導波雷達變送器在凝汽器水位測量中應用

摘要:針對差壓變送器測量凝汽器水位存在的缺點進行原因分析，提出采用了導波雷達液位變送器的改進措施解決了長期以來差壓變送器測量凝汽器水位波動大的問題。
0引言
　　凝汽器熱井的作用是聚集凝結水，以保證凝結水泵的正常運行。熱井儲存-定量的凝結水，保證甩負荷時凝結水泵不會馬上斷水。一般熱井的水位應保持在水井的1/3--2/3之間。凝汽器水位過高,則會淹沒部分凝汽器管束,汽輪機排汽凝結的空間減小,換熱空間減小,會使排汽溫度升高,真空下降,機組的經濟性下降。如果水位過低,凝結水泵耗電較少，但容易使水泵產生汽化,對葉輪損壞嚴重,運行時會使水泵產生一定的振動及出口壓力擺動現象。無論發生.上述哪種異常工況都會直接影響到機組的安全性和經濟性。因此,通常采用調節化學補給水調節閥開度的方式來控制凝汽器水位，當水位上升時，關小補水調門;反之則開大調門補水。所以,凝汽器水位測量信號作為被調量，務必正確地引入凝汽器水位自動調節系統，以保證自動調節系統正確、快速地進行調節,維持凝汽器水位在允許工作范圍內"。可見，凝汽器水位信號測量不正確會嚴重影響機組的安全運行。
1.存在的問題
　　梅縣電廠#5、#6機超高壓、中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、沖動凝汽式機組，與WX21Z--073LLT型空冷發電機及SG-440/13.7-M566循環流化床鍋爐配套梅縣電廠凝汽器水位測量采用的是就地翻板式水位計以及遠傳水位計。遠傳水位計采用的是差壓變送器,通過測量液柱重量的方式反映液位。整套裝置包括取樣一次閥.平衡容器、引壓管、平衡閥、排污閥和差壓變送器。由于取樣系統復雜,容易發生泄漏或堵塞現象,因此,用測微差壓的方式間接反映水位很不可靠。歸納起來，差壓式水位測量有以下缺點:
(1)取樣系統復雜,連接管路長,閥門較多,系統易堵塞或泄漏;
(2)任何輕微泄漏,都將嚴重影響水位測量,對于真空系統,輕微的泄漏往往不易被察覺;
(3)調試投用麻煩,須在引壓管中注滿水或等水蒸氣凝結充滿引壓管后才能投用變送器，運行人員須有專人不時到就地監視翻板式水位計水位;
(4)由于取樣系統復雜會導致測量的綜合誤差大。查閱從2005一2008年梅縣電廠5號機和6號機有關凝汽器水位的設備臺帳,發現出現的缺陷一共有15次，現象表現為DCS.上顯示的水位與就地翻板式水位計偏差大,且DCS.上凝汽器水位波動大,導致凝汽器水位自動調節不能投運，運行人員需要不時地到就地查看凝汽器水位。其原因有兩種:一是變送器正壓管沒有凝結滿水,二是變送器、平衡閥、一次閥接頭處連接不牢固。其中5號機有一次檢查了三天時間，最后才發現是由變送器汽側一次門盤根較松不夠緊固引起的。
2原因分析
　　凝汽器水位變送器的安裝設計以凝汽器底部水側取樣管為負壓側,以汽側取樣管為正壓側,如圖1所示。使用這種方法測量,在變送器運行初期,由于正壓側沒有凝滿水，變送器兩端差壓不能反映凝汽器水位的變化;在變送器正壓側凝滿水后,只要正壓側沒有泄漏點，就能保證變送器差壓信號能正確反映凝汽器水位的變化。所以,使用這種測量方法存在以下弊端:首先在于每次變送器檢修后都有一段時間不能正常使用;其次，由于凝汽器內為真空,如果正壓側有泄漏很難被發現，會導致變送器正壓側總是不能凝滿水，從而嚴重影響凝汽器水位測量的正確性。

