1、导波雷达计在湛江发电厂低加水位测量的应用摘要：简析湛江发电厂#3 机组#2 低加原测量水位方式、原理及存在的隐患缺陷，介绍导波雷达液位计的特定，以及换型之后的使用情况和取得的效果。 关键词：低加水位；准确测量；安装调试；使用效果 中图分类号：TV74 文献标识码： A 文章编号： 一、原低加水位测量方式的原理和使用中出现的异常和隐患 1、湛江发电厂#3 机组为亚临界 300MW 汽轮发电机组，汽轮机为东方汽轮机厂生产的单轴、两缸两排汽、一次中间再热型亚临界汽轮机，其中给水回路的低压加热器采用东方锅炉厂提供的设备。 在火力发电机组运行过程中，凝汽器、除氧器、低压加热器等负压及微正压容器的液位测量
2、是否准确，直接关系到机组运行的可靠性及机组效率。准确地测量水位，进而更好地控制水位在允许范围内变化，对于保证安全，提高经济效益具有重要意义。湛江发电厂#3 机组原低加水位采用带平衡容器的 1151 差压变送器测量方式测量，平衡容器建立的恒定压力，与水位产生的压力之差，通过差压变送器来测量高、低压侧水位差压值，再转换为 420mA DC 信号送入 DCS 系统进行差压水位转换来实现水位的测量。如图 1 所示： 图 1：原低加水位测量原理示意图及现场安装照片 从上图可看出，1151 差压式水位测量装置主要由连通管、平衡容器。引压管、1151 变送器组成。 2、1151 差压式水位测量装置工作原理
3、以图 1 低加水位测量装置为例，低加内蒸汽在平衡容器内不断散热凝结，平衡容器内的液面总是保持恒定，所以正压管内的水柱高度是恒定的，负压管的水柱高度则随着水位 H 而变化。因此由正负压引入口得到的差压信号为: 式中 L 平衡容器的安装尺寸； g 重力加速度； p ,p 压力容器内水与蒸汽的密度； H 低加水位。 由上式可见，当平衡容器的结构一定、压力一定及 p1定时，平衡容器的输出差压p 与水位 H 呈线性关系，这就是平衡容器的工作原理。由上式还可以看出，p 多与 H 的关系具有负的斜率，即水位越高，差压越小。 正负压管的压力信号通过挤压 1151 变送器中电容膜室的膜片，改变膜片间的距离，引起
4、正负膜室电容的变化，即有下列线性关系: （C1-C2）/（C1+C2）=KP 式中 C1、C2正、负膜室电容；K比例系数。 1151 变送器中的测量电路将差动电容量的变化转换成420mA DC 电流信号,经控制电缆送至 DCS 系统。此时，1151 变送器输出的 420mA DC 电流信号与低加水位 H 呈反向线性关系，即水位越低，差压越大，420mA DC 电流信号也越大。 上述信号流程为: 水位高度信号 H正负压管的差压输出信号Pl151 差动电容信号420mA DC信号DCS 系统。 3、由于使用的是带平衡容器的差压变送器测量方式，从图 1 现场安装照片可看出，从一次门后分别有平衡容器、
5、二次门、平衡门，排污门，再加上仪表管连接部分，其中涉及了许多接头和焊口。此外，在热力系统上，低加疏水于凝汽器相连，凝汽器真空度对水位影响也很大，如果其中的一个接头或者焊口有渗漏，一旦有漏点吸入空气后导致低加内汽侧蒸汽分压力下降，对应的饱和温度下降，凝结在平衡容器内的凝结水（正压侧）会少量蒸发，变送器正压力端静压力下降，而变送器水侧（负压端）与低加水位连通不受影响，这样变送器测得差压值变小，就会对测量值造成影响，从而导致运行人员无法准确判断真实水位。测量值的不准确，也会影响与之相关联的设备的自动和保护投入，造成设备不正常运行。另外，由于带有平衡容器，在机组大小修或者长时间的停运之后，之前平衡容器
6、内建立的恒定水位已经减少甚至是没有，在低加投入运行初期，要等待平衡容器内冷凝保持恒定水位需要一段时间，这样会让运行人员无法正确判断机组启动初期低加内的水位位置。而在机组长期运行过程中，当出现异常需要低加全部或者部分解列，会导致凝结水温度急降，引起低加内部压力急降，进而也会影响差压变送器测量值。同样，低加内的温度和压力变化时，信号波动大，如果取样回路密封不严密，也造成水位测量不准确，严重影响低压加热器的加热效果。如图 2 所示： 图 2：改造前水位波动时的曲线，跨度为大约一个半小时， 二、导波式雷达液位计的原理和优点 1、导波雷达液位计原理：导波雷达液位计以脉冲时域反射原理(TDR)为基础的雷达
