭及變送器本身都要使用耐腐蝕材料，這樣造價(jià)就會(huì)很高。

3.4 儲(chǔ)水罐液位測(cè)量

儲(chǔ)水罐作為火力發(fā)電廠不可或缺的存儲(chǔ)容器，液位的測(cè)量會(huì)直接影響電廠制水系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間和機(jī)組用水量的把握。因此，選擇液位計(jì)首先要保證其精確性和穩(wěn)定性。無(wú)論從安裝角度還是維護(hù)角度來(lái)講，差壓式液位變送器都要優(yōu)于超聲波液位計(jì)和雷達(dá)液位計(jì)。因?yàn)閮?chǔ)水罐作為密閉容器，容器內(nèi)的水位不會(huì)有較大的波動(dòng)，容器內(nèi)部介質(zhì)也相對(duì)穩(wěn)定。

3.5 密閉水池液位測(cè)量

密閉水池的結(jié)構(gòu)基本與儲(chǔ)水罐相同，但由于密閉水池?zé)o法在水池底部開孔作為差壓式液位計(jì)的取樣點(diǎn)，水池內(nèi)部又沒(méi)有較惡劣的環(huán)境，選擇超聲波液位計(jì)測(cè)量即可。

3.6 漿液水池液位測(cè)量

火力發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)漿液水池一直是液位測(cè)量的難點(diǎn)之一。

由于漿液水池內(nèi)的漿液介電常數(shù)較高，氣體揮發(fā)性大，且漿液表面容易產(chǎn)生較多泡沫，對(duì)液位測(cè)量產(chǎn)生很大影響。以上介紹的幾種液位測(cè)量裝置均無(wú)法穩(wěn)定準(zhǔn)確地測(cè)量實(shí)際液位。潮州電廠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況分別安裝了雷達(dá)液位計(jì)和超聲波液位計(jì)進(jìn)行測(cè)量。相比較而言，超設(shè)備液位計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確性要高于雷達(dá)液位計(jì)，但仍需要維護(hù)人員定期清理超聲波液位計(jì)的換能發(fā)射裝置，以保障設(shè)備能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)論選用何種液位測(cè)量裝置，都需要定期對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)?；鹆Πl(fā)電企業(yè)只有在合適的系統(tǒng)合適的工況選擇合理的液位計(jì)，才能夠更好保證設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，并減少人員維護(hù)的工作量和風(fēng)險(xiǎn)。

作者簡(jiǎn)介：朱宏永（1981—），男，供職于廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，研究方向：電廠熱工控制技術(shù)管理。