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电厂高低压加热器水位测量技术

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菏泽发电厂#1机组组建于1985年,锅炉侧主要调节系统采用大连仪表厂引进的VI87MA调节器和1151电容式变送器,汽机侧的自动调节系统采用80年代产品,工作电源220V.AC,工作电流010mA,如DDZ-Ⅱ型机械式变送器、晶体管电路构成的DTL-331调节器,当时还算可靠的Ⅱ型设备及技术,现已经逐步被国家统一标准的精确可靠的Ⅲ型设备及技术所取代,如智能式变送器,CPU高级集成电路构成的调节器,电源一般为24V.DC,工作电流420mA.DC,特性稳定可靠。


1999年~2000年,通过DCS改造,使用11513051变送器属于ROSEMOUNT11513051系列,11513051电容式压力(差压)变送器是用测量膜片的微位移产生电容量的变化,经测量电路将其转化为420mA.DC的统一标准信号;Ⅱ期高低加水位原采用Fisher基调仪控制,根据使用情况改为DCS,加装了平衡容器、取样管路和3051电容式差压变送器,Ⅲ期高低加水位采用超声波测量。


1 1151电容式变送器


1.1 测量结构特性


1151电容式压力(差压)变送器的测量部分以可变电容为敏感元件,即“δ室,被测压力通过隔离膜 片和硅灌充液传递到位于“δ室中心的测量膜片上,比较压力以同样方式传递到测量膜片的另一侧,其结构主要由隔离膜片、测量膜片、电容固定极板、绝缘体、引出电极等组成,工作时,高、低压侧的隔离膜片和灌充液将高低压侧压力传递给灌充液,接着灌充液将压力传递到传感器中心的传感膜片上,传感膜片是一个张紧的弹性元件,其位移随所受压而变化,传感膜片的最大位移量为0.004inch0.1mm),且位移量与压力差成正比,两侧的电容极板检测传感膜片的位置,即测量膜片位置的变化由测量膜片两侧的电容极板的电容量变化而检测出来,测量膜片与电容极度板之间的电容值约150pf传感膜片和电容极板之间电容的差值被转换为相应的电流,其特性参数分析计算如下。


 


1测量电容结构参数


P=0C1=C2=εA/d0;△P0,△d=K1PC1=εA/d0+d),C2=εA/d0d


i1=ωeC1i2=ωeC2,ω=2πfi1+i2=ωeC1+ωeC2=ωe(C1+ C2)


i2-i1=ωeC2ωeC1=ωe(C2-C1)=(C2-C1)(i1+i2)/C2+ C1


(C2-C1)/(C2+ C1)=[εA/d0dεA/d0+d)]/[εA/d0d+εA/d0+d)]=d/ d0


i2-i1=i1+i2)△d/ d0,(i1+i2=K


i2-i1=Kd/ d0= K K1P / d0=K2P


1.2转换部分


转换部分的作用是将电容比的变化转换为4~20mADC标准信号,实现零位、量程、正负迁移、阻尼调整等功能,转换电路由解调器、调零电路调量程电路、电流控制放大器、电流限制电路、基准电压等组成。


                      2转换部分


1.3电容式变送器解调器


振荡器产生的励磁电压e送至L3L4L5。正半周时:D2D6D3D7导通,i1L5的“+”→D2D6C1C15R5→“”,电流i1L4+”→R4D3D7C2C15RAD→“”,(RAD=R10//R11);e为负半周时:i2L5的“+”→R5C15C2D8D4→“”,电流i2L3+”→RBDC15C1D5D1R6→“”。