　　為了在變送器運行初期所測差壓能夠正確反映水位的變化，后來我們在變送器的正壓側加裝了-個注水口(如圖2所示),水源取自凝結泵母管出口,目的是在凝汽器建立真空前,往變送器的正壓側注滿水,然后關閉注水閥。這樣如果注水閥不內漏且凝汽器的正壓管路.上沒有其它泄漏點，凝汽器建立真空后，正壓側的水不會因真空而被吸回凝汽器內部，解決了在差壓變送器投運初期正壓側不能凝滿水的問題。但因為增加了注水口，同時也增加了泄漏點存在的可能，看似能解決在變送器投運初期正壓側不能凝滿水的問題，但同時增加了正壓側泄漏的可能性,通過實際應用發現,還是不能避免凝汽器水位差壓變送器正壓側泄漏的問題。
3解決方法
3.1設備選型
　　為解決差壓水位變送器在使用中出現的水位測量失準難以克服的問題，通過咨詢專業人員和討論比較，決定采用羅斯蒙特3300系列導波雷達液位變送器對凝汽器水位測量方式進行改造。

　　導波雷達液位變送器的設計基于時域反射原理。它主要由發射和接收裝置、信號處理器、天線、操作面板、顯示、故障報警等幾部分組成。高頻微波脈沖接入到電纜或導桿式探頭中以光速沿其傳播，由于待測介質的介電常數大于空氣的介電常數(約為1),脈沖波在待測介質表面發生反射,回波信號被電子微處理器接收,進行分析并借助軟件將其轉換為以4~20mA的模擬量表示的實時液位信息。
即:h=H-?t/2
式中h為料位;H為槽高;0為雷達波速度;l為雷達波接收的時間間隔。
　　介質的介電常數越高,反射越顯著。沿導體傳的微波以光的速度在介質中傳輸,因此,與超聲波相比,發射或反射波能量無任何衰減，比其它聲波、電磁波強得多,泡沫、粉末、蒸汽等外界干擾對其測量無影響,同時也不受容器形狀的影響,介電常數偏離也不會影響物位測量。
　　其優點包括:(1)安裝簡單,無活動部件;(2)系統簡單,僅需-次閥和平衡容器;(3)調試投用方便，裝好后可無條件投入;(4)測量精度高,精度≤+0.1%測量值;(5)重復性好,+1mm;(6)免維護;(7)智能化高,帶HART協議,通過PC軟件或HART手操器進行調試;(8)測量不受真空影響;(9)測量不受蒸汽和泡沫的影響;(10)測量不受環境溫度和壓力變化的影響。
3.2安裝調試
　　導波雷達液位計既然在真空狀態下也可進行測量,所以將其應用于凝汽器水位的測量是可行的。安裝示意如圖3所示。利用機組停運機會,關閉凝汽器水位變送器正負壓側--次閥，鋸掉原有的取樣管,拆除原來的差壓變送器。從正負壓側一-次閥后直接與對應的導波雷達變送器筒體的旁通管焊接，雷達液位計通過法蘭、墊圈等與旁通管緊密連接,位于旁通管底部的排污門可排出水中的雜質、沉積物等，保證天線的正常工作。安裝完成后,用HART375通訊器與變送器連接，可以輕松地設置好凝汽器水位零位、量程及對應4-20mA輸出，其他參數出廠時已經設置好,不用再設置。

在安裝時應注意以下幾點:
(1)雷達液位計天線的軸線必須與液位反射表面垂直,保證液面將電磁脈沖波反射回天線;
(2)雷達液位計的安裝位置距罐壁距離應大于300mm,探頭的末端固定到罐底，或使其居中,以免將罐壁上的虛假信號誤作為回波信號;
(3)安裝完畢以后,可用PC軟件觀察反射波曲線圖，判斷液位計安裝是否恰當，降低干擾波的強度,有效去除干擾波的影響。
3.3日常維護
　　導波雷達液位計采用一體化設計,無可動部件,不易泄漏，因而維護量少。通常只在機組檢修后再次啟動時,由于測量管路中可能會有雜質、污物,需打開排污門排出雜質即可。導波雷達液位計基于電磁脈沖波沿著天線傳輸的時域反射原理,電磁脈沖波以光速發射,從介質表面被反射并返回到信號轉換器,因為光速是一-常數,并且與罐內氣體成分無關,因此無需標定。
在日常維護中，可以用PC機遠程觀察反射波曲線圖,對于其后可能新產生的干擾波,可以利用液位計識別虛假波的功能，除去這些干擾反射波的影響,保證測量的正確性。
4結束語
　　從近兩年的應用情況來看，利用導波雷達液位計來測量凝汽器水位相當正確穩定,沒有再出現過水位波動大的缺陷，較好地解決了原來存在的問題。雖然導波雷達變送器比較貴，是差壓變送器的四倍左右,但從系統設備運行穩定性、可靠性、日常維護量以及凝汽器水位自動調節的投入等方面考慮,采用導波雷達變送器還是值得的。