[发明专利]一种智能补偿内置式汽包液位测量装置

权利要求书

1.一种智能补偿内置式汽包液位测量装置，包括内置平衡容器、冷凝器、负压弯头取压器、差压变送器、压力变送器、温度变送器、I/0卡件和PLC或DCS平台；内置平衡容器，包括基准杯、冷凝回水管、正压取压管和负压阻尼器；

基准杯和负压阻尼器设置在锅炉内，基准杯位于液面上方，负压阻尼器位于液体内；基准杯上端汽液进出口通过冷凝回水管与冷凝器的汽液进出口连接；基准杯的正压输出口与正压取压管的上端连接，正压取压管的下端与负压阻尼器的内管的一端连接，负压阻尼器内管的另一端与压力弯头取压器连接；压力弯头取压器与差压变送器连接；压力变送器和温度变送器设置在锅炉上设定的位置；差压变送器、压力变送器和温度变送器分别通过导线与I/0卡件的对应接口连接；I/0卡件通过导线与PLC或DCS对应接口连接；

上述基准杯内与水平倾斜设置有缓冲板，缓冲板与水平线夹角为28-32°；

上述负压阻尼器由外管和内管构成，外管的管壁上开设有多个外管孔，外管的两端分别由前密封板和后密封板密封；前密封板上有前内管插孔，后密封板上有后内管插孔，内管依次穿过前密封板上的前内管插孔和后密封板上的后内管插孔，且内管与前密封板和后密封板密封连接；内管位于外管内的部分上的管壁上开设有多个内管孔；外管上的多个外管孔与内管上的多个内管孔分别错开布设。

2.根据权利要求1所述一种智能补偿内置式汽包液位测量装置，其特征在于所述的差压变送器、压力变送器和温度变送器采集信号，通过导线与I/O卡件连接，最后送到DCS或PLC平台，在DCS或PLC平台上实现水位补偿系统的计算；计算方法如下：

1)、水位计算

内置平衡容器测量液位采用差压原理，在锅炉正常运行时，内置平衡容器里水的密度为汽包内水的密度，则差压与水位的关系有如下公式：

ΔP＝P⁺-P^-＝ρ_水gL-[ρ_汽g(L-h)+ρ_水gh]＝(ρ_水-ρ_汽)(L-h)g       (1)

进一步地

式中，ΔP为差压；g＝9.8N/kg；L为汽包水位工程范围；h为实时水位高度ρ_水饱和水密度；ρ_汽饱和蒸汽密度；

差压变送器标定量程：

0—(ρ_水-ρ_汽)Lg          (3)

DCS显示液位量程：

-L/2～L/2           (4)

2)、回归计算

在锅炉运行过程中，由于生产工况的改变，汽包内的温度和压力也会发生变化，此时饱和水和饱和蒸汽的密度也会发生改变，如果想得到真实的液位值，则需要对已标定的液位进行修正，才能得到真实的液位值；

假设是压力为P^s、温度为T^s时的密度，该密度是差压变送器量程的标定值，那么当汽包内温度、压力发生变化时，需要重新计算饱和水密度和饱和蒸汽密度；通过对《水和水蒸气热力性质图表手册》中饱和水密度与压力的数据、饱和水密度与温度的数据、饱和蒸汽密度与压力的数据和饱和蒸汽密度与温度的数据进行分段线性回归，得到密度和压力之间的关系式，密度和温度之间的关系式；

p(x)＝p₁xⁿ+p₂x^n-1+…+p_nx+p_n+1                      (5)

3)、数字滤波

由于在锅炉上水和排蒸汽过程发生突变的时候，会造成温度、压力和差压的波动，这会对液位的计算产水扰动，所以对压力、温度和差压的采集加上一阶滞后滤波器；一阶滤波公式：

Y_N＝(1-α)X-αY_N-1                                (6)

式中α为滤波系数；X为输入值；Y_N为当前滤波输出值；Y_N-1为上一次滤波输出值；

4)、水位补偿

根据(1)、(2)和(3)可以算出实际运行时的密度为计算方法如下：

补偿

求得补偿后的实际液位为

具体算法实施例：

(1)标定量程

依据公式(3)和公式(4)，标定量程max((ρ_水-ρ_汽)Lg)，当L＝700mm时，DCS显示液位量程为-350～350mm；差压变送器量程为0～700mmH₂O；

(2)回归计算

对《水和水蒸气热力性质图表手册》中饱和水密度与绝对压力的数据，饱和蒸汽密度与绝对压力的数据进行分段线性回归，得到密度和绝对压力之间的关系式；

饱和蒸汽密度与绝对压力关系：

饱和水密度与绝对压力关系：

(3)数字滤波

差压变送器滤波计算：

压力变送器滤波计算：

温度变送器滤波计算：

(4)补偿计算

依据公式(8)求得补偿后的水位为

最后求得的h，量化成DCS显示量程。