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摘 要 ：高压加热器水位测量的准确性直接影响设备运行的经济性和安全性。基于某厂4×1000MW 机组高压加热器水位经常 出现测点偏差大、减负荷过程中水位晃动大甚至导致高压加热器解列的现状，本文对某厂高压加热器的水位测量装置及测量原 理进行研究， 分析存在的问题， 提出可供参考的解决方法 , 以便提高高压加热器水位的测量精度， 为高压加热器水位控制和水位 保护的正确动作奠定基础。
关键词 ：高加水位 ；单室平衡容器 ；准确性
某厂一、二期各配置两台百万千瓦机组，机组额定参数以及高加进汽参数较高，对高加水位测量的准确性要求也随之增加。 目前四台机组高加均不同程度存在水位不稳、波动大的问题。本 文介绍高加水位测量装置及测量原理，分析影响水位测量准确 性的因素， 期为解决高加水位问题提供参考 [1]。
1 某厂水位测量装置介绍
该厂一、二期高压加热器均采用单平衡容器式水位测量装 置，每台高加配置 3套测量装置，安装位于高加蒸汽凝结段，测 量装置包括单室平衡容器和差压变送器。工作原理如图 1所示。
高加汽侧水平取样管口接至平衡容器水平引出管，差压变送 器正压侧接至平衡容器垂直引出管， 高加水侧水平取样管口接至 差压变送器负压侧，差压变送器采用低一运转平台安装布置。最 终形成同汽侧取样口等高的水柱并保持不变， 高加内水位的变化 转变为差压变送器的不同差压， 差压经变换后得出高加水位。
式中 ：p+ 为差压变送器正压侧压力 ；p- 为差压变送器负压侧压力 ；ρ
a 为参比水柱密度 ；ρ
s 为饱和蒸汽密度 ；ρ
w 为饱和水密度。由式（1）推导出理论计算高加水位 H 为 ：
2 实际水位测量方法
经查询实际应用中为简化计算，未考虑压力及温度对密度 的影响， 简单的采用水位计算公式为 ：
式中 ：
为变送器测的差压 ； ρ
1 为水的标准密度 ；g 为重力加速度 ；L 为参比水柱高度（平衡容器液面与水侧取样管 口的中心距离） ；H 为高加水位。由式（3）推导出实际应用中计 算高加水位。
可以看出高加水位和差压呈完全的线性关系，且差压越大 水位越低。
该厂实际测量方法 ：
以二期A1 高加为例进行分析（以下无特殊说明均指二期 A1 高加），现场三套差压变送器量程即
数值范围（24.1 ～ 19.1） KPa，在DCS 上查询A1 高加水位测点 1 硬件信息如下 ：信号处 理方式为线性处理，模型为
，其中Y 为输出水位信 号， 上下限同量程上下限（-0.154 ～ 0.346）m，X 为输入电压信号，上下限为（1 ～ 5）v，k 为转换系数 2 即 0.125，b 为转换系数1 即 -0.279， 则可得出 ：
现场变送器测出的数值为差压，差压转换成电压信号， 再由电压信号换算成水位。差压与电压也成线性关系，模型
为
，选 取 两 点（1,24100），（5、19100） 计 算 出
将
代入水位计算公式（5）中可得 ：
与实际工程中使用的公式一致，由此可推测出某厂高加水 位测量采用的也是简化公式（4），即水位直接由测量出的差压数值线性转换而来， 其中L=2.256，
。
3 水位误差分析
高加就地标刻的水位高低限为 -50mm ～ +50mm，在此范围 内可以保证高加安全经济运行。而水位的准确性是精准调节的 前提， 因此要对水位误差进行分析。
3.1 重力加速度 g 取值影响
工程应用中为了计算方便常取，而实际的重力加速度是随着纬度和海拔高度变化而变化的。由
可以推测出
。而经查询得知本地区的重力加速度 数值为
，与
有2% 的差距。依据式（6）取点 绘出如图 2 所示不同重力加速度的取值对A1水位测量的影响。
