準確的鍋爐汽包水位控制對于高效和安全的鍋爐運行至關重要

鍋爐汽包水位控制
鼓水平對于安全至關重要，但控制和維持正確的水位對于較大化鍋爐效率也很重要。但是，有幾個因素使得精確的水位測量變得困難。
例如，蒸汽鼓包含水與夾帶的蒸汽泡和蒸汽的湍流混合物。隨著蒸汽需求的減少，滾筒壓力將增加并壓縮夾帶的蒸汽泡。因此，即使水量實際上增加，鼓水平也會顯著縮小。

圖3：水和蒸汽的密度和介電特性隨壓力和溫度而變化
相反，隨著蒸汽需求增加，鼓壓降低并且氣泡膨脹，導致鼓水平看起來膨脹。為了解釋收縮和膨脹，發電廠工程師使用復雜的控制系統來維持蒸汽鍋中恒定的液態水位。
除了要求滾筒水平的可視指示外，BPVC還規定了對故障安全模式，多樣性，自我診斷和測量冗余的需求。用于任何鍋爐應用的液位測量技術類型基于危險分析，但代碼建議使用兩個本地液位指示器，并結合兩個獨立液位變送器，以提供鍋爐汽包水位控制和指示。
基于這些要求和用戶的操作經驗，鍋爐和給水系統的三重冗余正在成為行業標準。差壓和導波雷達液位計的組合可以滿足這一要求，可接受的組合是兩個導波雷達（GWR）+一個差壓（DP）; 兩個DP +一個GWR; 或三個相同技術的設備。
DP變送器廣泛用于鍋爐水平的控制，因為它們滿足應用對精度和可靠性的要求。DP變送器可測量液位和靜壓。變送器的高壓側測量液體壓頭和靜壓，而低壓側僅測量靜壓。
較終結果是靜壓自動補償，僅留下液頭測量。該測量結合液體密度提供液位測量。
DP發射器根據特定的液體密度校準水平。如果密度發生變化，則會將誤差引入水平測量。這些變化在啟動期間尤為常見，因為當系統達到工作溫度和壓力時，系統的液相和蒸汽相都會發生密度變化。基于操作條件的補償方法對于DP水平測量的密度調整是必要的。
為了提供DP水平測量的密度補償，壓力測量用于根據操作壓力和飽和蒸汽表中建立的密度值確定合適的密度值。

導波雷達液位計
GWR變送器為汽包應用提供了另一種選擇，因為它們提供了許多優于DP技術的重要優勢。
例如，GWR變送器完全獨立于密度，能夠承受高達400°C的極端溫度和高達345 bar的壓力。即使暴露在機械振動和高湍流下，它們也能提供準確可靠的測量。GWR變送器沒有活動部件，提供低維護和高可靠性的額外好處。
在典型的安裝中，GWR安裝在腔室的頂部，探頭延伸到腔室或容器的整個深度。向探頭發送低能量微波脈沖，當它到達介質表面時，反射被發送回發射器。
發射器測量脈沖到達介質表面并反射回來所需的時間，并且板載微處理器使用時域反射計原理計算距離。
傳輸速度取決于介質的介電常數。從表1中可以看出，在水的情況下，這在液相和蒸汽相中都發生變化。在高壓蒸汽應用中，效果是減慢傳播速度，這可能導致溫度誤差高達20％。
隨著溫度升高，水的電介質減少并且蒸汽的電介質增加。只有當水電介質保持足夠高以從表面提供反射時才能獲得精確的液位測量。然而，當蒸汽和水之間的介電差異變得太小而無法提供可靠的液位測量時，達到2610 psi（180 bar）和2900 psi（200 bar）之間的點。在這種情況下，基于GWR技術的電平發射器不再適用。

為了保持電平測量的準確性，必須將補償因子應用于GWR液位計。如果條件穩定，則可以在變送器配置期間手動輸入預期工作壓力和溫度下的蒸汽電介質。這允許該單元在預期的操作條件下補償電介質。
對于可能在操作條件上有更多變化的高壓應用，或者用戶希望能夠在接近環境條件下（例如在啟動和關閉期間）驗證設備的情況，需要動態補償。
例如，艾默生的羅斯蒙特5300系列GWR變送器采用動態氣相補償技術，可在各種工作條件下提供高精度的液位測量。
動態蒸汽補償通過使用具有固定距離目標的GWR探頭來工作（參見圖4）。發射器知道從目標反射的脈沖應該在沒有蒸汽存在的地方。

當罐中有蒸汽時，反射器脈沖的電距離超出反射器點的實際物理距離。實際和表觀反射點之間的距離用于連續計算蒸汽電介質。
然后，計算的電介質被動態地用于補償蒸汽電介質變化 - 消除了在控制系統中引入補償的需要。對于低于180 bar的應用，具有動態蒸汽補償的GWR將在飽和蒸汽條件下提供高度精確的液位測量。
建議使用帶有長反射器的羅斯蒙特動態蒸汽補償集成靜管蒸汽探頭，以實現較佳實踐。根據應用，探頭類型，反射器長度以及內部和外部條件，精度誤差可能會有所不同，精度誤差可降至2％。
應用和安裝條件（例如旁路室中的較低溫度）可能導致測量介質內的變化。因此，誤差讀數可以根據應用條件而變化，并且可能導致測量誤差增加2到3倍。
顯示了蒸汽補償之前和之后的雷達信號曲線。沒有補償，表面脈沖似乎超出實際水平。補償后，表面出現在正確的表面水平點。

高精確度
為了滿足鼓級應用中的指示和冗余要求，推薦的組合是帶有導波雷達的磁翻板液位計安裝在相鄰的腔室中。這些設備共同提供低維護解決方案，可提供高精度和本地指示。
美國機械工程師協會發布的BPVC建議將兩個本地液位指示器與兩個獨立液位變送器相結合，以提供鍋爐汽包水位控制和指示。鍋爐和給水系統的三重冗余正在成為行業標準。
磁翻板液位計提供液位的清晰指示，但由于它們依賴于浮子，因此它們不被視為水平的“直接”指示，例如玻璃量規。然而，磁翻板液位計更容易看到，并且通常被接受為次級指示裝置。電子蒸汽/水測量系統還可用于監測水位，為操作員提供鍋爐水位的高可視性，幾乎無需維護和卓越的可靠性。

差壓變送器廣泛用于鍋爐液位控制，因為它們滿足應用對精度和可靠性的要求。然而，因為差壓變送器是基于特定的液體密度校準的，所以隨著水和蒸汽的密度變化，誤差被引入液位測量。可以在控制系統內補償這些誤差以計算較佳可能水平。