熱工測量課件

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熱工測量及儀表2010年9月熱控：鄒包產(chǎn)課程內(nèi)容

溫度測量原理及方法測量及儀表簡介4.壓力測量原理及方法5、

汽包水位測量與計算5、

流量測量與計算

1.1測量簡介

熱工測量技術(shù)包括熱工參數(shù)的測量方法和實現(xiàn)測量的儀表。熱工測量參數(shù)包括溫度、壓力、流量、水位、成分等，此外也包括與熱力生產(chǎn)密切相關(guān)的其他參數(shù)，如爐膛燃料量、火焰信號等等。在熱力發(fā)電廠中，通過熱工參數(shù)的測量，可以及時反映熱力設(shè)備的運行工況，為運行人員提供操作依據(jù)；為電廠控制系統(tǒng)準(zhǔn)確及時地提供信號。因此，熱工測量是保證熱力設(shè)備安全、經(jīng)濟運行及實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)條件。

1.測量及儀表簡介1.2測量誤差如果用表示測量值，表示被測參數(shù)的實際值，也稱真值。

稱為測量的絕對誤差；稱為測量的相對誤差；相對誤差又分為：實際相對誤差、標(biāo)稱相對誤差、引用相對誤差等?？蓞⒖迹篟GS098火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)檢修運行維護(hù)規(guī)程P175附錄B21.

2測量誤差1.3熱工儀表組成測量介質(zhì)-

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-觀測者1.4熱工儀表的質(zhì)量指標(biāo)：基本誤差允許誤差：根據(jù)各類儀表的設(shè)計、制造質(zhì)量不同，國家對每種儀表規(guī)定了基本誤差的最大允許值。準(zhǔn)確度等級：在數(shù)值上等于允許誤差去掉百分號后的絕對值。1.測量及儀表簡介感受件中間件顯示件溫度是表征物體冷熱程度的物理量。從微觀看，溫度是描述系統(tǒng)不同自由度之間能量分布狀況的基本物理量，它標(biāo)志著物體內(nèi)部分子無規(guī)則運動的劇烈程度，是大量分子熱運動的宏觀表現(xiàn)。

熱工測溫元件主要包括：熱電阻、熱電偶、雙金屬溫度計等。在工業(yè)應(yīng)用中，熱電偶一般適用于測量200℃以上的較高溫度。對于200℃以下的中、低溫度，熱電偶的輸出的熱電勢很小，這對二次儀表的放大器、抗干擾措施等的要求就很高，否則難以實現(xiàn)精確測量；而且，在較低溫區(qū)域，冷端溫度的變化所引起的相對誤差也非常突出。所以測量中、低溫度一般使用熱電阻溫度測量儀表較為合適。2.溫度測量原理及方法2.1熱電阻

熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。

熱電阻型號：WZ□□-□□□測溫儀表1/2單/雙只外保護(hù)管直徑熱電阻接線盒形式（防水、防爆燈）類型：P鉑，C銅安裝固定裝置（螺紋、法蘭等）

2.1熱電阻

目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅：鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小；銅電阻在測溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過150℃易被氧化。

中國最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等幾種，它們的分度號分別為Pt10、Pt100、Pt1000；銅電阻有R0=50Ω和R0=100Ω兩種，它們的分度號為Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的應(yīng)用最為廣泛。2.1熱電阻目前熱電阻的引線主要有三種方式：

二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號。這種引線方法很簡單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān)。

三線制：在熱電阻的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的引線電阻。

四線制：在熱電阻的兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號U，另兩根引線把U引至二次儀表。2.1熱電阻接線方式故障分析處理：1、顯示很小：電阻或接線回路短路；2、顯示壞質(zhì)量或很大：電阻或接線回路斷線；3、顯示偏差：電阻或接線之間短路或接地；保護(hù)管內(nèi)潮濕或有水；接線盒內(nèi)潮濕；DCS組態(tài)參數(shù)設(shè)置于熱電阻型號不對應(yīng)。4、顯示折線擺動：測量回路接線接觸不好。2.1熱電阻故障分析2.2熱電偶將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個接觸點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生熱電勢，因而在回路中形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。均質(zhì)導(dǎo)體定律：由同一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路不管導(dǎo)線長短、粗細(xì)，也不論沿導(dǎo)體長度各處的溫度分布何如，回路都不會產(chǎn)生熱電勢。

中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中的任何地方插入第三種均質(zhì)導(dǎo)體，只要插入導(dǎo)體兩端溫度相同，則插入導(dǎo)體后原熱電勢不變。

