Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

котельная уровнемер датчик давление

Высокие темпы промышленного производства и социального прогресса требуют резкого увеличения выработки тепловой энергии на базе мощного развития топливно-энергетического комплекса страны.

Централизованные системы теплоснабжения от тепловых электрических станций (ТЭС) наиболее эффективны. В настоящее время, централизованное теплоснабжение крупных городов осуществляется на базе мощных атомных станций теплоснабжения.

Для небольших теплопотребителей источником теплоты служат промышленные и отопительные котельные. Удельный вес их в балансе теплоснабжения составляет значительно большую часть. Несмотря на строительство крупных тепловых электростанций, с каждым годом увеличивается выпуск и улучшаются конструкции котлоагрегатов малой и средней мощности, повышаются надежность и экономичность котельного оборудования, снижается металлоемкость на единицу мощности, сокращаются сроки и затраты на производство строительно-монтажных работ.

В качестве топлива для котельных установок используют угли, торф, сланцы, древесные отходы, газ и мазут. Газ и мазут - эффективные источники тепловой энергии. При их применении упрощаются конструкция и компоновка котельных установок, повышается их экономичность, сокращаются затраты на эксплуатацию.

Практическое использование паросиловых установок дало новый источник энергии и сыграло большую роль в развитии промышленного производства. Ряд теоретических и экспериментальных работ по исследованию рабочих процессов котельных установок был проведен в конце XVIII и начале XIX вв. учеными В.В.Петровым и Я.Д. Захаровым. В теплоснабжении крупных городов, районных центров, поселков котельные играют важнейшую роль. Городская сеть теплоснабжения обычно разделена на районы питания по числу ТЭЦ. В системе теплоснабжения подача тепла в жилые кварталы и промышленным предприятиям осуществляется от районных тепловых станций - крупных котельных с водогрейными котлами.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАБОТЫ КОТЕЛЬНОЙ

Паровой или водогрейный котел представляет собой устройство в виде металлического сосуда, который обогревается продуктами сгорания топлива и служит для получения горячей воды или пара. Основным элементам котла является поверхность нагрева - поверхность металлических стенок, омываемых с одной стороны горячими газами, а с другой - водой. В современных котлах поверхность нагрева выполняется в виде труб, присоединенных к барабанам и коллекторам. Общее представление о рабочем процессе котельного агрегата на жидком или газообразном топливе дает схема (рис.1) котельного агрегата с основными и вспомогательными устройствами.

Жидкое или газообразное топливо по топливопроводам котельной 1 и котельного агрегата 2 подается в мазутные форсунки или газовые горелки 4 и по мере выхода из них сгорает в виде факела в топочной камере.

Стены топочной камеры покрыты трубами 5, называемыми топочными экранами. В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретые до высокой температуры газообразные продукты сгорания. Продукты сгорания снаружи омывают экранные трубы и излучением (радиацией) и частично конвективным путем передают теплоту воде и пароводяной смеси, циркулирующим внутри этих труб.

Продукты сгорания, охлажденные в топке до температуры 1000-1200С, непрерывно двигаясь по газоходам котельного агрегата, омывают вначале разреженный пучок кипятильных труб 7, затем трубы пароперегревателя 9, экономайзера 12 и воздухоподогревателя 14, охлаждаются до температуры 150-200С и дымососом 16 через дымовую трубу 17 удаляются в атмосферу.

Движение воздуха и продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата обеспечивается тягодутьевой установкой (вентилятор 15, дымосос 16 и дымовая труба 17).

Питательная вода (конденсат и добавочная предварительно подготовленная вода) после подогрева питательным насосом подается в коллектор 13 водяного экономайзера 12. В экономайзере вода нагревается до температуры, близкой к температуре кипения при давлении в барабане котла, а иногда частично испаряется в экономайзерах кипящего типа и направляется в барабан 8 котла, к которому присоединены трубы топочных экранов 5 и фестона 7. Из этих труб в барабан котла поступает образовавшаяся пароводяная смесь. В барабане происходит отделение (сепарация) пара от воды. Насыщенный пар затем направляется в сборный коллектор 11 и пароперегреватель 9, где он перегревается до заданной температуры. Перегретый пар из змеевиков пароперегревателя поступает в сборный коллектор 10. Отсюда он через главный запорный вентиль по паропроводу котельного агрегата 18 направляется в главный паропровод 19 котельной к потребителям. Отделившаяся от пара в барабане котла вода смешивается с питательной водой, по необогреваемым опускным трубам подводится к коллекторам 6 экранов и из них поступает в подъемные экранные трубы 5 и фестон 7, где частично испаряется, образуя пароводяную смесь. Полученная пароводяная смесь снова поступает в барабан котла.

Последний элемент котельного агрегата по ходу газообразных продуктов сгорания - воздухоподогреватель 14. Воздух в него подается дутьевым вентилятором 15, и после подогрева до заданной температуры по воздухопроводу 3 направляется в топку.

В процессе работы котла паровое и водяное пространства изменяются в зависимости от уровня воды в котле. Самый низкий уровень воды принимается из условия безопасной работы котла. Верхний уровень воды в котле не должен превышать уровня, при котором возможно резкое увеличение влажности образующегося пара или выброс котловой воды в паропровод. Расстояние между низшими и высшими уровнями воды (в зависимости от размеров котлов) в среднем составляет 50-100 мм.

Объем воды между указанными уровнями называется питательными, который в процессе работы котла заполняется попеременно водой и паром. На этих уровнях устанавливают водоуказательные стекла и пароводопробные краны, с помощью которых можно определить, находится ли уровень воды в котле в допустимых пределах.

