摘要：電站的加熱器系統(tǒng)常使用側(cè)裝磁翻板液位計(jì)。由于保溫措施的限制，側(cè)裝磁翻板液位計(jì)測(cè)量側(cè)的水溫會(huì)低于加熱器的實(shí)際水溫，從而導(dǎo)致測(cè)量側(cè)水位低于加熱器的實(shí)際水位，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。對(duì)電站常用磁浮球的測(cè)量偏差進(jìn)行了研究。其結(jié)果表明，在大多數(shù)情況下，側(cè)裝磁翻板液位計(jì)的測(cè)量值要低于加熱器的實(shí)際值。分析結(jié)果對(duì)于工業(yè)場(chǎng)合側(cè)裝磁翻板液位計(jì)的*次安裝使用、新磁浮球的引入具有一定的指導(dǎo)意義。

側(cè)裝磁翻板液位計(jì)廣泛應(yīng)用于電站的液位測(cè)量，它是一種浮球式金屬管現(xiàn)場(chǎng)指示液位計(jì)，其關(guān)鍵部件是磁浮球、測(cè)量筒和磁翻板柱顯示部件。該液位計(jì)的結(jié)構(gòu)是在被測(cè)容器上接測(cè)量筒，筒內(nèi)磁浮球中鑲嵌磁性體，筒外設(shè)置一排輕而薄的翻板。當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，測(cè)量管內(nèi)磁性體隨浮球上下移動(dòng)，外部的磁翻板柱指示部件感應(yīng)到磁體的移動(dòng)，從而指示出液位的變化。

在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是在加熱器液位測(cè)量過(guò)程中，由于測(cè)量筒中介質(zhì)溫度低于加熱器中介質(zhì)溫度，因此會(huì)導(dǎo)致側(cè)裝磁翻板液位計(jì)測(cè)量筒側(cè)液位測(cè)量值與加熱器的真實(shí)液位不一致。本文對(duì)不同溫差下UHZ系列側(cè)裝磁翻板液位計(jì)的測(cè)量偏差進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)側(cè)裝磁翻板液位計(jì)的使用具有一定的指導(dǎo)意義。

1、溫度對(duì)液位測(cè)量的影響

假設(shè)一個(gè)加熱器的液位測(cè)量裝置如圖1所示，由于側(cè)裝磁翻板液位計(jì)中的水溫低于加熱器中的水溫，水溫下降會(huì)導(dǎo)致水的密度上升，水的密度上升會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)相反的作用：

①測(cè)量通道中水位下降，測(cè)量筒中的水位低于加熱器中的水位，造成測(cè)量值偏低；

②測(cè)量筒中的浮球有更多部分浮在水面上，造成測(cè)量值偏高。本文對(duì)不同溫差下的測(cè)量偏差進(jìn)行了詳細(xì)分析，并給出了電站常用的兩類磁浮球的測(cè)量偏差。

2、測(cè)量筒側(cè)的液位偏差

在實(shí)際過(guò)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(cè)量通道中不同位置的水溫也是不一致的。這會(huì)對(duì)理論計(jì)算造成較大的困難，在此對(duì)容器中水的溫度分布做了簡(jiǎn)化。如圖1所示，在閥門(mén)V的左端為加熱器的水溫，假設(shè)水溫一致，且都為T(mén)1，在閥門(mén)V的右端為測(cè)量通道的水溫，設(shè)水溫一致，且都為T(mén)2。在加熱器額定工作壓力P的情形下，T1溫度和T2溫度下對(duì)應(yīng)的水的密度分別為ρ1和ρ2。在閥門(mén)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(cè)量通道中的水位；ρ1為加熱器中水的密度；ρ2為測(cè)量通道中水的密度；△h為實(shí)際水位與測(cè)量通道水位之差。

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

假設(shè)加熱器正常工作時(shí)水位h1為0.77m，工作溫度為200℃，工作壓力為18.6bar。由公式可計(jì)算得到不同溫差下加熱器實(shí)際水位與測(cè)量通道水位之差△h，如圖2所示。

由圖2可得，當(dāng)測(cè)量通道中水溫在100℃時(shí)，測(cè)量通道中的水位會(huì)低于實(shí)際水位，約8.4cm，從而可以看出△h與測(cè)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*大補(bǔ)償值便成定值，該補(bǔ)償作用有限，無(wú)法完全補(bǔ)償因溫度差異導(dǎo)致的測(cè)量筒中水位與加熱器實(shí)際水位的偏差。

3、兩類浮球的測(cè)量偏差

3.1 A類浮球的測(cè)量偏差

A類浮球?yàn)椴讳P鋼3P型浮球，浮球質(zhì)量為930g。對(duì)于這類球的計(jì)算需分為兩步進(jìn)行，假設(shè)非線性部分始終浸在水下，則可以先近似計(jì)算出非線性部分的體積，之后可以進(jìn)一步計(jì)算總的體積。計(jì)算過(guò)程如下。

①非線性部分

浮球非線性部分的體積等于5個(gè)半球加上2個(gè)直筒再加上5個(gè)連接環(huán)的體積，計(jì)算過(guò)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880.4cm³，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(jì)算得到浮球線性部分浸沒(méi)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(zhǎng)度為9.2cm，磁性材料(即對(duì)磁翻板起作用的位置)在離直筒上端約1.5cm處，由此可得浮球的補(bǔ)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(shí)際水位與測(cè)量側(cè)水位之差和圖3(a)，可得側(cè)裝磁翻板液位計(jì)中采用A類浮球測(cè)量液位時(shí)的水位指示值與加熱器真實(shí)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(shí)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18.6bar。

3.2 B類浮球的測(cè)量偏差

B類浮球?yàn)?節(jié)鈦合金圓筒型浮球，浮球質(zhì)量為480g，浮球的總長(zhǎng)度為25.5cm，磁性材料(即對(duì)磁翻板起作用的位置)在離直筒上端約2.8cm處。B類浮球的排水體積等于1個(gè)半球加上1個(gè)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(jì)算過(guò)程如下所示。

式中：h為直筒底部距離浮球浸在水中時(shí)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(bǔ)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UHZ側(cè)裝磁翻板液位計(jì)中采用B類浮球測(cè)量液位時(shí)的水位指示值與加熱器真實(shí)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(shí)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18.6bar。

4、結(jié)束語(yǔ)

側(cè)裝磁翻板液位計(jì)中測(cè)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(shí)水位的偏差將會(huì)變大，且液位指示值在大多數(shù)情況下都小于液位真實(shí)值。現(xiàn)場(chǎng)*次安裝使用側(cè)裝磁翻板液位計(jì)時(shí)，可采用本文給出的計(jì)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(jì)算出側(cè)裝磁翻板液位計(jì)的測(cè)量值與設(shè)備實(shí)際液位的偏差，依據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整顯示面板標(biāo)尺，使觀測(cè)到的測(cè)量值更加接近設(shè)備液位的真實(shí)值。