中間溫度定律：熱電勢串聯(lián)特性。

熱電偶型號：WZ□-□□□測溫儀表外保護(hù)管直徑熱電偶接線盒形式（防水、防爆燈）類型：K（鎳鉻鎳硅）安裝固定裝置（螺紋、法蘭等）E（鎳鉻銅鎳）S（鉑銠10鉑）

2.2熱電偶熱電偶冷端的溫度補償

由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。在使用熱電偶補償導(dǎo)線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。2.熱電偶故障分析處理：1、顯示偏低；熱電極變質(zhì)；熱偶內(nèi)部潮濕；回路中連接螺絲銹蝕或阻值太大；補償導(dǎo)線潮濕短路；補償導(dǎo)線與熱偶不匹配或極性接反；安裝位置不當(dāng)或插入深度不夠；冷端溫度太高。2、顯示偏大：補償導(dǎo)線與熱偶不匹配；測量回路接地串入附加地勢。3、顯示擺動：接線固定螺絲松動；測量回路中存在接地或接觸不好。2.2熱電偶故障分析處理3.1壓力測量

壓力是指物體單位面積上所受的垂直作用力。在國際單位制中，壓力的單位是“帕斯卡”（Pascal），簡稱“帕”，符號為“Pa”。1Pa＝1N/m2，即1牛頓（N）的力垂直均勻作用在1平米（m2）的面積上所形成的壓力值稱1Pa。

為了對壓力參數(shù)的集中檢測與控制，需要將測得的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，以便遠(yuǎn)距離傳送和信號處理。目前最常用的是壓力變送器和差壓變送器。3.壓力測量原理及方法

壓力變送器是一種將壓力變量轉(zhuǎn)換為可傳送的統(tǒng)一輸出信號的儀表，而且其輸出信號與壓力變量之間有一定的連續(xù)函數(shù)關(guān)系，通常為線性函數(shù)。壓力變送器按不同的轉(zhuǎn)換原理可分為力平衡式、電容式、電感式等。

電位式壓力變送器感受元件是彈性元件，彈性元件自由端的位移輸出信號經(jīng)過放大帶動電位器滑動壁移動或轉(zhuǎn)動，從而輸出相應(yīng)的電阻信號。

電感式壓力變送器是一種壓力—位移—電感轉(zhuǎn)換器，有氣隙式變壓器式、電渦流式三種。

電容式壓力變送器是被測量介質(zhì)壓力通過隔離膜片，有灌充液體傳送到中心的測量膜片，另一側(cè)是大氣基準(zhǔn)壓力或其他比較壓力，測量膜片的位移正比于作用在其上的差壓，此位移由其兩側(cè)的電容固定極板檢測出來，由此產(chǎn)生的電容變化量經(jīng)電子線路轉(zhuǎn)換成電流信號輸出。

汽包、軸封、輔汽聯(lián)箱壓力測量靜壓問題。

3.壓力測量原理及方法

流量的定義：流體流量是指單位時間內(nèi)流過管道或明渠某一截面流體的量，也稱為瞬時流量。在某一段時間間隔內(nèi)流過某一截面的流體的量稱為流過的總量，也稱作積分流量或累積流量?？偭砍缘玫娇偭康臅r間就稱為該段時間內(nèi)的平均流量。根據(jù)工作原理的不同流量計可分為：速度式、容積式、差壓式、超聲波式、電磁式、質(zhì)量式等流量計。流量測量系統(tǒng)一般由傳感器、信號傳輸、信號轉(zhuǎn)換裝置和流量顯示及計算裝置四部分組成。4.流量測量與計算工作原理：在管道中放置一節(jié)流元件，流體流經(jīng)節(jié)流元件時發(fā)生節(jié)流，在節(jié)流元件的前后兩側(cè)產(chǎn)生壓力差（差壓）。當(dāng)流體、工況、管道、節(jié)流件、差壓取出方式一定時，管道流量與差壓有確定的關(guān)系。因此可通過測量差壓來測量流量。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置由三部分組成：節(jié)流件、取壓裝置、測量直管段（節(jié)流件前10D，后5D），如下所示。

我國GB/T2624—93標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有：角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板、法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板、長徑噴嘴、文丘里管。4.流量測量與計算不可壓縮流體的流量公式

