Сосуд для измерения уровня в паровых котлах

Харитонов Н.В. филиал Нижегородская ГРЭС –«ОАО ТГК-6»,

Федоров В.Л., ОАО «ТЕПЛОПРИБОР», г. Рязань

Журнал «Новости теплоснабжения», №1, 2010 г., https://www.ntsn.ru

«Узким местом» в вопросах технологического контроля и полной автоматизации пусковых режимов энергетических барабанных котлов (а так же подогревателях высокого и низкого давления паровых турбин) остается измерение и поддержание норме уровня котловой воды в барабане котла. Это осложнение обусловлено изменением плотности воды в процессе ее нагревания до рабочих параметров.

В настоящее время технологический контроль осуществляется путем оснащения барабанов смотровыми колонками прямого действия и датчиками-перепадомерами с электрической схемой дистанционной передачи показаний на электронные приборы (регистратор уровня, регуляторы уровня (основной и резервный) и не менее двух показывающих приборов, задействованных в схеме технологической защиты котлоагрегата), расположенных на тепловых щитах управления. Уровень в барабане энергетического котла высокого давления в подавляющем большинстве случаев измеряется гидростатическим методом (измерение перепада давления в конденсационном сосуде):

S = ∆ p,

где S – показания прибора, мм; ∆p– перепад давления в преобразователе;

∆ p= ρ·(Н– h),

где ρ – плотность воды; h – высота столба питательной воды в барабане котла; Н – высота столба питательной воды в конденсационном сосуде.

Плотность воды при изменении ее термодинамического состояния по границе линии насыщения определяется уравнением формуляции,

ее изменение представлено в таблицах М.П. Вукаловича «Теплофизических свойств воды и водяного пара).

С высокой степенью точности уровень питательной воды в барабане будет определяться по формуле

S = р (Н – h)·ά,

где ά – коэффициент относительной плотности воды, ά = ρ*/ρ;

ρ – плотность воды при нормальных условиях;

ρ* – то же в переходном состоянии.

Принципиальная схема измерения уровня представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема измерения уровня:

1 – уравнительный сосуд, соединенный с паровым пространством барабана;

2 – импульсная трубка;

3 – импульсная трубка, соединенная с водяным пространством барабана;

4 – преобразователь давления

Для уменьшения погрешностей измерения, вызванных охлаждением питательной воды в уравнительном сосуде 1, применяются теплоизолированные обогреваемые конденсационные сосуды, показанные на рис. 2.

Рис. 2. Теплоизолируемые обогреваемые конденсационные сосуды

В настоящее время специалисты цеха ТАИ проводят лабораторную калибровку характеристик датчиков-преобразователей перепада давления на рабочие параметры питательной воды

(для котла ТП‑230‑2 плотность питательной воды составляет 671кг/м3)

В переходных режимах в течении всего времени растопки (расхолодки) котла гидростатический метод измерения уровня не работает вследствие большой погрешности измерительного комплекта (более 30%). Предлагаемая система измерения уровня воды в барабане энергетического котла гидростатическим методом предусматривает создание измерительной схемы с применением многопараметрического преобразователя давления, оснащенного следующими электронными устройствами:

сенсором перепада давления;

сенсором абсолютного давления в одной из камер;

электронным блоком измерения электрических импульсов на выходе сенсоров, их преобразование в цифровой сигнал и дальнейшую коррекцию сигнала перепада давления в конденсационном сосуде в зависимости от плотности питательной воды по значению избыточного давления в барабане котла (по линии насыщения), с формированием стандартного токового сигнала 4 – 20 мА или дискретного на выходе.

За основу многопараметрического преобразователя был принят надежный и проверенный отечественный дифференциальный преобразователь давления типа САПФИР‑22МР‑ДД, серийно выпускаемый Рязанским приборостроительным заводом ОАО «ТЕПЛОПРИБОР» (рис. 3).