Управление рабочим процессом котельных агрегатов, нормальная и бесперебойная их эксплуатация обеспечиваются необходимыми контрольно-измерительными приборами, аппаратурой и средствами автоматики.

Необходимость в тех или иных вспомогательных устройствах и их элементах зависит от назначения котельной установки, вида топлива и способа его сжигания. Основными параметрами котлов являются: паропроизводительность, давление и температура питательной воды, КПД.

2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах.

Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной плоскости, принятой за начало отсчета.

Измерение уровня -- довольно распространенный измерительный процесс в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности, а так же в теплоснабжении. Иногда по результатам измерения уровня судят об объемном количестве вещества, содержащегося в резервуарах (баках, цистернах, танках и т. п.). Для этого используют либо мерные емкости постоянного (по высоте) поперечного сечения (например, мерные баки объемных расходомерных установок), либо специальные тарировочные таблицы, ставящие в соответствие каждому текущему значению уровня значение объема резервуара.

Средства измерений уровня называются уровнемерами. Как и все средства измерений, уровнемеры состоят из совокупности измерительных преобразователей и вспомогательных устройств, необходимых для осуществления процесса измерений (устройств для линеаризации функций преобразования, отсчетных устройств и т. д.).

Первичный преобразователь (датчик) воспринимает измеряемую величину -- уровень -- и преобразует ее в выходной сигнал (электрический, пневматический, частотный), поступающий на последующие преобразователи, или в показания, отсчитываемые по шкале уровнемера.

Принцип действия первичных преобразователей уровнемеров основан на различии физических свойств веществ, образующих границу раздела.

2.1 Механические уровнемеры

К этим уровнемерам относятся поплавковые, буйковые и гидростатические уровнемеры. Все они реализуют абсолютный метод измерения уровня, основанный на использовании различия плотностей веществ, образующих границу раздела.

Поплавковые уровнемеры

В поплавковых уровнемерах (рис.2) имеется плавающий на поверхности жидкости поплавок 1, в результате чего измеряемый уровень преобразуется в перемещение поплавка. В таких приборах используется легкий поплавок, изготовленный из коррозионно-стойкого материала. Показывающее устройство прибора 4 соединено с поплавком тросом 2 или с помощью рычагов. Поплавковыми уровнемерами можно измерять уровень жидкости в открытых емкостях.

Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/

Недостатки:

· Характерная особенность поплавковых уровнемеров с механической связью - необходимость герметизации вывода при измерении уровня токсичных, легкоиспаряющихся жидкостей, в сосудах с избыточным давлением, а также наличие дополнительных погрешностей, связанных с упругой деформацией и трением элементов связи.

· В то же время использование для фиксации положения поплавка бесконтактных следящих систем усложняет конструкцию уровнемеров, обусловливает, как правило, нелинейность их характеристик преобразования.

· Наиболее существенное влияние на точность измерения уровня поплавковыми расходомерами оказывает изменение температуры в рабочей полости сосуда. Изменения температуры обуславливают температурную деформацию поплавка, поэтому использовать эти уровнемеры в таких условиях не целесообразно.

Достоинства:

При тщательной градуировке и правильной эксплуатации поплавковых расходомеров их основная погрешность может быть сведена к значению порядка ±1 мм в диапазоне измерений до 15-20 м. Вследствие этого поплавковые уровнемеры находят применение в качестве образцовых.

Буйковые уровнемеры

Размещено на http://www.allbest.ru/

В буйковых уровнемерах применяется неподвижный погруженный в жидкость буек. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной буйком. Количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения буйка, т. е. от уровня в емкости. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Поэтому зависимость выталкивающей силы от измеряемого уровня линейная.

Достоинства:

· отлично справляются с измерением уровня в случае пенящихся жидкостей. Типичная среда применения для этого типа уровнемеров - различные масла, топливо и легкие нефтепродукты.

· принцип действия буйковых уровнемеров позволяет в широких пределах изменять их диапазон измерения. Это достигается как заменой буйка, так и изменением передаточного отношения рычажного механизма промежуточного преобразователя.

Недостатки:

· буйковые уровнемеры очень восприимчивы к вязким жидкостям. Не применимо так же использование буйковых уровнемеров в агрессивных средах, способных вызвать коррозию и разрушение буйка.

· данный тип измерения уровня подразумевает под собой большие затраты и время на установку, а так же затраты на дальнейшую их эксплуатацию.

Гидростатические уровнемеры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидростатический способ измерения уровня основан на том, что в жидкости существует гидростатическое давление, пропорциональное глубине, т. е. расстоянию от поверхности жидкости. Поэтому для измерения уровня гидростатическим способом могут быть использованы приборы для измерения давления или перепада давлений. В качестве таких приборов обычно применяют дифманометры.

При включении дифманометра перепад давлений на нем будет равен гидростатическому давлению жидкости, которое пропорционально измеряемому уровню.

Суть процесса заключается в том, что одна мембрана датчика устанавливается на резервуаре, к тому месту, где идёт подача измеряемой среды. Вторая мембрана устанавливается непосредственно на подаче атмосферного давления - данное исполнение применимо для измерения уровня в открытых резервуарах. В закрытых же резервуарах вторая мембрана устанавливается в области избыточного давления.

Достоинства:

· простота монтажа и обслуживания;

· высокая надежность;

· гидростатические уровнемеры отлично работают с вязкими жидкостями и при большом избыточном давлении.

· точность;

· реализация метода не предполагает использования подвижных механизмов;

Недостатки:

· движение жидкости вызывает изменение давления и приводит к ошибкам измерения (давление относительно плоскости отсчёта зависит от скорости потока жидкости -- следствие закона Беррнулли);

· атмосферное давление должно быть скомпенсировано;

· изменение плотности жидкости может быть причиной ошибки измерения.