7、液位计。液位计的超窄脉冲信号以光速沿着刚性或柔性的导体发射，当遇到被测介质表面时，雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置，发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，经计算得出液位高度。介质的介电常数越高，反射越显著。测量系统由探头、信号转换器、密封系统和过程连接器组成。信号传输是 420mA 和 HART。 2、导波雷达液位计的优点 （1） 、能耗低。输出到波导探头的信号能量非常小，约为常规雷达发射能量1mW的 10%约 0.1mW。这是因为波导体为信号至液面往返传输提供一条快捷高效的通道，信号的衰减保持在最小程度，因而可用以测量介电常数非常低的介质液
8、位；另外由于导波雷达耗能小，采用回路供电而不是单独的交流供电，从而大大节省了安装费用。 （2） 、由于信号在波导体中传输不受液面波动和储罐中的障碍物等的影响，因而仪表所接收到的返回信号能量相应较强，约为所发射能量的 20%既 0.02mW，而且返回信号中的干扰性杂散信号极小，基本对测量信号无影响。 （3） 、介质介电常数的变化对测量性能无明显影响。导波雷达和常规雷达一样，采用传输时间来测量介质液位，信号自烃类介电常数 23液体表面或自水介电常数 80面反射回传的时间一样的，不同的只是信号幅度强度的差别。普通雷达须考虑介质的影响，比较难辩识返回的各种信号，从杂散信号中检出真正的液位信号，而导波雷
9、达仅需测量电磁波的传输时间即可，无需信号的处理和辨别。 （4） 、由于光速电磁波、是恒定的，不需要任何迁移来改变 仪表量程，不需现场标定，仅需现场输入有关参数即可使用。多台仪表在效验台上仅需几分钟即可组态调校完毕，在组态时，需接上 24VDC 电源并提供每个储罐的测量参数。 （5） 、介质密度的变化对测量无影响，介质密度的变化影响浸没于介质中物体所受到的浮力，但不影响电磁波在波导体中的传播。 （6） 、雾气和泡沫对测量无影响，由于电磁波不通过空间传播，因而雾气不会引起信号的衰减，泡沫也不会对信号进行散射而损失能量。 （7） 、介质在波导体上的沉积和涂污对液位测量的影响极小。介质在探头上的涂污对
10、测量液位的影响可分为两种：膜状涂污和桥接。膜状涂污是在液位降低时，高粘液体或轻油浆在探头上形成的一种覆盖层。由于这种涂污在探头上涂层均匀，因此对测量基本无影响；但桥接性涂污的形成却能导致明显的测量误差， ，当块状或条状介质污垢粘结于波导体上或桥接于两个波导体之间时，就会在该点测得虚假液位。导波雷达液位测量技术的进一步发展，将有可能减少或完全消除这种测量误差。 （8） 、导波雷达液位计的价格基本上同其他常用的液位测量仪表（如浮筒液面计等）相当，远远低于常规交流供电、电磁波在空间传播的普通雷达液位计。 3、导波雷达液位计的安装 （1） 、顶部直接安装，导波雷达的导波杆直接顶装在容器 的上端，安装方
11、式有螺纹 和法兰两种可以选择，一般插入到容器内部导波杆的长度就是设计要求的测量范围。 （2） 、配测量筒式安装， 导波雷达的导波杆顶装在测量筒的上端，测量筒再和容器连接，一般测量筒的侧侧接口的距离就是设计要求的测量范围。本次低加水位测量改造就是采用的测量筒安装方式。 由于导波雷达液位计是靠探头传播电磁波的，其探头按能否弯曲来区分可分为柔性探头和刚性探头，柔性探头能弯曲，对应是测量范围较大的场所，而另外不可弯曲的刚性套头则是对应测量范围较小的场所，本次改造选用的是刚性探头。如图 3 图 3：导波雷达液位计原理示意图及现场安装照片 三、水位测量方式改型后的使用效果 针对原低加水位测量方式的隐患，也
12、为了方便检修人员的日常维护，再分析了各种测量方式的对比之后，在#3 机组小修对其中的#2 低加水位测量进行了改造，使用了导波雷达液位计。 从图 3 可看出改造后的现场设备，从低加引压出的水位到雷达液位计测量筒，中间连接环节大大的减少，仅仅只是上下两个水位引压管焊口，减少了漏点的数量和几率，雷达液位计测量筒与测量装置采用法兰连接，中间用密封件密封，大大减少了真空对测量的影响。而且因为没有了平衡容器，在低加随机组启动时投入的时候，就可以准确的测量出正确的水位，对运行人员的操作和设备投自动保护提供了准确的依据。如图 4 图 4：改造后低加投入运行时的水位曲线，时间跨度为一天， 四、推广应用 通过这次的改造，并经过长时间的运行观察，由图 4 中的低加水位信号的历史趋势图可看出，导波雷达液位计的测量数据比较稳定、真实，无大幅波动跃变想象。而且由于连接部件的减少和简单，平时的维护量大大的减少，提高了低加的投入率和使用效率，从而提高了机组运行的可靠性及机组效率。在后续的其他机组和设备的水位、油箱油位的测量，例如凝汽器水位，润滑油箱油位等测量的改造，也参考及应用了类似的测量方式，并达到了理想的效果。