对比不同重力加速度下几个标志性水位及偏差如表 1所示， 可见目前的测量方式下DCS 显示数值偏高，按照此水位控制会 增加高加端差， 降低经济性。
3.2 参比水柱密度影响
因加热器为高压容器，参比水柱密度 ρa 会随着进汽压力及水的温度变化而变化 [1]。二期 #1 高压加热器设计压力 13.3MPa， 实际进汽压力 1000MW 工况下接近 10MPa， 750MW 约为 8MPa， 500MW约为 5MPa。通过查询相关数据得出下表2所列不同温度 不同压力下水的密度 ：
冬季期间对该厂所有高加水位测量装置参比水柱区域进行 点温发现温度主要在 35 ～ 40℃之间，与环境温度一致，当环境 温度稳定时参比水柱密度也维持稳定。若考虑参比水柱密度变
化，简化公式（3）应为
，则 ：
夏季汽机房环境温度估计 50℃左右，计算 35℃和 50℃两种 环境温度不同工况下的水位数值， 得出表 3。
由数据可以看出环境温度越低， 进汽压力越高， 水位偏差越小。
3.3 饱和水和饱和蒸汽密度影响
饱和水和饱和蒸汽的密度也随进汽压力变化而不断变化 [2]， 由理论计算公式可以看出水位和差压不再是单纯的线性关系。 而该厂实际计算使用的公式则是将加热器当做常压容器，完全 未考虑蒸汽密度影响， 饱和水也取的恒定标准密度， 势必会导致 水位测量失准。通过查找水和水蒸汽性质表得出表4所列不同压 力下饱和水密度及饱和蒸汽密度。
利用理论公式（2），g取 10m/s2 ，ρa 取标准水密度 1000Kg/m3，计算几个典型工况下的水位， 与DCS显示数值对比如下表 5。
表 5 中数据可以看出进汽压力越高，饱和蒸汽和饱和水的密 度变化就越大， 由此引起的水位偏差也越大。若采用目前的线性 转换关系，针对A1 高加，不同负荷工况下虽然DCS 显示的水位 数值相同，但实际水位却相差很大。高加实际水位低于DCS 显 示的数值，负荷越高偏差越大。若按DCS 显示水位控制将会降 低高负荷下高加运行的经济性。
3.4 其他因素影响
此外测点安装位置、变送器精度、高加水平度等对水位测量 准确度也有影响， 只不过影响程度较小， 而且也无法做定量的分 析，暂不做细致的研究 [2]。
4 建议
经过以上误差分析可以得出 g 的取值、饱和水饱和蒸汽的密 度、参比水柱密度是影响高加水位的计算准确度的主要因素。其 中饱和水饱和蒸汽密度影响最大，光产生的偏差就超过了高加 的水位上下限值。目前的水位测量方法导致DCS 显示水位数值 偏高，会对运行调整产生误导，影响高加运行的经济性和安全 性。故针对上述分析， 建议在生产运行中可做以下调整 ：
（1）对重力加速度g的取值进行调整， 与当前地理位置相对应。
（2）饱和水和饱和蒸汽密度对水位计算影响最大，在水位计 算逻辑中加入饱和水和饱和蒸汽密度随压力变化的修正函数， 将会极大的提高高加水位测量的准确性。
（3）与饱和水和饱和蒸汽密度相比，参比水柱密度对高加水 位测量影响较小， 可以适当的进行修正。
5 结语
以上分析得出重力加速度取值、饱和水饱和蒸汽密度以及参比水柱密度都是影响水位测量准确性的因素。在不改变测量 方式的情况下，只对差压和水位转换计算公式进行优化就可以 很大程度上提高水位测量的准确性， 简单有效， 对高加水位的调 整及高加运行的安全性和经济性都有重要的意义。
参考文献
[1] 蒋健 , 孙长生 , 王蕙 , 等 . 锅炉汽包水位测量保护系统问题分析及改进措施 [J]. 浙江电力 ,2011，30（1）:31-35.
[2] 赵庆林 . 汽包液位测量的偏差分析及对策 [J]. 化工自动化及仪表，2013,40（10）:1247-1251.
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