· чувствительный элемент находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, что требует для датчиков специальных материалов, существенно сужая область их использования.

Размещено на http://www.allbest.ru/

От последнего недостатка свободен один из типов гидростатических уровнемеров - пьезометрический, которого приведена на рис. 6. нри6ор работает следующим образом. Нейтральный (по отношению к находящейся В сосуде жидкости) газ при открытом отсечном клапане К проходит через фильтр Ф, дросселируется до определенного заданного давления дросселем Др и пропускается через импульсную трубку, опущенную в жидкость, уровень которой измеряется. Регулятор расхода Р обеспечивает постоянный расход газа q, не зависящий от текущего значения уровня h. Мерой h в данном случае является регистрируемое манометром М давление.

Пьезометрические уровнемеры пригодны для измерения уровня любых, в том числе, и агрессивных жидкостей (при правильном Выборе материала импульсной трубки). единственный лимитирующий фактор -_вязкость жидкости. Влияние вязкости проявляется в увеличении диаметра пузырьков газа, отрыв которых от обреза трубки сопровождается возникновением колебаний давления и расхода в измерительной линии, что резко снижает точность измерений. Поэтому пьезометрические уровнемеры применяют для измерения уровня жидкостей, вязкость которых не превышает 2000 сСт.

2.2 Электрические уровнемеры

Принцип действия электрических уровнемеров основан на различии электрических свойств жидкостей и газов. При этом жидкости, уровень которых измеряется, могут быть как проводниками, так и диэлектриками; газы же, находящиеся в нажидкостном пространстве, всегда диэлектрики. Основным параметром, определяющим электрические свойства проводников, является их электропроводность, а диэлектриков - относительная диэлектрическая проницаемость, показывающая, во сколько раз по сравнению с вакуумом уменьшается в данном веществе сила взаимодействия между электрическими зарядами.

В зависимости от того, какой выходной параметр (сопротивление, емкость или индуктивность) первичного преобразователя „реагирует" на изменение уровня, электрические уровнемеры подразделяются на кондуктометрические, емкостные и индуктивные.

Кондуктометрические уровнемеры

Кондуктометрические уровнемеры (уровнемеры сопротивления) применяются для измерения уровня проводящих жидкостей (в том числе, и жидких металлов). Первичный преобразователь (рис. 7) кондуктометрического уровнемера представляет собой два электрода, глубина погружения которых в жидкость и определяет текущее значение ее уровня. Выходным параметром преобразователя является его сопротивление или проводимость. При измерении уровня „сверхпроводящих" жидкостей (например, жидких металлов) возможно применение кондуктометрических уровнемеров с одним электродом, роль второго электрода при этом выполняет заземленный сосуд.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные факторы, ограничивающие точность кондуктометрических уровнемеров -- непостоянство площадей поперечных сечений электродов (и вследствие этого непостоянство удельных сопротивлений по длине электродов), а также образование на электродах пленки (окисла, соли) с высоким удельным сопротивлением, что приводит к резкому неконтролируемому снижению чувствительности датчика.

Кроме того, на точность кондуктометрических уровнемеров существенное влияние оказывает изменение электропроводности рабочей жидкости, поляризация среды вблизи электродов.

Вследствие этого погрешности кондуктометрических методов измерения уровня (даже при использовании различных компенсационных схем) достаточно высоки (5--10 %), поэтому они находят преимущественное применение в качестве сигнализаторов уровня проводящих жидкостей.

Емкостные уровнемеры

Работа таких уровнемеров основана на различии диэлектрической проницаемости жидкостей и воздуха. Простейший первичный преобразователь емкостного прибора представляет собой электрод (металлический стержень или провод), расположенный в вертикальной металлической трубке. Стержень вместе с трубой образуют конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, так как при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха до диэлектрической проницаемости жидкости.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Первичный преобразователь (рис. 8) емкостного уровнемера представляет собой коаксиальный цилиндрический конденсатор, внутренней обкладкой которого служит металлический зонд 1, покрытый изоляцией 2.

Зонд расположен по оси металлической трубы 3, являющейся наружной обкладкой датчика-конденсатора. Зазор между внешней поверхностью изоляции зонда и наружной обкладкой называется рабочим зазором, сообщающимся через отверстия в нижней центровочной втулке и в наружной трубе с сосудом, в котором измеряется уровень. Жидкость, попадая через эти отверстия в рабочий зазор датчика, изменяет его кажущуюся емкость. Измерительная схема (вторичный преобразователь) регистрирует разность кажущихся емкостей датчика при текущем и нулевом значениях уровня.

Вследствие простоты, удобства монтажа и обслуживания, надежности и потенциально высокой точности (известны емкостные уровнемеры, основная погрешность которых не превосходит 0,1-0,2 %) емкостные уровнемеры находят широкое применение в промышленности.

К недостаткам емкостных уровнемеров относятся: высокая чувствительность к изменению электрических свойств жидкостей, обусловленных изменением их состава, температуры и т. п., образование на элементах датчика электропроводящей или непроводящей пленки вследствие химической активности жидкости, конденсации ее паров, налипания самой жидкости на контактирующие в ней элементы и т. п.

Оба указанных недостатка обусловливают появление существенных дополнительных погрешностей. С первым из них борются, применяя различные компенсационные схемы; второй устраняют, используя адгезионные покрытия элементов датчика, вводя специальные присадки в жидкость, применяя „снос" образующейся пленки и т. д.

Емкостные уровнемеры могут измерять уровень не только жидкостей, но и твердых сыпучих материалов: цемента, извести и т. п.