Рис. 3. Принципиальная схема многопараметрического преобразователеля давления:

1 – электронный преобразователь; 2 – гермоввод; 3 – прокладки; 4 – тензопреобразователь измерения перепада давления; 5 – тяга; 6 – центральный шток; 7 – плюсовая камера; 8 – мембраны; 9 – основание; 10 – фланцы; 11 – замкнутая полость, заполненная кремнийорганической жидкостью; 12 – минусовая камера; 13 – гермоввод; 14 – тензопреобразователь; 15 – тяга; 16 – мембрана

Дополнительный контур измерения избыточного давление р состоит из мембраны 16, соединенной тягой 15 с тензопреобразователем, который через герметичный ввод 13 связан с электронным преобразователем 1.

В контуре измерения перепада давления ∆р (см. рис. 1) разность давлений в плюсовой 7 и минусовой 8 камерах вызывает прогиб мембраны 9, который через тягу 10 и центральный шток передается на тензопреобразователь 11. Деформация тензопреобразователя 11 приводит к изменению его сопротивления, при этом меняется значение напряжения U∆р, которое передается в электронный преобразователь 12. Таким образом, выходной сигнал от тензопреобразователя 11 поступает на вход электронного преобразователя 12.

В контуре измерения избыточного давления р изменение давления в минусовой камере 8 вызывает прогиб мембраны 13, который посредством тяги 14 передается на второй тензопреобразователь 15. Деформация последнего приводит к изменению его сопротивления, при этом меняется значение напряжения Uр, которое передается в электронный преобразователь 12.

Электронный блок 1 состоит из блока индикатора и двух плат: клемной и платы микропроцессора. На клемной плате установлена клемная колодка для присоединения жил кабелей питания и нагрузки. На плате микропроцессора расположен микроконтроллер, который оцифровывает сигнал от измерительного блока, ступенчато в пределах класса точности датчика корректирует его, отображает на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ) и преобразует из цифрового формата в стандартный выходной токовый сигнал.

На верхней поверхности корпуса электронного блока под откидной крышкой расположены четыре колодца, в каждый из которых может быть введен манипулятор ручного управления для контроля и программирования преобразователя.

На подсвечиваемом ЖКИ можно отобразить параметры технологических измерений:

уровня;

дифференциального и абсолютного давления;

значения выходного токового сигнала;

температуры собственно электронного блока.

Воздействием магнитного манипулятора вводятся (задаются) или корректируются данные верхних пределов диапазонов измерений, перепада давлений, абсолютного давления, время демпфирования, метрологическая информации о данном датчике. Так же предусматривается корректировка значений уровня и выходного сигнала, включение функции самотестирования преобразователя.

Комбинированный преобразователь САПФИР-22МР является многопредельным (см. таблицу) и может перенастраиваться на любой тип барабанов котла (с различным избыточным давлением и расстояниями между отверстиями для импульсных отборов на сосуд постоянного уровня), также он может использоваться для измерения уровня в пароводяных теплообменниках (подогревателях высокого и низкого давления турбогенераторов).

В период 2006 – 2008 гг. на ОАО «ТЕПЛОПРИБОР», г. Рязань, были проведены работы по созданию и изготовлению опытно промышленных образцов многопараметрического преобразователя САПФИР-22МР. В 2008 г. данное устройство успешно прошло опытно-промышленные испытания на котлах, станционные № 6 и 8, Игумновской ТЭЦ Дзержинского филиала ТГК-6.

К положительным результатам применения схемы измерения уровня в барабане энергетического котла гидростатическим методом с использованием многопараметрического преобразователя давления САПФИР-22 МР-К нужно отнести следующее:

исключение человеческого фактора в контроле за уровнем в барабане котлоагрегата в переходных режимах (растопка);

Обеспечение точного измерения уровня в переходных режимах (растопка), т.е выполнение требований п. 4.3.13. ПТЭ;

возможность использования сигнала преобразователя для полной автоматизации растопки котла;

простота лабораторной калибровки и применения, надежность и меньшая стоимость по сравнению с другими электронными вычислителями уровня.

Для модернизации существующих систем контроля, защиты и регулирования в барабане котлов достаточно просто реализовать замену существующих перепадомеров на датчик САПФИР-22МР –К

соответствующей модификации без существенных изменений измерительной схемы.

Ряд энергетических организаций (ОАО «Инженерный центр ЕЭС» Филиал «Нижегородский Теплоэлектропроект», Департамент генеральной инспекции по эксплуатации электростанций) дали положительную оценку датчику САПФИР -22 МР-К с рекомендациями о возможности применения датчика на электростанциях.