准确的锅炉汽包水位控制对于高效和安全的锅炉运行至关重要

锅炉汽包水位控制
鼓水平对于安全至关重要，但控制和维持正确的水位对于较大化锅炉效率也很重要。但是，有几个因素使得精确的水位测量变得困难。
例如，蒸汽鼓包含水与夹带的蒸汽泡和蒸汽的湍流混合物。随着蒸汽需求的减少，滚筒压力将增加并压缩夹带的蒸汽泡。因此，即使水量实际上增加，鼓水平也会显着缩小。

图3：水和蒸汽的密度和介电特性随压力和温度而变化
相反，随着蒸汽需求增加，鼓压降低并且气泡膨胀，导致鼓水平看起来膨胀。为了解释收缩和膨胀，发电厂工程师使用复杂的控制系统来维持蒸汽锅中恒定的液态水位。
除了要求滚筒水平的可视指示外，BPVC还规定了对故障安全模式，多样性，自我诊断和测量冗余的需求。用于任何锅炉应用的液位测量技术类型基于危险分析，但代码建议使用两个本地液位指示器，并结合两个独立液位变送器，以提供锅炉汽包水位控制和指示。
基于这些要求和用户的操作经验，锅炉和给水系统的三重冗余正在成为行业标准。差压和导波雷达液位计的组合可以满足这一要求，可接受的组合是两个导波雷达（GWR）+一个差压（DP）; 两个DP +一个GWR; 或三个相同技术的设备。
DP变送器广泛用于锅炉水平的控制，因为它们满足应用对精度和可靠性的要求。DP变送器可测量液位和静压。变送器的高压侧测量液体压头和静压，而低压侧仅测量静压。
较终结果是静压自动补偿，仅留下液头测量。该测量结合液体密度提供液位测量。
DP发射器根据特定的液体密度校准水平。如果密度发生变化，则会将误差引入水平测量。这些变化在启动期间尤为常见，因为当系统达到工作温度和压力时，系统的液相和蒸汽相都会发生密度变化。基于操作条件的补偿方法对于DP水平测量的密度调整是必要的。
为了提供DP水平测量的密度补偿，压力测量用于根据操作压力和饱和蒸汽表中建立的密度值确定合适的密度值。

导波雷达液位计
GWR变送器为汽包应用提供了另一种选择，因为它们提供了许多优于DP技术的重要优势。
例如，GWR变送器完全独立于密度，能够承受高达400°C的极端温度和高达345 bar的压力。即使暴露在机械振动和高湍流下，它们也能提供准确可靠的测量。GWR变送器没有活动部件，提供低维护和高可靠性的额外好处。
在典型的安装中，GWR安装在腔室的顶部，探头延伸到腔室或容器的整个深度。向探头发送低能量微波脉冲，当它到达介质表面时，反射被发送回发射器。
发射器测量脉冲到达介质表面并反射回来所需的时间，并且板载微处理器使用时域反射计原理计算距离。
传输速度取决于介质的介电常数。从表1中可以看出，在水的情况下，这在液相和蒸汽相中都发生变化。在高压蒸汽应用中，效果是减慢传播速度，这可能导致温度误差高达20％。
随着温度升高，水的电介质减少并且蒸汽的电介质增加。只有当水电介质保持足够高以从表面提供反射时才能获得精确的液位测量。然而，当蒸汽和水之间的介电差异变得太小而无法提供可靠的液位测量时，达到2610 psi（180 bar）和2900 psi（200 bar）之间的点。在这种情况下，基于GWR技术的电平发射器不再适用。

为了保持电平测量的准确性，必须将补偿因子应用于GWR液位计。如果条件稳定，则可以在变送器配置期间手动输入预期工作压力和温度下的蒸汽电介质。这允许该单元在预期的操作条件下补偿电介质。
对于可能在操作条件上有更多变化的高压应用，或者用户希望能够在接近环境条件下（例如在启动和关闭期间）验证设备的情况，需要动态补偿。
例如，艾默生的罗斯蒙特5300系列GWR变送器采用动态气相补偿技术，可在各种工作条件下提供高精度的液位测量。
动态蒸汽补偿通过使用具有固定距离目标的GWR探头来工作（参见图4）。发射器知道从目标反射的脉冲应该在没有蒸汽存在的地方。

当罐中有蒸汽时，反射器脉冲的电距离超出反射器点的实际物理距离。实际和表观反射点之间的距离用于连续计算蒸汽电介质。
然后，计算的电介质被动态地用于补偿蒸汽电介质变化 - 消除了在控制系统中引入补偿的需要。对于低于180 bar的应用，具有动态蒸汽补偿的GWR将在饱和蒸汽条件下提供高度精确的液位测量。
建议使用带有长反射器的罗斯蒙特动态蒸汽补偿集成静管蒸汽探头，以实现较佳实践。根据应用，探头类型，反射器长度以及内部和外部条件，精度误差可能会有所不同，精度误差可降至2％。
应用和安装条件（例如旁路室中的较低温度）可能导致测量介质内的变化。因此，误差读数可以根据应用条件而变化，并且可能导致测量误差增加2到3倍。
显示了蒸汽补偿之前和之后的雷达信号曲线。没有补偿，表面脉冲似乎超出实际水平。补偿后，表面出现在正确的表面水平点。

高精确度
为了满足鼓级应用中的指示和冗余要求，推荐的组合是带有导波雷达的磁翻板液位计安装在相邻的腔室中。这些设备共同提供低维护解决方案，可提供高精度和本地指示。
美国机械工程师协会发布的BPVC建议将两个本地液位指示器与两个独立液位变送器相结合，以提供锅炉汽包水位控制和指示。锅炉和给水系统的三重冗余正在成为行业标准。
磁翻板液位计提供液位的清晰指示，但由于它们依赖于浮子，因此它们不被视为水平的“直接”指示，例如玻璃量规。然而，磁翻板液位计更容易看到，并且通常被接受为次级指示装置。电子蒸汽/水测量系统还可用于监测水位，为操作员提供锅炉水位的高可视性，几乎无需维护和卓越的可靠性。

差压变送器广泛用于锅炉液位控制，因为它们满足应用对精度和可靠性的要求。然而，因为差压变送器是基于特定的液体密度校准的，所以随着水和蒸汽的密度变化，误差被引入液位测量。可以在控制系统内补偿这些误差以计算较佳可能水平。