Индуктивные уровнемеры

Первичный преобразователь индуктивных уровнемеров представляет собой катушку индуктивности. Проводящая жидкость при этом играет либо роль шунта, изменяющего число витков катушки, либо роль экрана, влияющего на коэффициент самоиндукции катушки. В первом случае используются катушки с обнаженными витками. При перемещении уровня жидкости, обладающей высокой электропроводностью, часть витков шунтируется и соответствующим образом меняет индуктивность катушки первичного преобразователя -- датчика.

Экранирующий эффект проводящей жидкости заключается в возникновении в ней вихревых токов (токов Фуко), электромагнитное поле которых оказывает размагничивающее действие на поле измерительной катушки. При этом датчик выполняется в виде катушки, помещенной в защитный чехол (рис. 9).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Чехол исключает контакт катушки с контролируемой жидкостью, обеспечивает возможность проведения монтажно-демонтажных работ без нарушения герметичности сосуда (что особенно важно, например, при измерении уровня жидких теплоносителей в ядерных реакторах). Однако при этом (особенно при больших толщинах чехла и малой электропроводности жидкости) резко уменьшается уровень полезного сигнала.

Наиболее существенное влияние на показания (и на погрешность) индуктивных уровнемеров оказывают изменения электропроводности жидкости и чехла вследствие старения материала, образования пленок и т. п.

Основная же погрешность индуктивных уровнемеров, обусловленная погрешностями его градуировки и измерительной схемы, может быть „уложена" в ±0,5 %

2.3 Акустические уровнемеры

Существуют и находят применение акустические уровнемеры трех основных типов -- локационные уровнемеры, уровнемеры поглощения и резонансные. Все они реализуют различные физические явления, связанные с распространением звука в упругой (жидкостной или газовой) среде.

Локационные уровнемеры (рис. 10) реализуют эффект отражения звуковой волны от поверхности раздела сред. Генератор Г излучает в жидкость пачку импульсов высокой (ультразвуковой) частоты. Отраженный от границы раздела жидкость--газ сигнал улавливается приемником П ультразвуковых колебаний. Время t между моментом посылки зондирующего импульса и моментом прихода отраженного от уровня импульса связано с текущим значением уровня. Время t фиксируется соответствующей измерительной схемой и преобразуется в выходной сигнал уровнемера, пропорциональный текущему значению уровня h.

Недостатки локационных уровнемеров:

· Повышенная чувствительность к включениям в жидкости (микровзвесей, пузырьков газа)

· Основными факторами (кроме погрешностей измерительной схемы), влияющими на точность локационных уровнемеров, являются тепловое расширение сосуда и изменение скорости звука в среде.

Диссипативные уровнемеры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принцип действия диссипативных ультразвуковых уровнемеров основан на явлении рассеивания (поглощения) звуковой энергии в веществе. В простейшем случае диссипативный уровнемер (рис. 11) состоит из и излучателя И и приемника П, установленных на дне и крышке сосуда.

Нелинейность функции преобразования (градуировочной характеристики), а также низкий КПД, обусловленный отражением звуковой энергии от границы раздела жидкость--газ (например, интенсивность преломленной ультразвуковой волны при прохождении через границу вода-воздух составляет всего 0,001 падающей), препятствует промышленному освоению диссипативных уровнемеров.

Резонансные уровнемеры

Принцип действия резонансных уровнемеров заключается в возбуждении колебаний столба газа над уровнем жидкости и в фиксации резонансной частоты, при которой наблюдается возникновение стоячей волны. Датчик уровнемера (рис. 12) представляет собой трубчатый резонатор достаточной для образования стоячей волны длины L (L должно быть не менее трех диаметров резонатора и обеспечивать требуемый диапазон измерения уровня И). Для возбуждения колебаний резонатора используются магнитоэлектрические преобразователи М -- обычно ленточные микрофоны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные недостатки резонансных уровнемеров -- сложность и громоздкость конструкции (особенно при больших диапазонах измерений уровня), а также существенное влияние на их показания изменений скорости с распространения звука в газовой среде.

2.4 Оптические уровнемеры

При измерении уровня жидкостей оптическими методами могут быть использованы различные явления, связанные с прохождением света через среды, образующие поверхность раздела, -- отражение или преломление света на поверхности раздела, ослабление его интенсивности в поглощающей среде и др. Однако на практике наибольшее распространение получили оптические уровнемеры с визуальной фиксацией границы раздела жидкость--газ и фотоэлектрические уровнемеры, использующие эффект отражения света от поверхности жидкости.

Визуальные уровнемеры представляют собой прозрачные вставки в стенках сосуда или в сообщающихся с сосудом мерных трубках с нанесенной на них шкалой.

Визуальные уровнемеры -- самые простые и в то же время самые точные средства измерения уровня.

При соответствующем диаметре мерной трубки, подсветке поверхности раздела и использовании специальных средств отсчета погрешность визуальных уровнемеров при неподвижной поверхности жидкости может быть сведена к десятым и даже сотым долям миллиметра. Вследствие этого они находят широкое применение в поверочных установках с мерными баками, образцовых мерниках. Сложность дистанционных измерений уровня, невозможность использования в системах регулирования автоматизированными технологическими процессами препятствуют широкому промышленному применению визуальных уровнемеров.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принципиальная схема фотометрического уровнемера отражения приведена на рис. 13. Световой луч от лампы Л проходит через конденсаторную линзу К и через окно вводится в сосуд. Падая под углом а на поверхность жидкости, свет отражается от нее и попадает через оптически прозрачную стенку на протяженный приемник излучения П. Координата приемника у, в которой фиксируется максимальная освещенность, характеризует текущее значение уровня.

Наиболее существенное влияние на погрешность оптических уровнемеров оказывает состояние поверхности жидкости. Возмущения поверхности, появление на ней пены, крен сосуда искажают результаты измерения уровня. Для устранения

(уменьшения) этих влияний используют лазерные источники света, волоконные световоды и различные компенсационные схемы.