UAB1=- i1RBD– i2RADR1D=R13R11=R12RAD=RBD-R


UAB1=-Ri1+ i2);UAB2=- i1R13– i2R11UbR10R11R12R13常数,UAB2=C


U1= UAB2+ UAB1= UAB2– Ri1+ i2= C- Ri1+ i2


i1+ i2)↑→  U1 ↓→e↓→(i1+ i2


U5= R5i2– i1= R5K2P



 3电容式压力变送器解调器


 1.3 ROSEMOUNT1151压力(差压)变送器校验



1.3.1零点和量程的调校


零点和量程调整螺钉位于放大器壳体的铭牌后面,移开铭牌既可进行调校,顺时针转动调整螺钉,使变送器输出增大,反时针调整,则输出减小。


零点调整不影响量程,量程调整会影响零点,调整量程影响零位的大小相当于量程调整量的1/5,即上调量程为0.8mA,则零位就会比原来升高0.16mA,为了补偿这种影响,就要比实际要调的输出值超调25%,如量程01300mmH2O,在输入压力为1300mmH2O时,输出读数为19.900mA,应顺时针调整量程电位器,使输出读数为20.025mA,即19.900+(20.00019.900)×1.25=19.9000.125=20.025mA,量程调增0.125mA,则零位将会增加0.125×1/5=0.025mA,输入压力为1300mmH2O,逆时针调整零位电位器,使输出读数回到20.000mA,此时变送器就调校好01300mm量程。


1.3.2迁移量及改变量程的调整


1)调整零点调整螺钉,消除原有的正或负迁移量。2)调整量程调整螺钉,可以改变变送器的原有量程,如缩小量程,输入零压力,调量程使输出= 4mA× 原有量程/新变量程,如扩大量程,输出原量程上限值,调量程使输出=20mA×原有量程/新变量程。3)输入压力为零,反时针调整零点螺钉,使输出回到4mA,这时量程改变基本完成。4)加入满量程上限值进行微调来回调几次,零点调整和正负迁移对量程没有影响,但量程的调整影响零点。5)正负迁移,小范围的迁移可以直接调整零点电位器达到,大范围的迁移需要改变正负迁移跨接片的位置,标“E”为负迁移,“S”为正迁移。6)正负迁移后,有时零位和满量程进行几次微调,在检验带正或负迁移时,最好先调校无迁移时实际所需要的量程,然后用零位调节螺钉来完成所需的正负迁移量,当迁移量较大时,还要用正负迁移跨接件来完成。7)在零点和量程调整中有机械间隙,改变调整方向时会出现死区,对于机械间隙最简单的办法是反向调整之前有意识的超调。


1.3.3阻尼调整


放大板上焊有一个微调阻尼器,用来抑制被侧压力引起的输出块波动,其时间常数在0.44.0S之间,出厂时此阻尼器调在逆时针极限位置上,时间常数为14S,时间常数调节不影响变送器,所以阻尼调数可在现场进行,按顺时针转动阻尼器可以达到实际所需的阻尼值,注意电位器两端有止档,不可强拧电位器造成阻尼器损坏。


1.3.4 变送器线性调整


在变送器放大电路板上,有一线性调整螺钉可对变送器输出进行线性调整。



1.4 ROSEMOUNT1151智能型变送器检定



ROSEMOUNT1151系列分为智能型和模拟型,模拟变送器检定与上述检定方法一样,ROSEMOUNT1151智能变送器的检定用一个压力源和零点量程按钮重定量称。


1.4.1零位量程调整。


找到变送器面板上的ZEROSPAN按钮,同时按下ZEROSPAN 2个按钮至少10S,向变送器高压侧加4mA点对应压力,使用的压力源应3倍至10倍于所需校验精度,观察输出是否为4mA,否则按“ZERO5S,直到输出为4mA;向变送器高压侧加相当于20mA点对应的压力,观察输出是否为20mA,否则按“SPAN5S,直到输出为20mA


输入压力(差压)变送器各点压力值,校对外输出电流是否在允许误差内,如不合格,则按上述步骤重新调整零位、量程,检定周期至下次机组大修。


1.4.2现场使用注意事项


启动前检查接线是否在信号端子上,不可接在试验端子上,检查电源电压和负载电阻是否符合负载特性要求,启动后观察仪表指示情况,若显示波动较大,应增加阻尼时间常数。


变送器装好后,投运时,先开负压侧门,再关平衡门,再开正压侧门;停运时,先关正压侧门,再开平衡门,再关负压侧门。


2 3051电容式变送器



3051电容式变送器测量采用二线制420mA.DC信号,通过面板按键,不需上位机或操作器可设置变送器量程、负迁移、调零、调满及微调,同时带有HART协议,可用高速可寻址远程发送器数据通讯——HART Communicator;打开HART Communicator后,显示的菜单上包括以下:设备设置、过场变量、模拟输出、量程上限值和下限值,如图41)(2)。


