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鍋爐液位計(jì)的液位示值誤差分析及解決方法

發(fā)布時(shí)間:2021-01-12 06:09:04??點(diǎn)擊次數(shù):3116次

在石油、化工、制藥等工業(yè)企業(yè)中,會大量使用鍋爐液位計(jì)用于液位的測量與控制,鍋爐液位計(jì)儀表反應(yīng)速度快,讀數(shù)直觀方便。該儀表的工作方式基于浮力與磁耦合原理,由于在測量中存在種種影響其物理量的情況,因此普遍存在液位測量結(jié)果與實(shí)際液位存在偏差的發(fā)生,根據(jù)企業(yè)在生產(chǎn)中出現(xiàn)的鍋爐液位計(jì)測量結(jié)果偏差較大的情況予以分析,以期解決此類問題。
一、問題背景
在AHP(高壓加熱器)001BA(用001BA指代實(shí)際的罐)中有兩個(gè)液位測量裝置,分別為AHP001MN和AHP001LN(用001MN和001LN指代實(shí)際的測量裝置),其中AHP001MN為超聲波液位測量裝置,AHP001LN為就地顯示的鍋爐液位計(jì),兩個(gè)液位計(jì)測量同一液位。
在工作過程中遇到了001LN測量的液位值比實(shí)際設(shè)定的液位值要高10cm,在測量通道中水溫會低于罐中的水溫,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(gè)相反的作用:①測量通道中水位下降,001LN測量值偏低;②001LN浮球有更多部分浮在水面上,造成測量值偏高。在本文中會對這一現(xiàn)象做出分析,并提出解決方案。