2.5 Тепловые уровнемеры

Тепловые уровнемеры основаны либо на использовании различия температур жидкости и парогазовой смеси над ней (дилатометрические уровнемеры), либо различия их теплопроводностей (терморезисторные уровнемеры и уровнемеры ТЭДС).

Дилатометрические уровнемеры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Чувствительным элементом дилатометрического уровнемера (рис. 14) является стержень или трубка, омываемые жидкостью и парогазовой смесью. В результате теплообмена между чувствительным элементом, жидкостью и газом чувствительный элемент приобретает определенную температуру, пропорциональную температурам жидкости и газа, а также текущему значению уровня жидкости в сосуде. Следовательно, при постоянстве температур жидкости и газа средняя температура чувствительного элемента будет являться мерой текущего значения уровня.

Дилатометрические уровнемеры применяют при измерении уровня конденсированных жидкостей, т. е. когда температуры жидкости и парогазовой смеси над ней относительно стабильны и при этом значительно разнятся между собой.

Несмотря на простоту и надежность дилатометрические уровнемеры вследствие малых диапазонов измерений (не более 0,75 м) и невысокой точности не получили широкого промышленного применения.

Тензорезисторные уровнемеры

Чувствительный элемент тензорезисторных уровнемеров (рис. 15) представляет собой помещенный в сосуд резистор, электрическое сопротивление которого определяется его температурой.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вследствие различной интенсивности теплопередачи от нагретого тела к жидкости и газу, участки резистора, находящиеся в соприкосновении с различными фазами, будут иметь различную температуру и, следовательно, различное электрическое сопротивление. По сопротивлению резистора в данном случае можно судить о текущем значении уровня.

Обычно чувствительный элемент тензорезисторных уровнемеров представляет собой вертикально натянутую тонкую проволоку с большим погонным электрическим сопротивлением, что обеспечивает его высокую чувствительность.

Специфической областью применения терморезисторных уровнемеров является криогеника (измерение уровня жидких газов).

2.6 Вибрационные уровнемеры

Принцип действия вибродатчиков предельного уровня для жидкостей:

Сенсорные вилки датчиков настроены на вибрацию на резонансной частоте в воздухе с помощью пьезо-электрического элемента. Частота колебаний изменяется при погружении сенсорных вилок в жидкость. Частота конвертируется в помехоустойчивый импульсный частотно модулированный сигнал и передается по двухпроводному кабелю в трансмиттер. Законченная система имеет встроенные избыточные и непрерывные функции самоконтроля. Датчик имеет две независимые электронные цепи управления, что позволяет исключить ошибку при передачи данных на трансмиттер. Трансмиттер подает питание на Liquiphant и по этой же линии принимает частотно модулированный сигнал. Микропроцессор обрабатывает полученный сигнал. При достижении предельного уровня жидкости происходит замыкание или размыкание выходного контакта.

2.7 Радиоизотопные уровнемеры

Такие уровнемеры применяют для измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов в закрытых емкостях. Их действие основано на поглощении у-лучей при прохождении через слой вещества.

В радиоизотопном уровнемере источник и приемник излучения подвешены на стальных лентах, на которых они могут перемещаться в трубах по всей высоте бака. Ленты намотаны на барабан, приводимый в движение реверсивным электродвигателем.

Если измерительная система (источник и приемник у-лучей) расположена выше уровня измеряемой среды, поглощение излучения слабое и от приемника по кабелю на блок управления будет приходить сильный сигнал. По этому сигналу электродвигатель получит команду на спуск измерительной системы. При снижении ее ниже уровня среды поглощение Y-лучей резко увеличится, сигнал па выходе приемника уменьшится, и электродвигатель начнет поднимать измерительную систему.

Таким образом, положение измерительной системы будет отслеживать уровень в емкости (точнее, она будет находиться в непрерывном колебании около измеряемого уровня). Это положение в виде угла поворота ролика преобразуется измерительным устройством в унифицированный сигнал -- напряжение постоянного тока U.

3. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ КОТЛОВОЙ ВОДЫ В БАРАБАНЕ КОТЛА

Нормальная эксплуатация барабанных котлов может осуществляться только при условии строгого поддержания уровня воды в барабане в некоторых допускаемых пределах, поэтому измерение уровня воды в барабане, особенно современных мощных котельных, имеющих весьма ограниченный запас воды, является важной и ответственной задачей при их эксплуатации.

Контроль уровня воды в барабане котлов с малой паропроизводительностью и низким давлением пара в барабане осуществляется путем непосредственного наблюдения за уровнем по водомерному устройству, поставляемому совместно с котлом. В ряде случаев для большей надежности дополнительно устанавливают непосредственно у котла сниженный указатель уровня воды в барабане. В этом случае применяют показывающие дифманометры-уровнемеры или сниженный указатель уровня.

Котлы производительностью 35 т/ч и выше наряду с водоуказательными устройствами на барабане, поставляемыми совместно с ними, оснащаются дополнительно днфманометрами-уровнемерами. Вторичные показывающие и самопишущие приборы уровнемеров устанавливаются на щите управления парогенератора или блока. Эти приборы обычно снабжены контактным устройством для сигнализации недопускаемого изменения уровня воды в барабане котлов.

На современных мощных котлах ТЭС кроме уровнемеров для измерения уровня воды в барабане устанавливают дополнительно днфманометры-уровнемеры со вторичными показывающими приборами, снабженными контактным устройством. С помощью этих уровнемеров осуществляется технологическая защита при перепитке парогенератора водой и при упуске уровня в его барабане. При этом контакты вторичных приборов уровнемеров включаются в устройство защиты по схеме «два из двух» или «два из трех».

