差壓式液位變送器在承壓容器液位測量中的誤差分析

      對于承壓容器的安全工作來說，液位數據是其中一項重要過程參數。實際生產實踐中，承壓容器內的液位與壓力很多時候都是處于動態的變化過程中，外部工況條件的改變也同時有可能導致測量過程中測量值與實際液位發生較大的偏差，對工業生產的安全造成隱患。為了讓用戶對于此現象有一個客觀的了解，小編通過本文介紹了差壓液位變送器進行式液位測量方法的基本原理，對其中引起誤差的多個因素進行了分析和計算，說明了液位補償的基本原則，并通過實例對補償前后的液位進行了測量誤差分析，希望對于大家的工作有所幫助?！　?br />
        本文概述
　　在現代工業生產中，高溫高壓承壓容器有著**的應用，如火力發電中的鍋爐汽包、核電中的蒸汽發生器等，均為承壓容器。這類承壓容器多在高溫高壓條件下工作，其中水和水蒸汽一般為飽和狀態，其液位測量和控制是安全運行過程的重要一環。
　　此類容器的液位測量，目前常用的是利用差壓方法[1]，即通過差壓變送器測量壓差從而計算液位。一般地，液位計算中選取幾個正常工作點，按照相應的密度進行計算。當工作范圍變化比較大時，這種方法會造成比較大的誤差。
　　本文從原理上詳細分析了差壓式液位測量方法產生測量誤差的原因，以及相應誤差的計算方法，并用該方法對某實際承壓容器的差壓式液位測量結果進行了補償，驗證了計算方法的有效性。
　　1 承壓容器差壓式液位測量原理簡介
　　采用差壓方法進行承壓容器液位測量的基本原理如圖 1所示，差壓變送器正壓側通過使用平衡容器來維持恒定的壓力，負壓側與容器下取壓口通過引壓管直接相連。當容器內液位發生變化后，負壓側的壓力發生變化，從而正、負壓側的差壓發生變化，通過測量差壓以達到測量液位的目的。
　　以上工作壓力變化所引起的誤差可以通過改變平衡容器的布置方式來進行補償[2][3][4]，不過通過平衡容器補償的方法只能保證在一定液位運行時有效，當液位變化較大時，誤差也會越大。
　　工作壓力變化所帶來誤差的根本原因是差壓變送器測量得到真實差壓后，由于工作壓力變化導致容器和測量管路內水和水蒸氣的密度發生變化，由差壓計算液位的過程仍舊使用在標定壓力下水和水蒸氣密度值，導致出現誤差。如果能夠得到當前工作壓力，在計算環節使用補償算法，利用水和水蒸汽參數表IAPWS-IF97[5]計算當前容器內介質的密度值，則可以消除由于工作壓力變化所帶來的液位誤差。
　　2.2 參考段溫度變化引起的誤差
　　如圖 1所示，當在運行工況條件下標定差壓式液位測量裝置時，除標定壓力外，也要確定標定條件下的參考段溫度（文中稱為標定溫度）。一般來說，承壓容器多在高溫高壓條件下工作，相應的參考段溫度也會受到影響，如果參考段溫度發生變化，液位測量也會產生誤差。
　　2.4 其他誤差
　　容器內流體動壓頭引起的誤差：
　　差壓式液位測量裝置在標定過程中，通常認為容器內液體為靜止狀態，不考慮取壓口流體流動的影響。一般來說，承壓容器主要用于熱量交換，多在高溫高壓條件下工作，都存在流體流動的狀況，采用差壓式變送器測量液位過程中，上下取壓口附近流體流動所引起的動壓頭會對變送器的壓力測量正負端產生影響，從而對液位測量帶來誤差。
　　平衡容器及變送器引壓管布置
　　如圖 1所示，平衡容器的作用是使差壓變送器正壓端壓力由穩定液位產生，保證測量準確性，如果平衡容器設計不合理，會導致在承壓容器內溫度壓力大范圍波動時，冷凝器中液體發生沸騰等狀況，導致液位波動，對液位測量帶來誤差；引壓管布置應該從上部取壓口到平衡容器進口有向上的坡度，這樣當蒸汽在平衡容器中凝結后，能夠回流至承壓容器內，從而保持平衡容器中液位恒定；而冷凝器與上部取壓口之間的引壓管也不能過長，過長會導致蒸汽在引壓管內已經凝結完成，然后回流承壓容器，而不能往平衡容器中補充液體，導致液位不穩定從而帶來誤差[8]。
　　承壓容器的熱脹冷縮：
　　如果要精確計算承壓容器內液位，也要考慮到承壓容器本身的熱脹冷縮特性，由于容器溫度的變化，承壓容器的尺寸會發生變化，相應的液位計算也需要修正。
　　3 差壓式液位測量校正對比
　　根據以上差壓式液位測量裝置誤差原因分析，現對某承壓容器在運行過程中記錄的液位進行分析，以驗證以上分析的合理性和正確性。
　　該承壓容器針對不同工作狀態下的液位測量，分別布置了兩個差壓變送器，其中變送器1針對承壓容器在正常功率運行時來測量液位，其標定壓力為5.6MPa，標定參考段溫度為25℃，變送器2針對承壓容器在啟動過程中測量液位，其標定壓力為0.1MPa，標定參考段溫度也為25℃。
　　在正常運行條件下，兩個變送器測量的是同一個液位，測量結果應該不會偏差很大，由于標定條件的差異，兩者之間存在較大偏差；經過校正計算后，得到不同功率條件下的變送器1和變送器2的測量結果比較接近，如圖 3所示，可以說明上節給出的誤差計算方法的有效性。
　　5 結論
　　作為承壓容器液位測量的經典方法，差壓式液位測量裝置在現代工業中得到了普遍應用。但由于差壓式液位測量裝置由引壓管、冷凝罐和差壓變送器組成，且事先需要在參考段內充水，屬于容器液位測量的間接測量方法，易受容器內介質的密度、參考段內水的密度、以及容器取壓口處流體動壓頭等因素的影響。本文針對這些因素進行了誤差分析，提出了補償計算方法，并通過實例論證了該方法的有效性，較好地彌補了差壓式液位測量方法的不足。

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