如果在现场校验时,要改变变送器量程,则选中量程上限值,按确认后,输入要修改的数值,然后选SEND发送,按照手操器显示信息,按OK即可,改变量程下限值方法同上,如果在SEND过程中,提示ABORT,则要及时退出,否则手操器提示:如果再按OK的话,就会烧掉变送器中的EPROM,务必注意,另外,如果EPROM写保护,则不允许发送数值,此时,可以现场打压,直接调整变送器上的零点或满度电位器,如果想修改变送器的阻尼时间,即DAMP值,则可按七、八下路径进入,设备设置→基本设置(3)→阻尼(6),则按确认后,将显示DAMP时间值,修改后,同样要SEND,注意项目同上所述。


修改量程:选择量程上限值→ENTER→输入要修改的值→ENTERSEND→(根据提示选择)OK,修改量程下限同理。


41 HART菜单树


修改延迟时间:设备设置→基本设置→DAMPENTER→输入要修改的值→ENTERSEND→(根据提示选择)OK


Ⅱ期高加水位自动调节系统内有一套在水位较高时降低高加解列的保护逻辑,由于高加水位自动调节一直较好,此保护逻辑使用较少,工作过程如下:当每个高加水位高到高1值和高2值中间值时,本级高加疏水调门将快开到100%,并切手动,同时上级高加疏水调门在自动状态下关10%的幅度,直到水位降到比1值和高2值中间值低20mm时,才允许运行人员手动投入本级高加疏水调门自动。


3 导波雷达


3.1 测量原理


超声波传感器发射230kHz的超声波信号,通过测量反射回波的时间,经过电子电路处理后,转换成水位距离并输出信号,送入DCS控制执行机构,达到自动控制水位在规定范围内。


  


              超声波传感器基本参数


 


42 HART菜单树



3.2 参数与设定



3.2.1 快速设定所需要的参数:工程单位、量程(最大测量范围)、4.00mA.DC设定点、20.00mA.DC设定


点、故障、安全模式(3.6mA.DC22.00mA.DCHOLD)、时间阻尼常数(最大可到10秒)。


3.2.2 基本功能键:                                        1













操作


功能


   


增大或减少正在闪动的数字值,向上或向下翻转菜单内容,改变设置参数项



选定或存储当前的设定并进入下一个需要设定的参数项。


3.2.3快速设定:


电流输出也可以将4.00mA.DC设定为满量程,将2000mA.DC设定为空,若设定的参数值超出允许范围或数字不符合当前参数项要求,则不能完成当前设定。                                                         


       


2

























































































显示内容


操作内容


参数意义


#7低加现场设置


*Status*


*Level*


*% Out*


*Loop


仪表显示


仪表的默认显示内容水位、%输出和环路电流,每隔5秒交替显示。


Ok


33.5cm


33.5%


9.36mA


Level


XXX.Xcm


仪表显示


显示测量的水位值


33.5cm


 


% Out


XX.X%


仪表显示


仪表显示的按量程换算的%输出


33.5%


Loop


XX.XmA


仪表显示


仪表显示的回路电流值


9.34mA


PrbMount


(select)


选择所选用探杆的型号


探杆型号的前4


7xS-x


PrbMount


(select)


选择探杆安装形式


选择NPTBSPFLANGE


NPT


MeasType


(select)


选择水位测量类型


选择Lvl Only


Lvl Only


Lvl Units


(select)


选择水位单位


cm,inches,feet,meters中选择


cm


Probe Ln


XXX.X


输入探头的准确长度


探杆型号的最后三位数字


130.0cm


Lvl Ofst


XXX.X


输入OFFSET的值


从探头底端到0%参考点的距离(-61762cm


-15cm


Dieletrc


(select)


选择介质的介电常数范围


选择1.41.71.73.03.01010100


10100


Senstvty


XXX


输入探杆的灵敏度


允许细调


55


LoopCtrl


(select)


选择控制回路电流的变量


选择Level


Level


Set 4.00mA


XXX.X


输入4.00mA.DC输出对应的水位


设定时注意避开探头顶部、第部存在的一个信号发送区(015cm


0.0cm


Set 20.00mA


XXX.X


输入20.00mA.DC输出对应的水位


设定时注意避开探头顶部、第部存在的一个信号发送区(015cm


100.0cm


Damping


输入阻尼时间


010秒的范围


2s


当被测信号有很强烈噪声或过程变化剧烈时,为稳定输出,选择一个适当的阻尼时间。



3.3改进分析



20061023日~24日,热工队针对#6#7低加水位测量不准确,变送器LT3072LT3073偏差大,信号不稳定的现象,利用停机备用机会,对其测量系统进行了改造,去除LT3073导波雷达测量筒连接法兰,消除泄漏点,割除LT3072导波雷达测量筒连接法兰,安装3051型电容式变送器。