В качестве уровнемеров широко применяют дифманометры мембранные типа ДМ в комплекте со вторичными приборами дифференциально-трансформаторной системы или дифманометры-уровнемеры типа ДМЭ с выходным сигналом постоянного тока, работающие совместно со вторичными приборами типа КСУ, КПУ и др. (гл. 4), а также с автоматическими регуляторами, информационно - вычислительными и управляющими машинами.

Для присоединения дифманометров-уровнемеров к барабану парогенераторов применяют специальные уравнительные сосуды различных конструкции.

Расчет шкалы дифманометров_уровнемеров или их вторичных приборов обычно производят на рабочее (номинальное) давление пара в барабане с учетом типа уравнительного сосуда.

4. ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ В БАРАБАНЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОТЛА ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ С МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ДАВЛЕНИЯ

«Узким местом» в вопросах технологического контроля и полной автоматизации пусковых режимов энергетических барабанных котлов (а так же подогревателях высокого и низкого давления паровых турбин) остается измерение и поддержание норме уровня котловой воды в барабане котла. Это осложнение обусловлено изменением плотности воды в процессе ее нагревания до рабочих параметров.

В настоящее время технологический контроль осуществляется путем оснащения барабанов смотровыми колонками прямого действия и датчиками-перепадомерами с электрической схемой дистанционной передачи показаний на электронные приборы (регистратор уровня, регуляторы уровня (основной и резервный) и не менее двух показывающих приборов, задействованных в схеме технологической защиты котлоагрегата), расположенных на тепловых щитах управления. Уровень в барабане энергетического котла высокого давления в подавляющем большинстве случаев измеряется гидростатическим методом (измерение перепада давления в конденсационном сосуде):

S = ? p,

где S - показания прибора, мм; ?p- перепад давления в преобразователе;

? p= с·(Н- h),

где с - плотность воды; h - высота столба питательной воды в барабане котла; Н - высота столба питательной воды в конденсационном сосуде.

Плотность воды при изменении ее термодинамического состояния по границе линии насыщения определяется уравнением формуляции, ее изменение представлено в таблицах М.П. Вукаловича «Теплофизических свойств воды и водяного пара».

С высокой степенью точности уровень питательной воды в барабане будет определяться по формуле

S = р (Н - h)·Ь,

где Ь - коэффициент относительной плотности воды, Ь = с^*/с;

с - плотность воды при нормальных условиях;

с^* - то же в переходном состоянии.

Принципиальная схема измерения уровня представлена на рис. 16.

Для уменьшения погрешностей измерения, вызванных охлаждением питательной воды в уравнительном сосуде 1, применяются теплоизолированные обогреваемые конденсационные сосуды, показанные на рис. 17.

В настоящее время специалисты цеха ТАИ проводят лабораторную калибровку характеристик датчиков-преобразователей перепада давления на рабочие параметры питательной воды (для котла ТП_230_2 плотность питательной воды составляет 671кг/м³)

В переходных режимах в течении всего времени растопки (расхолодки) котла гидростатический метод измерения уровня не работает вследствие большой погрешности измерительного комплекта (более 30%). Предлагаемая система измерения уровня воды в барабане энергетического котла гидростатическим методом предусматривает создание измерительной схемы с применением многопараметрического преобразователя давления, оснащенного следующими электронными устройствами:

· сенсором перепада давления;

· сенсором абсолютного давления в одной из камер;

· электронным блоком измерения электрических импульсов на выходе сенсоров, их преобразование в цифровой сигнал и дальнейшую коррекцию сигнала перепада давления в конденсационном сосуде в зависимости от плотности питательной воды по значению избыточного давления в барабане котла (по линии насыщения), с формированием стандартного токового сигнала 4 - 20 мА или дискретного на выходе.

За основу многопараметрического преобразователя был принят надежный и проверенный отечественный дифференциальный преобразователь давления типа САПФИР_22МР_ДД, серийно выпускаемый Рязанским приборостроительным заводом ОАО «ТЕПЛОПРИБОР» (рис.18).

Дополнительный контур измерения избыточного давление р состоит из мембраны 16, соединенной тягой 15 с тензопреобразователем, который через герметичный ввод 13 связан с электронным преобразователем 1.

В контуре измерения перепада давления ?р (см. рис. 16) разность давлений в плюсовой 7 и минусовой 8 камерах вызывает прогиб мембраны 9, который через тягу 10 и центральный шток передается на тензопреобразователь 11. Деформация тензопреобразователя 11 приводит к изменению его сопротивления, при этом меняется значение напряжения U?р, которое передается в электронный преобразователь 12. Таким образом, выходной сигнал от тензопреобразователя 11 поступает на вход электронного преобразователя 12.

В контуре измерения избыточного давления р изменение давления в минусовой камере 8 вызывает прогиб мембраны 13, который посредством тяги 14 передается на второй тензопреобразователь 15. Деформация последнего приводит к изменению его сопротивления, при этом меняется значение напряжения Uр, которое передается в электронный преобразователь 12.

Электронный блок 1 состоит из блока индикатора и двух плат: клемной и платы микропроцессора. На клемной плате установлена клемная колодка для присоединения жил кабелей питания и нагрузки. На плате микропроцессора расположен микроконтроллер, который оцифровывает сигнал от измерительного блока, ступенчато в пределах класса точности датчика корректирует его, отображает на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ) и преобразует из цифрового формата в стандартный выходной токовый сигнал.

На верхней поверхности корпуса электронного блока под откидной крышкой расположены четыре колодца, в каждый из которых может быть введен манипулятор ручного управления для контроля и программирования преобразователя.

