磁翻板液位計在電站不同溫差下的液位測量中偏差分析

1 溫度對液位測量的影響
        假設(shè)一個加熱器的液位測量裝置如圖1 所示,由于磁翻板液位計中的水溫低于加熱器中的水溫,水溫下降會導(dǎo)致水的密度上升,水的密度上升會產(chǎn)生兩個相反的作用:
        ①測量通道中水位下降,測量筒中的水位低于加熱器中的水位,造成測量值偏低;②測量筒中的浮球有更多部分浮在水面上,造成測量值偏高。本文對不同溫差下的測量偏差進行了詳細分析,并給出了電站常用的兩類磁浮球的測量偏差。

2 測量筒側(cè)的液位偏差
        在實際過程中,加熱器中不同位置的水溫是不一致的,它和加熱器的形狀、體積等條件有關(guān),同理在測量通道中不同位置的水溫也是不一致的。這會對理論計算造成較大的困難,在此對容器中水的溫度分布做了簡化。如圖1 所示,在閥門V 的左端為加熱器的水溫,假設(shè)水溫一致,且都為T1 ,在閥門V 的右

端為測量通道的水溫,設(shè)水溫一致,且都為T2 。在加熱器額定工作壓力P 的情形下,T1 溫度和T2 溫度下對應(yīng)的水的密度分別為ρ1 和ρ2 。在閥門V 處,左端的壓力等于右端的壓力,由此可得:

 

式中:h1 為加熱器內(nèi)水位;h2 為測量通道中的水位;ρ1為加熱器中水的密度;ρ2 為測量通道中水的密度;△h
為實際水位與測量通道水位之差。

由式(1) 可知,當加熱器內(nèi)水位一定時,溫差越大,測量誤差越大;同理在溫差一定時,加熱器內(nèi)的水位越高,測量誤差越大。

假設(shè)加熱器正常工作時水位h1 為0. 77 m,工作溫度為200 ℃,工作壓力為18. 6 bar。由公式可計算得到不同溫差下加熱器實際水位與測量通道水位之差△h,如圖2 所示。

由圖2 可得,當測量通道中水溫在100 ℃時,測量通道中的水位會低于實際水位,約8. 4 cm,從而可以看出△h 與測量通道中水的溫度以及加熱器內(nèi)水位高度密切相關(guān)。磁浮球一旦按照額定工況制作好后,其zui大補償值便成定值,該補償作用有限,無法完全補償因溫度差異導(dǎo)致的測量筒中水位與加熱器實際水位的偏差。

3 兩類浮球的測量偏差
3. 1 A 類浮球的測量偏差
A 類浮球為不銹鋼3P 型浮球,浮球質(zhì)量為930 g。對于這類球的計算需分為兩步進行,假設(shè)非線性部分始終浸在水下,則可以先近似計算出非線性部分的體積,之后可以進一步計算總的體積。計算過程如下。
① 非線性部分
      浮球非線性部分的體積等于5 個半球加上2 個直筒再加上5 個連接環(huán)的體積,計算過程如下所示。

式中:V1 、V3 為半球的體積;V2 為直筒的體積;V4 為非線性部分的總體積。

② 線性部分
由公式可得該類浮球非線性部分的體積為880. 4 cm3 ,由于非線性部分始終浸在水下,因此非線性部分提供的浮力為F1 ,如下所示:
F1 =ρgV4 (3)
式中:ρ 為水的密度。由于浮球在水中的浮力等于它自身的重力,因此可計算得到浮球線性部分浸沒水中的高度,如式(4)所示。

式中:F 為浮球的浮力;G 為浮球的重力;V5 為線性部分浸入水中的體積;h 為線性部分浸入水中的高度。
由式(4)和式(5)可得:

浮球中線性部分直筒的長度為9. 2 cm,磁性材料(即對磁翻板起作用的位置)在離直筒上端約1. 5 cm處,由此可得浮球的補償值h′如下所示。

不同壓力和溫度下水的密度如表1 所示。將表1中不同溫度下水的密度代入式(6)和式(7),可得A 類浮球的修正值,如圖3(a)所示。結(jié)合本文圖2 所示加熱器實際水位與測量側(cè)水位之差和圖3(a),可得磁翻板液位計中采用A 類浮球測量液位時的水位指示值與加熱器真實水位的偏差,如圖3(b)所示。A 類浮球在不同溫差下的指示值與加熱器真實水位的偏差如表2所示,其中加熱器的工作溫度為200 ℃,加熱器的工作壓力為18. 6 bar。

3. 2 B 類浮球的測量偏差
B 類浮球為3 節(jié)鈦合金圓筒型浮球,浮球質(zhì)量為480 g,浮球的總長度為25.5 cm,磁性材料(即對磁翻板起作用的位置)在離直筒上端約2.8 cm 處。B 類浮球的排水體積等于1 個半球加上1 個連接環(huán)再加上浸在水中直筒的體積,分別用V6、V7、V8 表示,計算過程如下所示。

式中:h 為直筒底部距離浮球浸在水中時水面的高度。由于浮球在水中的浮力等于它自身的重力,由此可得:

式中:F 為浮球在水中的浮力;G 為浮球的質(zhì)量;ρ 為水的密度。
由式(9)和式(10)可以得到h 與ρ 的關(guān)系,如下所示。

由式(11)可得浮球的補償值h′如下所示。

將表1 中不同溫度下水的密度代入式(11) 和式(12)可得B 類浮球的修正值,如圖4(a)所示。結(jié)合本文圖2 和圖4 可得RZ-UHZ磁翻板液位計中采用B 類浮球測量液位時的水位指示值與加熱器真實水位的偏差,如圖4(b)所示。B 類浮球在不同溫差下的指示值與加熱器真實水位的偏差如表3 所示,其中加熱器的工作溫度為200 ℃,加熱器的工作壓力為18. 6 bar。

4 結(jié)束語
        磁翻板液位計中測量筒的介質(zhì)溫度常低于加熱器中的介質(zhì)溫度,隨著兩者溫差的增加,液位指示值與加熱器真實水位的偏差將會變大,且液位指示值在大多數(shù)情況下都小于液位真實值?，F(xiàn)場*次安裝使用磁翻板液位計時,可采用本文給出的計算方法,根據(jù)磁浮球的尺寸、質(zhì)量、設(shè)備介質(zhì)溫度等信息計算出磁翻板液位計的測量值與設(shè)備實際液位的偏差,依據(jù)計算結(jié)果調(diào)整顯示面板標尺,使觀測到的測量值更加接近設(shè)備液位的真實值。