流體在管道中發(fā)生節(jié)流時，管道中各處的流速變化及壓力變化情況見圖所示。4.流量測量與計算

在節(jié)流件前沒有發(fā)生節(jié)流的位置上取截面A，對于一定常的流動，在截面A和截面B處將滿足流體質(zhì)量守恒和能量守恒。在充分紊流的理想情況下流體伯努利方程和流動連續(xù)性方程分別為：

整理的：上式推導(dǎo)時：沒有考慮流體阻力損失；節(jié)流件前后壓力也只能在管道邊緣取得；流速最小截面直徑難于確定，一般只能用節(jié)流件孔徑代替；故需引入修正系數(shù)得到：4.流量測量與計算

實際組態(tài)中我們可以通過流量計算書中的參數(shù)，計算出測量裝置的特征系數(shù)k，再由計算出流量。

但對于像給水流量一樣的高溫高壓流體，溫度對密度影響較大，所以一般需要對其進(jìn)行修正。

用實際測量的溫度和壓力查表得出。4.流量測量與計算

可壓縮性氣體流量計算：同樣可以由伯努利方程和流動連續(xù)性方程推導(dǎo)出：由理想氣體狀態(tài)方程得出：結(jié)合流量計算書中的參數(shù)，計算出測量裝置的特征系數(shù)k，進(jìn)而得出可壓縮氣體流量計算公式：4.流量測量與計算差壓式流量裝置使用注意事項：

1）確認(rèn)測量裝置設(shè)計參數(shù)適合于運行額定工況，并有一定余量。2）認(rèn)真核對測量裝置計算書，保證在DCS中進(jìn)行正確的組態(tài)。

包括：測點量程設(shè)置，裝置系數(shù)計算，溫壓補償計算等。3）在保證計算正確后，測量顯示不準(zhǔn)時，應(yīng)該檢查：

測量裝置安裝位置是否符合裝置要求；開孔位置是否正確；差壓變送器正負(fù)壓側(cè)取樣管是否對應(yīng)；一次門、變送器二次門、平衡門、排污門是否泄露；儀表管是否堵塞或積水。

變送器是否存在零漂。4.流量測量與計算

汽包水位測量裝置按照測量原理分為三種：帶工業(yè)電

視的雙色水位計；電接點水位計和差壓水位計（分單室平衡容器和雙室平衡容器兩種）。發(fā)電廠中差壓水位計一般用于汽包水位的自動調(diào)節(jié)和鍋爐MFT保護(hù)，因此它測量的準(zhǔn)確性和可靠性直接影響到鍋爐運行的穩(wěn)定性和安全性。

5.汽包水位測量與計算5.1二十五項反措關(guān)于汽包水位的規(guī)定：8防止鍋爐汽包滿水和缺水事故8.1汽包鍋爐應(yīng)至少配置兩只彼此獨立的就地汽包水位計和兩只遠(yuǎn)傳汽包水位計。水位計的配置應(yīng)采用兩種以上工作原理共存的配置方式，以保證在任何運行工況下鍋爐汽包水位的正確監(jiān)視。8.2汽包水位計的安裝8.2.1取樣管應(yīng)穿過汽包內(nèi)璧隔層，管口應(yīng)盡量避開汽包內(nèi)水汽工況不穩(wěn)定區(qū)(如安全閥排汽口、汽包進(jìn)水口、下降管口、汽水分離器水槽處等)，若不能避開時，應(yīng)在汽包內(nèi)取樣管口加裝穩(wěn)流裝置。8.2.2汽包水位計水側(cè)取樣管孔位置應(yīng)低于鍋爐汽包水位停爐保護(hù)動作值，一般應(yīng)有足夠的裕量(對于300MW及以上機組，應(yīng)有30mm左右的裕量)。

5.1二十五項反措8.2.3水位計、水位平衡容器或變送器與汽包聯(lián)接的取樣管，一般應(yīng)至少有1：100的斜度，對于就地聯(lián)通管式水位計(即玻璃板式、云母板式、牛眼式、電接點式)，汽側(cè)取樣管為取樣孔側(cè)高，水側(cè)取樣管為取樣孔側(cè)低。對于差壓式水位計，汽側(cè)取樣管為取樣孔側(cè)低，水側(cè)取樣管為取樣孔側(cè)高。8.2.4新安裝的機組必須核實汽包水位取樣孔的位置、結(jié)構(gòu)及水位計平衡容器安裝尺寸，均符合要求。

8.2.5差壓式水位計嚴(yán)禁采用將汽水取樣管引到一個連通容器(平衡容器)，再在平衡容器中段引出差壓水位計的汽水側(cè)取樣的方法。

8.2.6就地連通管式水位計和差壓式水位計的汽、水側(cè)取樣門的安裝，應(yīng)使其門桿處于水平位置。取樣門、汽和水側(cè)取樣管、及其之間連通管，均需良好保溫。取樣門及取樣管的通流內(nèi)徑，應(yīng)不小于25mm。

5.1二十五項反措8.3對于過熱器出口壓力為13.5MPa及以上的鍋爐其汽包水位計應(yīng)以差壓式(帶壓力修正回路，必要時再加平衡容器冷凝水柱溫度補償措施)水位計為基準(zhǔn)。汽包水位監(jiān)控信號，應(yīng)采用三選中值的方式進(jìn)行優(yōu)選。汽包水位保護(hù)信號，應(yīng)采用三取二的邏輯判斷方式。

8.3.1差壓水位計(變送器)應(yīng)采用壓力補償。汽包水位測量應(yīng)充分考慮平衡容器的溫度變化造成的影響必要時采用補償措施。

8.3.2汽包水位測量系統(tǒng)，應(yīng)采取正確的保溫、伴熱及防凍措施，以保證汽包水位測量系統(tǒng)的正常運行及正確性。差壓式水位計的正、負(fù)壓表管，應(yīng)有1：10的斜度，表管的通流內(nèi)徑，應(yīng)不小于10mm，長度宜控制在15～20m之內(nèi)。兩管平行敷設(shè)，共同保溫，中間不能有保溫隔離層，伴熱設(shè)施對兩管伴熱均勻，不應(yīng)造成兩管內(nèi)冷凝水出現(xiàn)溫差。

8.4汽包就地水位的零位應(yīng)以制造廠提供的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，并進(jìn)行核對、標(biāo)定。隨著鍋爐壓力的升高，就地水位計指示值愈低于汽包真實水位，表8.1給出不同壓力下就地水位計的正常水位示值和汽包實際零水位的差值Δh，僅供參考。表⒏1就地水位計的正常水位示值和汽包實際零水位的差值Δh

汽包壓力

(MPa)l6.14～l7.6517.66～18.3918.40～19.60

Δh(mm)-76-102-150

5.1二十五項反措8.5按規(guī)程要求對汽包水位計進(jìn)行零位校驗。

當(dāng)各水位計偏差大于30mm時，應(yīng)立即匯報，并查明原因予以消除。當(dāng)不能保證兩種類型水位計正常運行時，必須停爐處理。

8.6嚴(yán)格按照運行規(guī)程及各項制度，對水位計及其測量系統(tǒng)進(jìn)行檢查及維護(hù)。機組啟動調(diào)試時應(yīng)對汽包水位校正補償方法進(jìn)行校對、驗證，并進(jìn)行汽包水位計的熱態(tài)調(diào)整及校核。新機驗收時應(yīng)有汽包水位計安裝、調(diào)試及試運專項報告，列人驗收主要項目之一。

8.7當(dāng)一套水位測量裝置因故障退出運行時，應(yīng)填寫處理故障的工作票，工作票應(yīng)寫明故障原因、處理方案、危險因素預(yù)告等注意事項，一般應(yīng)在8h內(nèi)恢復(fù)。若不能完成，應(yīng)制定措施，經(jīng)總工程師批準(zhǔn)，允許延長工期，但最多不能超過24h，并報上級主管部門備案。8.8鍋爐高、低水位保護(hù)8.8.1鍋爐汽包水位高、低保護(hù)應(yīng)采用獨立測量的三取二的邏輯判斷方式。當(dāng)有一點因某種原因須退出運行時，應(yīng)自動轉(zhuǎn)為二取一的邏輯判斷方式，并辦理審批手續(xù)，限期(不宜超過8h)恢復(fù)；當(dāng)有二點因某種原因須退出運行時，應(yīng)自動轉(zhuǎn)為一取一的邏輯判斷方式，應(yīng)制定相應(yīng)的安全運行措施，經(jīng)總工程師批準(zhǔn)，限期(8h以內(nèi))恢復(fù)，如逾期不能恢復(fù)，應(yīng)立即停止鍋爐運行。8.8.2鍋爐汽包水位保護(hù)在鍋爐啟動前和停爐前應(yīng)進(jìn)行實際傳動校檢。用上水方法進(jìn)行高水位保護(hù)試驗、用排污門放水的方法進(jìn)行低水位保護(hù)試驗，嚴(yán)禁用信號短接方法進(jìn)行模擬傳動