На подсвечиваемом ЖКИ можно отобразить параметры технологических измерений:

· уровня;

· дифференциального и абсолютного давления;

· значения выходного токового сигнала;

· температуры собственно электронного блока.

Воздействием магнитного манипулятора вводятся (задаются) или корректируются данные верхних пределов диапазонов измерений, перепада давлений, абсолютного давления, время демпфирования, метрологическая информации о данном датчике. Так же предусматривается корректировка значений уровня и выходного сигнала, включение функции самотестирования преобразователя.

4.1 Система гидростатического измерения уровня

Система гидростатического измерения уровня предназначена для точного измерения уровня продуктов, находящихся в резервуарах различной конфигурации (рис. 20). Непосредственно на резервуарах располагаются два высокоточных преобразователя, датчик температуры,· интерфейсный блок преобразователя (ИБП).

Главным элементом системы является преобразователь давления «Сапфир-22МР». Используя возможности высокоточного измерения давления, система рассчитывает такие параметры, как масса, плотность, объем и уровень заполнения резервуара продуктом.

Таблица 1. Технические характеристики СГИУ

Интерфейсный блок преобразователя (ИБП) устанавливается непосредственно у резервуара, принимая сигналы от преобразователей давления; рассчитывает массу, плотность, объем и уровень с индикацией полученных значений на встроенном жидкокристаллическом индикаторе. При этом учитывается деформация оболочки резервуара, вызванная изменением окружающей температуры.

Программное обеспечение верхнего уровня позволяет производить:

· высокоточное измерение уровня, плотности, массы, объема;

· отображение результатов измерения и вычисления на мониторе компьютера у оператора;

· ведение накопительных данных (до 1 года) по получаемой информации;

· предотвращение перелива продукта при наполнении резервуара -путем выдачи управляющих сигналов на отключение насосов,

· включение (отключение) звуковой и световой сигнализации;

· распечатку результатов обработки текущей информации и архивных данных на принтере.

4.2 Технические характеристики датчиков давления Сапфир-22МР

По устойчивости к климатическим воздействиям преобразователи имеют следующие исполнения по ГОСТ 15150:

· УХЛ* категории размещения 3.1 (группа исполнеения В4 по ГОСТ 12997), но для работы при теммпературах от плюс 1 до плюс 50°С ;

· УХЛ** категории размещения 3.1 (группа исполнеения В4 по ГОСТ 12997), но для работы при теммпературах от минус 10 до плюс 80°С;

· У* категории размещения 2 (группа исполнения С4 по ГОСТ 12997), но для работы при температурах от минус 30 до плюс 50°С.

· У** категории размещения 2 (группа исполнения С4 по ГОСТ 12997), но для работы при температурах от минус 40 до плюс 80°С.

· Т* категории размещения 3, но для работы при температуре от плюс 1 до плюс 50°С.

· Т** категории размещения 3, но для работы при температуре от минус 10 до плюс 80°С.

Преобразователь по устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха соответствует группам исполнения В4 и С4 по ГОСТ 12997784.

Относительная влажность окружающего воздуха 95% при 35°С.

Измеряемый параметр, модели преобразователя, верхние пределы измерений, предельно допустимое рабочее избыточное давление и предел допускаемой основной погрешности указаны в таблице 1.

Преобразователь является многопредельным и может быть перенастроен на любой из пределов измерений, указанных в таблице 1 для конкретной модели.

При выпуске из производства, в соответствии с заказом, преобразователь настраивается на любой верхний предел измерений, не выходящий за крайние значения, предусмотренные для данной модели.

По требованию заказчика преобразователи могут выпускаться перенастраиваемыми на меньшее количество пределов измерений, а также быть изготовленными с пределами измерений в единицах давления кгс/м², кгс/см², бар и мбаp.

Таблица 2. Пределы измерений преобразователя САПФИР-22МР

Измеряемый параметр	Верхний предел измерений	Предел допускаемой основной погрешности ±г, %
	кПа	МПа	кгс/смІ	кгс/мІ
Разность давлений	1,00			100	0,25
	1,60			160	0,25
	2,50			250	0,25
	4,00			400	0,25
	6,30			630	0,20; 0,25
	10,00			1000	0,20; 0,25 ...

Подобные документы

• Отсчет по учебной практике. Сапфир 22-ДД

  Общее описание приборов. Измерение давления. Классификация приборов давления. Особенности эксплуатации Индивидуальное задание. Преобразователь давления Сапфир-22-Еx-М-ДД. Назначение. Устройство и принцип работы преобразователя. Настройка прибора.
  
  практическая работа [25,4 K], добавлен 05.10.2008
  

• Техническая реализация системы автоматизированного управления уровнем воды в барабане парового котла

  Характеристика котла для производства перегретого пара. Функции регулятора уровня воды в барабане парового котла. Разработка технической структуры системы автоматизированного управления и функциональной схемы регулятора. Организация безударных переходов.
  
  курсовая работа [2,9 M], добавлен 21.12.2011
  

• Методы и средства контроля давления. Поплавковые и гидростатические уровнемеры

  Общие сведения о измерениях и контроле. Физические основы измерения давления. Классификация приборов измерения и контроля давления. Характеристика поплавковых, гидростатических, пьезометрических, радиоизотопных, электрических, ультразвуковых уровнемеров.
  
  контрольная работа [32,0 K], добавлен 19.11.2010
  

• Автоматизация процесса ректификация

  Технологический процесс ректификации. Обоснование выбора основных средств автоматического контроля. Измерение температуры, уровня, расхода и давления газа или жидкости. Расчет сопротивлений резисторов измерительной схемы автоматического потенциометра.
  