二、 原因分析
假設(shè)罐子的實(shí)際液位為h2,由于AHP001中為高溫高壓的水,在引出測量管線測液位的過程中,由于保溫套管或是其它方面的原因會造成001MN和001LN測量管中的水溫低于001BA中的水溫,由常識可知在壓力不變的情形下水的溫度反向作用于水的密度,在該問題中就是由于測量端的水溫下降,測量裝置中水的液位由設(shè)定值h2降低為h1。在問題分析中我們必須做出一個(gè)假設(shè),那就是測量裝置001MN和001LN中的水溫是一樣的,這樣可以保證兩個(gè)裝置的水位一致。AHP001MN測量到的水位為h1,低于設(shè)定值,此時(shí)水位控制系統(tǒng)開始工作,將測量裝置中的水位提升到h2。
水位進(jìn)行調(diào)整時(shí),將測量裝置中的水位調(diào)整到了h2,此時(shí)實(shí)際001BA中的水位為h3。設(shè)備正常工作時(shí),在001BA中的水位究竟為多少是不可知的,我們只能假設(shè)AHP001MN測量設(shè)備非常先進(jìn),它所測量的即為001BA中的實(shí)際液位,在測量通道的水位由于溫度下降而降低時(shí),控制作用會增加001BA中的水,直達(dá)001MN測量的水位為設(shè)定值。而AHP001LN和AHO001MN兩個(gè)測量管道中的水位是一致的,因此不管測量管道中的溫度下降到什么程度,可能會在短時(shí)間內(nèi)測量通道的水位低于設(shè)定值,但經(jīng)過調(diào)整都會達(dá)到設(shè)定值的水位,因此測量通道的水位下降不會直接導(dǎo)致001LN液位測量值下降。
當(dāng)水溫下降,水的密度提高時(shí)會影響浮球在水中的位置,進(jìn)而影響到測量的水位。鍋爐液位計(jì)的浮球是由三節(jié)空心不銹鋼圓筒構(gòu)成,其中*上面一節(jié)圓筒中線位置含有磁性材料,它帶動(dòng)外邊磁翻板動(dòng)作,產(chǎn)生液位指示信號[1]。假設(shè)每個(gè)浮球的中心部分近似為一段圓柱,浮球按照安裝方向豎直放置時(shí),h1為頂部浮球中心點(diǎn),h2為液面對應(yīng)高度,Δh為兩者相對高度(Δh=h2-h1),底部到h1高度對應(yīng)浮球的體積為V1,液面高度所對應(yīng)浮球的體積為V2,兩者的相對體積為ΔV(ΔV=V2-V1),假設(shè)液面所對應(yīng)的位置處于浮球圓柱部分,則有以下公式:
由于浮球是浮在液位中的,因此滿足阿基米德原理,即物體浸在液體中排開液體的重力等于物體浸在液體中受到的浮力,滿足公式
當(dāng)浮球在頂端中線附近浮動(dòng)時(shí),可將浮球近似為一個(gè)圓柱體,因此由公式
將公式進(jìn)一步簡化,可得:
在公式中,Δh為實(shí)際液位偏離浮球頂端中線的距離,m為浮球的重量,r為浮球的半徑,ρ為實(shí)際液體的密度。
對以上參數(shù)進(jìn)行測量,實(shí)際結(jié)果如下所示:
在測量的過程中,由于工具所限,在質(zhì)量測量上可能會有一定的偏差,范圍在10g以內(nèi),我們以10g的偏差對*終的結(jié)果影響如下:
當(dāng)m=850g,ρ=860kg/m3,時(shí),計(jì)算所得Δh=-1.8cm;當(dāng)m=840g,ρ=860kg/m3時(shí),計(jì)算所得Δh=-2.2cm,因此測量過程中浮球質(zhì)量的精度對實(shí)際液位測量不會很大。
由于本文將浮球近似為一個(gè)圓柱體,因此只有液面在浮球軸向一定范圍內(nèi)(設(shè)為L)才有效,本模型才夠適用。
為了求出密度變化的允許范圍,利用公式可得,當(dāng)-≤Δh≤時(shí),求得液體的密度取值范圍為710kg/m3≤ρ液≤944kg/m3。各個(gè)功能位置密度ρ與浮球高度Δh如表2所示,由公式可得液體密度與相對高度的關(guān)系,如圖1所示:
橫坐標(biāo)為液體的密度,縱坐標(biāo)為浮球的相對高度,由圖可知,液體的密度越大,浮球在液面以上的部位越多,測量得到的液位值越大。
三、原因小結(jié)
①001MN測量管道的溫度低于001LN測量管道溫度,這樣可以會使001MN處液位低于001LN處,造成鍋爐液位計(jì)測量值偏高。
②001LN測量管道溫度低,液體密度升高,導(dǎo)致鍋爐液位計(jì)測量值升高。
既然測量到的鍋爐液位計(jì)總是比設(shè)定值高,此時(shí)應(yīng)采取有效措施將該液位計(jì)的示數(shù)降下來,在這里選用的是*簡單的方法——給浮球增加重量。
可采用兩個(gè)不銹鋼316L圓餅,直徑3cm,高度1cm,密度8.03g/cm3每個(gè)圓餅重量約55g,將這個(gè)不銹鋼圓餅焊接在浮球的底部可以增加浮球的重量。
假設(shè)液體的密度為860mg/m3,此時(shí)由公式可知相對高度Δh與浮球質(zhì)量的關(guān)系如公式所示:
由公式可知,在密度確定的情況下,浮球重量每增加55g,相對高度變化1.9cm,即觀測到的鍋爐液位計(jì)指示值下降1.9cm,該情形下假如要消除10cm的測量需要掛上5個(gè)不銹鋼圓餅,但是由于原模型有-≤Δh≤的限制,為了保證精度,Δh的取值應(yīng)小于4.7cm,液體的密度為860mg/m3,浮球默認(rèn)相對高度為-1.8cm,所以總共有6.5cm的裕度,可以掛3個(gè)不銹鋼圓餅,將測量指示值拉下來5.7cm。此時(shí)若掛上*4個(gè)不銹鋼圓餅,浮球的總質(zhì)量達(dá)到1060g,而浮球的總體積(含加上去的不銹鋼鐵餅體積)約為1280ml,在密度為860mg/m3的液體下,*大浮力為1100g,在該情形下浮球基本上絕大部分浸在液體內(nèi)部,且一旦液體的密度稍作改變,浮球就有下沉的危險(xiǎn),不適合做液位指示,倘若在浮球上加5個(gè)不銹鋼圓餅,浮球?qū)⒅苯映寥胍后w底部。
四、解決方案
可以在浮球底部焊接不銹鋼鐵餅,增加浮球重量,使浮球更多部分浸在液體中,從而降低鍋爐液位計(jì)的指示值,但是不能過多地增加浮球的重量,因?yàn)橛锌赡軙斐筛∏虻闹亓Υ笥诟×Χ鴮?dǎo)致其直接沉入液底。

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