由于该测点位于汽机6.5米层,工作小组开好动火第二种工作票,要求运行做的措施包括测量动火区域内,空气中的氢气含量小于3%,检修做的措施包括防止焊渣飞溅、坠落,必要时设置隔离挡板,动火工作结束后,要检查清除残留火种,并进行危险点分析,如果动火区域内氢气浓度过高,会产生爆炸。


3.3.1 #5#8低加水位变送信号波动。


#6#7低加水位信号波动曲线如图5(a)。


       


 


 


 


 


 


 


 


 


 



传感器及其接线                     信号曲线


导波雷达:INPUT 24VDCOUTPUT 420Ma.DCMAX PRESSURE 1000PSI


3.3.2 去除连接法兰,消除泄漏点


首先清除法兰上的黄油和变送器接线,做好接线正负极性、测量筒东西位置标志,连接电源盘,用切割机割去LT3073测量筒侧和LT3072LT3073引出管侧法兰,用磨光机打好坡口,找来PP-A132不锈钢焊条,焊接LT3073测量筒。如图6所示


 


3.3.3 改装3051电容式变送器


LT3072汽侧加装弯头,弯制取样管路并焊接,用取样管引至水侧安装的变送器处,焊接接头,并连接变送器取样口,电缆加长穿蛇皮管,按极性恢复接线,打开一次门,变送器投用,为#6机组顺利开机后,#7低加投入运行创造了条件,用米尺测量汽、水侧引出管高度158mm,用HART手操器校验量程合格。图7


 图7改装的3.51电容式变送器


3051型电容式变送器:出厂编号4602467,校验量程062.2kPa3051 CD2A22A1AB4DF,北京远东罗斯蒙特仪表有限公司,最大工作压力25MPa,电源电压10.555VDC电源和信号为串接形式的两线制工作回路,信号输出420mA.DC,变送器装配与仪表管连接的成套接头,具备设备运送到现场后,安装人员只需将仪表管和接头焊接即可。


4.推广应用



#3#4机组分别于200112月和20027月投产发电,#7#8低加水位测量装置设计采用差压测量方式,经过5年左右的使用发现,由于所测介质长期处于负压区,受真空工况影响很大,当加热器内的温度和压力变化时,极易产生虚假水位,信号波动大,取样回路密封不严密,造成水位测量不准确,严重影响低压加热器的加热效果。


由于差压测量不能准确稳定反映低加水位,降低了低加的加热效率,为彻底解决以上存在问题,借鉴#5、#6机组#7、#8低加水位测量的成功经验,采用导波雷达测量方式,可提高测量精度;Magnetrol导波雷达液位变送器采用了TDR(时域反射) 原理,当压力、温度变化时不影响液位的测量 ,超声波的传导采用同轴金属杆,测量误差可达0.1%,从而实现对液位的精确测量,提高低加的加热效果。


项目实施的主要内容包括拆除原差压式测量设备和取样管路,焊接导波雷达取样管路、二次门、法兰盘,安装导波雷达测量装置,法兰盘紧固严密,设置导波雷达测量装置所使用的量程;项目实施需要的主要设备材料包括长度1.1m的导波雷达4个,φ28mm的取样管路8m,φ28mm二次门8个,φ28mm的法兰盘8对。


设备主要技术要求以及质量要求取样管路布置合理,不能影响周围设备的操作,二次门水平焊接,操作方便,确保低加装置与导波雷达管路畅通,导波雷达水位量程设置正确,机组启动后与就地翻板水位计指示一致,管道焊接严密,无渗漏,法兰盘紧固严密。


工程造价包括一套导波雷达水位测量装置费用大约3.5万元,4套合计14.0万元,更改进度计划包括提报物资购买计划,制定相关技术协议,签订购买合同,设备到货验收,#3#4机组检修期间实施安装调试,大约40个工日。

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