  курсовая работа [397,2 K], добавлен 20.09.2012
  

• Техническое обеспечение автоматической системы регулирования давления в барабане котла

  Рабочий процесс в котельной установке. Обоснование целесообразности введения АСР для повышения производительности и надежности котла. Структурная схема системы регулирования давления. Выбор технических средств автоматизации. Расчет надежности контура.
  
  курсовая работа [46,9 K], добавлен 30.01.2011
  

• Особенности эксплуатации обводняющихся газовых скважин

  Эксплуатация газовых скважин, методы и средства диагностики проблем, возникающих из-за скопления жидкости. Образование конуса обводнения; источник жидкости; измерение давления по стволу скважины как способ определения уровня жидкости в лифтовой колонне.
  
  реферат [424,9 K], добавлен 17.05.2013
  

• Проектирование автоматизированной системы управления котельной с котлами ДЕ-6,5/14-ГМ для комплекса по производству масел

  Разработка системы управления котельной комплексного сборного пункта с котлоагрегатами ДЕ-6,5/14-ГМ. Выбор конфигурации программируемого логического контроллера. Расчет и анализ системы автоматического регулирования уровня воды в барабане котлоагрегата.
  
  дипломная работа [3,1 M], добавлен 29.09.2013
  

• Контроль и измерение уровня жидкого металла в промежуточном ковше

  Процесс работы машин непрерывного литья заготовок из стали. Цели применения промежуточных ковшей, предъявляемые к ним требования. Методы измерения уровня жидкого металла. Конструкция и принцип действия радарного датчика Accu-Wave, расчет его погрешности.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 05.06.2012
  

• Методы и технологические схемы улучшения качества воды

  Задачи обработки воды и типология примесей. Методы, технологические процессы и сооружения для очистки воды, классификация основных технологических схем. Основные критерии для выбора технологической схемы и состава сооружений для подготовки питьевой воды.
  
  реферат [1,2 M], добавлен 09.03.2011
  

• Водогрейный газотрубный двухходовой котел. Тип ТТ 50, мощность 250-900 кВт

  Общее описание исследуемого котла, технические характеристики его составных частей, функциональные особенности, возможности и оценка производительности. Габариты монтажного проема помещений котельной. Показатели качества воды для котлов Термотехник.
  
  презентация [6,3 M], добавлен 12.12.2013
  

• Измерение расхода керосина методом переменного перепада давления. Расчет сужающего устройства

  Общие принципы измерения расхода методом переменного перепада давления, расчет и выбор сужающего устройства и дифференциального манометра; требования, предъявляемые к ним. Зависимость изменения диапазона объемного расхода среды от перепада давления.
  
  курсовая работа [871,6 K], добавлен 04.02.2011
  

• Проектирование автоматического регулирующего устройства (регулятора) для поддержания заданных значений уровня жидкости (воды) в объекте

  Принципиальная схема автоматического регулирующего устройства, построенного на типовых гидравлических элементах. Выбор сервомотора и струйного усилителя. Расчет высоты расположения уравнительного сосуда и обратной связи в регуляторе уровня жидкости.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 10.01.2012
  

• Автоматическое управление процессом удаления примесей из двуокиси углерода

  Описание выбранных систем автоматического контроля и регулирования. Назначение, технические характеристики и устройство преобразователя давления Cerabar PMC45. Определение графическим методом общей статической характеристики цепи обратной связи.
  
  курсовая работа [868,2 K], добавлен 13.02.2016
  

• Автоматизация контроля технологических параметров при производстве вареных колбас

  Влияние внедрения автоматизированного контроля технологического процесса производства вареных колбас на качество продукции и надежность работы технологических линий. Подбор манометра для измерения избыточного давления и датчиков контроля температуры.
  
  доклад [12,6 K], добавлен 04.10.2015
  

• Датчики давления

  Понятие давления как физической величины. Типы, особенности устройства датчиков давления: упругие, электрические преобразователи, датчики дифференциального давления, датчики давления вакуума. Датчики давления, основанные на принципе магнетосопротивления.
  
  реферат [911,5 K], добавлен 04.10.2015
  

• Разработка АСР давления пара в барабане котла ДКВр 20/13

  Анализ технологического процесса как объекта управления. Комплекс технических средств, на базе которого реализована система регулирования. Структурная схема математической модели системы автоматического управления давлением пара в барабане котла.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 11.12.2014
  

• Узел подачи ингибитора коррозии и нейтрализатора

  Создание сложных информационных измерительных и вычислительных систем. Принцип работы узла подачи ингибитора коррозии и нейтрализатора на АВТ-2. Датчик уровня для емкости. Радарный датчик уровня. Оценка погрешности канала измерения уровня жидкости.
  
  отчет по практике [1,4 M], добавлен 21.05.2015
  

• Система автоматики регулирования давления

  Регулирование и контроль давления пара в паровой магистрали для качественной работы конвейера твердения. Стабилизация давления с помощью первичного преобразователя датчика давления Метран-100Ди. Выбор регулирующего устройства, средств автоматизации.
  
  курсовая работа [318,8 K], добавлен 09.11.2010
  

• Проектирование автоматизации водогрейного котла

  Строение теплообменных устройств с принудительной циркуляцией воды. Процесс автоматизации водогрейного котла КВ-ГМ-10: разработка системы автоматического контроля, регулирование температуры прямой воды, работа электрических схем импульсной сигнализации.
  
  курсовая работа [973,2 K], добавлен 08.04.2011
  

• Анализ средств измерения уровня в резервуарах для хранения нефтепродуктов

  Совершенствование системы автоматизации в результате замены существующего уровнемера на Иглинской нефтебазе. Подбор и сравнение современных уровнемеров, используемых для определения уровня в резервуарах. Анализ технических характеристик уровнемера.
  
  дипломная работа [1,5 M], добавлен 29.04.2015
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам