ZDW921BFBWY雷达物位计厂商

　　通信协议与系统集成能力

　　支持4-20mA+HART、PROFIBUS PA/FF等多种协议，无线HART版本采用2.4GHz频段，电池寿命5年。某智能工厂通过OPC UA接口直连MES系统，采样周期缩至100ms。IO-Link 1.1支持远程配置，调试时间从4小时压缩至15分钟。云端数据用于库存预测，精度达0.1m³。

　　罗斯蒙特 3300 在众多应用领域中，提供且的液位。 凭借高灵敏度和信号处理性能的导波雷达技术，罗斯蒙特 3300 系列通过一个变送器便能同时进行液位和界面两种测量。 3300 系列现推出一系列型导波杆，设计用于即使在恶劣的过程环境下也能进行测量。 二线制连接确保了安装简便经济。 其特点包括:

　　高温和高压导波杆 用于要求高的液位测量领域。

　　多样的导波杆几乎可满足应用领域的需求。

　　多变量、环路供电的液位和界面变送器可减少储罐穿孔数目，并节省安装成本。

　　直接液位测量无需对温度、压力、密度、介电性能或导电性能的变化进行补偿。

　　简便易用的雷达组态工具使得设置简单，并通过波形图和记录工具提供诊断。

　　几乎不受粉尘、蒸汽、干扰物的影响。

　　坚固的模块化结构降低了运行成本，提高了性。

　　易于集成于现有设备中。

　　外形尺寸图

　　导波雷达液位计与其他雷达液位计相比，具有不同的工作原理，也有自己的优势和不足。用户尤其是采购人员了解这些信息，对于正确的选型重要。下面，就导波雷达液位计的原理和优缺点具体介绍如下。

　　一、导波雷达液位计的工作原理

　　导波雷达液位计的工作原理是基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆式探头传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号。

　　而普通雷达液位计的工作原理是****—反射—接收。具体说来就是，雷达传感器的天线以波束的形式****电磁波信号，****波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。****及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。

　　计为Rada-21高频脉冲雷达液位计

　　二、导波雷达液位计的优缺点

　　1、导波雷达液位计的不足

　　（1）不适合用于测量腐蚀性和粘附性液体，也不适合用于食品等级要求较高的场合

　　从两种雷达液位计的不同工作原理，可知雷达液位计是非接触式测量，导波雷达液位计为接触式测量。所以，需要考虑介质的腐蚀性和粘附性，在食品等级要求较高的场合，也一般不用导波雷达液位计。

　　（2）导波雷达液位计的安装和维护不便

　　导波雷达液位计在测量时，过长的导波杆（缆）为安装和维护增加了不少困难。而且相比能够互换使用的普通雷达液位计，导波雷达液位计的导波杆（缆）的长度根据工况固定，一般不能互换使用。所以，一般来说，导波雷达液位计要比普通雷达液位计的选型和维护要繁琐的多。

　　（3）导波雷达液位计的测量距离受限

　　导波雷达液位计的测量距离不会很长，而普通雷达液位计在30~40m的罐体上应用比较常见，甚至可测到60m。

　　2、导波雷达液位计的优势:

　　（1）对波动较大介质的测量更稳定

　　在罐内有搅拌，介质波动较大的工况下，用底部固定的导波雷达液位计比普通雷达液位计更为稳定，优势也更为明显。

　　（2）更适于对小罐体内物料的测量

　　在测量小罐体内的物位时，由于安装测量空间小（或罐内干扰物较多），一般普通雷达的液位计不适用，而导波雷达液位计则不受限。

　　（3）导波雷达液位计不受介电常数高低的限制

　　普通雷达液位计和导波雷达液位计的测量原理都是基于介质介电常数的差别进行测量的，由于普通雷达液位计****的波是发散的，当介质介电常数过低时，信号太弱测量就会不稳定，而导波雷达液位计****的波是沿导波杆传播的，信号相对稳定。

　　此外，导波雷达液位计一般还有底部探测功能，可以根据底部回波信号的测量值加以修正，使信号更为稳定准确。

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　　一、消防水泵的出水管设置要求

　　1、 水泵出水管的流速，关系到二次输送能耗的重要参数，参考GB50015 第3.6.9条的规定:当DN15-20时，流速小于等于1.0米/秒；当DN25-40时，流速小于等于1.2米/秒；当DN50-70时，流速小于等于1.5米/秒；当大于等于DN80时，流速小于等于1.8米/秒；

　　2、GB50974 第5.1.13-8条规定，当消防水泵出水管的管径小于DN250时，其流速宜为1.5m/s~2.0m/s，当管径大于DN250时，宜为2.0m/s~2.5m/s；

　　流速测量仪器

　　3、出水管上的阀门与附件设置，通常有同心大小头、压力表、可曲挠橡胶接头、止回阀、闸阀（控制阀门）；

　　4、GB50974 第5.5.11条规定，消防水泵出水管应进行停泵水锤计算；应采取消除停泵水锤的技术措施；

　　5、根据《水泵及水泵站》，水泵出水管中的闸阀，因为承受高压，所以启闭都比较困难，当直径大于等于400mm时，大都采用电动或水力闸阀；

　　6、根据《水泵及水泵站》，当管径小于250mm时，流速1.5m/s~2.0m/s；当管径大于等于250mm时，流速2.0m/s~2.5m/s；

　　7、关于水锤，在压力管道中，由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧的压力交替升降的水利冲击现象。究其原因，当属流体的惯性，只不过流体的惯性更为复杂。

　　8、关于停泵水锤的防护措施:设水锤消除器、设空气缸、采用缓闭阀、取消止回阀、其他措施。

　　9、消防泵出口可采用多功能水泵控制阀（CECS132:2002）。附件连接:水泵—同心大小头—压力表—多功能水泵控制阀—可曲挠橡胶接头—检修用阀门。

　　10、停泵水锤防护措施有多种，不一定非要采用带胶囊的水锤消除器；在流量不是很大、扬程不是很高时，未必一定要设水锤消除器，设微阻缓闭止回阀等具有缓闭功能的止回阀一样可以。

　　11、GB50974 第8.3.3条规定，消防水泵出水管上的止回阀宜采用水锤消除止回阀，当消防水泵供水高度超过24m时，应采用水锤消除器。当消防水泵出水管上设有囊式气压水罐时，可不设水锤消除设施。

　　二、消防水泵吸水和出水管上的压力表设置要求:

　　1、选压力表时，应注明名称、型号、精度等级和测量上限值等。

　　2、压力在+40Kpa以上时，一般选用弹簧管压力表或波纹管压力计。

　　3、一般测量用压力表，应选用1.6级或2.5级。

　　4、在管道和设备上安装的压力表，表盘直径为中l00mm或中150mm；安装在照度较低、位置较高或示值不易观测场合的压力表，表盘直径为中150mm或中200mm。

　　5、 测量稳定的压力时，正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的1/3~2/3；测量脉动压力(如:泵、压缩机和风机等出口处压力)时，正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的1/3~1/2。

　　6、GB50974要求压力表量程应不小于设计工作压力的2倍。

　　三、消防水泵吸水管上的真空压力表的设置要求:

　　真空压力表的压力在-0.1Mpa~0Mpa时，宜选用弹簧管真空压力表。

　　四、消防水池水位监测装置设置要求:

　　GB50974 第4.3.9条的要求，消防水池应设置就地水位显示装置，并应在消防控制中心或值班室等地点设置显示消防水池水位的装置，同时有高和水位报警的装置。液位计分类:液位计种类繁多，如磁翻柱液位计、浮球液位计（液位开关，机电人脉公众号）、玻璃板式液位计、玻璃管式液位计、超声波液位计、导波雷达液位计、投入式液位变送器等等。

　　1、对消防水池而言，如采用磁翻板液位计等，需要在消防水池侧壁做好留洞工作（小规格防水套管为DN50，然后通过管道变径连接液位计）。

　　2、如采用投入式液位变送器，投入式液位变送器由不锈钢探头、导气电缆和电气盒组成，电源为13—36VDC（直流电源）。可结合消防水池侧壁检修孔，将不锈钢探头和导气电缆投入水池内。（不锈钢探头贴水池底板安装）

　　五、流量计量装置设置要求:

　　流量计常用的有电磁流量计（管段式和插入式）、超声流量计、涡街流量计、转子流量计等。

　　以电磁流量计为例，安装于选用注意事项如下（理论上，只要被测流体具备一定的导电性（导电率大于5 μ S/cm），就可以选用电磁流量计）:

　　1、公称压力常用有0.6,1,1.6,4MPa等。

　　2、供电电源:单相交流电 85-265 V， 45-63Hz，功率小于20W；直流供电11-40VD.C。

　　3、应安装在水平管道较低处和垂直向上处，避免安装在管道的高点和垂直向下处。

　　4、测量管道内充满液体。

　　5、流量计前方少要有5D(D为流量计内径)长度的直管段，后方少要有3 D(D为流量计内径)长度的直管段。

　　6、测量一般的介质时，电磁流量计的满度流量可以在测量介质流速0 . 5～12m/s 范围内选用，范围比较宽。选择仪表规格（口径）不一定与工艺管道相同，应视测量流量范围是否在流速范围内确定，即当管道流速偏低，不能满足流量仪表要求时或者在此流速下测量准确度不能时，需要缩小仪表口径，从而提高管内流速，得到满意测量结果。

　　测量导电性良好的液体，通常大流速不超过5m/s，经济流速范围在1.5m/s～3m/s。测量低电导率的流体，则尽可能选择低流速，原因是流速提高流动噪声会增加，从而导致流量信号输出晃动现象。

　　7、一般传感器供货时已经设计了接地电，但是当外界电磁场干扰较大时，电磁流量计应另行设置接地装置，接地线采用截面积大于4 mm 2 的多股铜线，接地线埋入潮湿地下1m，接地电阻小于10 Ω，不能和电机或其他设备共用地线。

　　摘 要: 液位测量是核电站自动控制系统中的重要组成部分。导波雷达液位计基于电磁波时域反射( TDＲ) 原理，具有受环境影响小、测量精度高等特点。导波雷达液位计作为一种新型的液位测量手段，已经在核电领域有了广泛的应用，但是在其应用过程中也遇到了一定的问题。针对福清核电汽水分离再热系统疏水箱液位计频繁出现的支撑件破碎、密封失效以及蒸汽补偿漂移等问题，进行了原因分析并给出了解决措施。通过对导波雷达液位计的改造，使得导波雷达液位计在核电高温蒸汽系统中得到了应用，提高了汽水分离再热疏水液位测量的性，保障了机组运行。该研究对推动导波雷达液位计在蒸汽系统中应用提供有力支持，对导波雷达这种新型液位计未来在更多测量环境中的应用起到了积作用。wfP压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

　　引言

　　导波雷达液位计作为一种新兴的液位测量仪表，克服了传统仪表的不足，在核电厂的应用逐渐增多。但导波雷达液位计在高温高压蒸汽系统使用时，还存在一些不足，导致系统液位测量失真［1］。汽水分离再热系统是核电厂汽轮机的重要辅助系统，主要应用于汽轮机运行期间，通过控制进入二级再

　　热管束的蒸汽量，对高压缸排气进行和再热，使进入低压缸的蒸汽有一定的过热度。其应用改善了汽轮机低压缸的工作条件，提高了汽轮机的相对内效率，减少了湿蒸汽对汽轮机零部件的刷蚀。在福清 1 ～ 4 号机组调试及运行期间，汽水分离再热系统二级疏水箱液位计多次出现故障，如液位计探杆泄漏、测量失效等。针对二级疏水箱液位计问题，采用新型测量方案，对汽水分析再热系统二级疏水液位测量作优化改进。

　　1 导波雷达物位计测量原理及特点

　　( 1) 导波雷达液位计的工作原理。

　　导波雷达液位计基于电磁波时域反射原理［2］，由电磁波发生器发射一个电磁脉冲信号发射到导波体上，以导波体作为信号的传输载体。当遇到被测介质表面时，部分信号被反射形成回波并沿相同路径返回脉冲发射装置。发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，测量发射与反射脉冲［3］。导波雷达液位计测量原理如图 1 所示。

　　导波雷达液位计测量原理图

　　( 2) 导波雷达液位计的测量特点。

　　①电磁波信号沿导波杆传输可消除假回波信号，减少信号丢失。

　　②整个测量装置无活动部件，无机械磨损。

　　③安装调试方便。

　　④不受介质 密度变 化 的 影 响 ( 但 是 需 要 单 一 介质) 。

　　⑤使用与高温、高压的物位测量。

　　2 现有设计缺陷导致测量不稳定的原因分析

　　核电厂二回路液位控制是核电厂重要的控制系统之一，其测量环境需考虑真空、高温、泡沫等多方面因素。传统液位仪表因其固有原理，无法通过自身技术的改进来消除误差。故本文采用了导波雷达液位计［4］。但在机组运行过程中，汽水分离再热系统原有导波雷达液位计导波杆的支撑件会破碎，支撑件碎片会进入到二回路系统中，形成异物，危及机组［5］。同时，导波杆内支撑件破碎后，因振动、冲击等因素会导致导波杆触碰到水位测量筒，使液位测量产生跳变，存在汽水分离再热系统二级隔离风险。受制于现场使用条件，汽水分离再热器二级疏水箱内充满饱和蒸汽。蒸汽是性气体，即蒸汽的介电常数会根据环境的压力、温度而改变。介电常数的变化会影响电磁波的传播速度。波速度公式为&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

　　由式( 1) 可见，当介质的介电常数变化，则波速度会随之变化。由于电磁波在不同介质中的传输速度不同，比如在空气中的传输速度比在蒸汽中传输速度大，因此 汽 水 分 离 再 热 系 统 ( gas-liquid seperate system，GSS) 二级疏水箱液位计选用的都是蒸汽型导波雷达液位计［7］。

　　经统计，在功率运行期间，汽水分离再热系统二级液位计共计出现缺陷 91 项。其中，导波雷达液位计漏汽缺陷共计 38 项，二级疏水箱液位计偏差大共计 46项，因仪表故障导致通道测量不可用共计 7 项。

　　根据现场液位计缺陷情况来看，目前汽水分离再热系统二级液位计主要存在以下故障。

　　①液位计探杆支撑杆破碎。经分析，原汽水分离再热系统二级液位计所用的高温型导波雷达液位计，其探杆支撑件采用聚醚醚酮( PEEK) ［8］高分子合成材料。在运行过程中，该支撑件会逐渐脆化，在系统冲击工况下破裂。处理方式: 在测量系统改进前，机组只能通过每次大修期间，对探杆进行定期更换。

　　②液位计探杆密封失效。液位计探杆内部密封件采用 PEEK 材料进行隔热，靠近连接部位采用 2 个 O型圈进行密封。O 型圈耐温范围为 150 ℃ 。因汽水分离再热系统二级疏水箱内部温度达 280 ℃ ，探杆隔热材料失效，进而使 O 型圈失效，探杆密封泄漏，测量闪发质量位。处理方式: 目前出现探杆密封失效后，无法进行更换。

　　③液位计冷热态工况，液位测量出现偏差。液位计大修冷态调试时，3 支液位计偏差小于 20 mm。但汽轮机冲转并网后，因系统温度上升，3 支液位计偏差会达到 100 mm。在机组运行时间长后，液位计偏差也会逐渐增加，导致偏差超过 100 mm。处理方式: 目前只能在热态后，对偏差大液位计进行修正。机组功率运行后，每周定期巡检方式，检查液位计偏差，并及时进行修正。

　　3 改进方案

　　3． 1 导波雷达液位计支撑件改进

　　原汽水分离再热系统二级导波雷达液位计采用PEEK 支撑件，同时也作为探杆隔热材料。PEEK 是芳香族结晶型热塑性高分子材料。PEEK 玻璃化转变温度为 143 ℃ ，其熔点为 334 ℃ 。这种材料耐抗有机和水环境，具有优良的化学性、热稳定性和抗氧化性。目前，应用汽水分离再热系统二级疏水箱实际运行温度为 280 ℃ ，仪表的设计温度为350 ℃ ，而 PEEK 物理特性耐温只有 250 ℃ ，因此运行时间过长会产生变形或碎裂。

　　为应对导波雷达液位计支撑件破碎及密封失效情况，此次支撑件设计采用 99． 7% 纯度的 Al2 O3 陶瓷材料［8］。该材料具有硬度大、耐磨性能好、质量轻等特点。其熔点在 2 000 ℃ 以上，具有良好的导热性、缘性以及透光性，介电常数为 9． 0 左右，适用于高温蒸汽型导波雷达液位计测量原理。Al2 O3 陶瓷的物理和力学特性如表 1 所示。

　　改进后探杆内部结构精密。蒸汽部分主元件采用氧化铝陶瓷，不会因为温度增高而变形、渗漏。密封元件采用耐高温的石墨密封 Graphite，是目前仪表产品在高温蒸汽方面的理想材料。其物理性能远远优于以前使用的 PF128、PEEK、铝矾土等材质，十分稳定。该结构整体密封结合紧密，可杜蒸汽进入。

　　3． 2 导波雷达液位计高温补偿改进

　　原汽水分离再热系统二级导波雷达液位计采用点补偿方式，补偿点到电磁波发射口距离为 125 mm。如果测量点以上或者测量点位置有凝露或者误差，会放大传导到下方实际液位测量。为了地说明上述结论，定义系数 K。

　　导波型雷达物位变送器发出的高频微波脉冲沿着探测组件（钢缆或钢棒）传播，遇到被测介质，由于介电常数突变，引起反射，一部分脉冲能量被反射回来。发射脉冲与反射脉冲的时间间隔与被测介质的距离成正比。

　　多种过程连接方式及探测组件的形式，导波型雷达物位变送器适于各种复杂工况及应用场合。如:石油、化工、电力治金、等高温度高压力、强腐蚀的酸碱或粘稠的、混浊的含有杂质及小介电常数介质等。

　　概述

　　蒸汽汽包是石油化工，发电等工业过程中的重要设备，保持液位稳定是汽包运行的重要条件。带气象补偿的导波雷达液位计克服了差压液位计，浮筒液位计，电接点液位计的缺点，维护量小，测量准确。

　　汽包液位测量的现状

　　目前，从汽包液位测量的基本原来来看，广泛使用的主要是基于连通器式和压差式两种原理。汽包液位测量的仪表主要有差压液位计，浮筒液位计和导波雷达液位计等仪表。

　　1. 差压汽包液位计。差压式汽包液位计测量原理是通过吧液位高度的变化转化成差压的变化来测量液位计，这种转换是通过平衡容器形成残币水柱实现的，其准确测量液位计的关键是液位与差压之间的准确转换。差压汽包液位计的有点事精度和稳定性高，运行中故障率低，维护量小，但这种测量方式的误差与汽包压力和参比水煮温度有关，需要进行汽包夜里校准，且补偿计算复杂，此外还应考虑平衡容器温度变化造成的影响。

　　2. 浮筒液位计。浮筒液位计是基于浮力原理工作的。当液位计在0位时，扭力管受到浮筒中立产生的扭力矩大，扭力管转角处于0°。当液位逐渐上升至高时，扭力管受到浮力产生扭力矩，转过一个角度，变送器将该角度转换成4~20MA直流信号，该信号正比于被测量液位。这种测量方式介质的密度变化会对测量精度造成影响，受到机械振动也会造成读数不准确。

　　3. 电接点液位计。电接点液位计属于连通管液位计，原理是利用在锅炉水肿的电对筒体阻抗小而在蒸汽中的电对筒体的阻抗大的特性来测量液位。高压锅炉的锅炉水电导率一般要比饱和蒸汽的电导率大数万到数十万倍，因而电接点街违纪指示值受气包压力变化的影响较小，能方便的远传液位信号。但是有取样传感器性差，电机机械密封易泄露，电使用寿命短，指示不连续，维护量大的缺点。

　　综上所述，由于汽包液位测量对象的复杂性，实际运行中的不确定因素和较大的测量误差，导致汽包液位计的测量常有较大的偏差。导波雷达液位计测量是一种的测量技术，克服了差压式，浮筒式，电接点等液位测量仪表的缺点，满足汽包液位测量的需求。

　　导波雷达液位计测量原理及特点

　　1. 测量原理。导波雷达液位计是依据反射原理为基础的雷达液位计，电磁脉冲信号以光速沿钢缆传播，当遇到被测介质时，雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置，发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，经计算得出液位高度。

　　2. 特点。导波雷达液位计的优点是信号稳定，测量不受液体密度和电气特性影响，测量，测量与调校方便，安装成本低且维护方便。

　　3. 导波雷达液位计的选型及安装要求

　　选型。导波雷达液位计是靠传感器发射电磁波，因此传感器的选择是导波雷达液位计选型的重要部分。导波雷达液位计的传感器有杆式，揽式和同轴式三种类型。通常选用杆式传感器。当测量范围较大时，由于运输和安装不变，建议采用揽式传感器。

　　安装。导波雷达液位计的安装需考虑安装要求，容器特性和过程连接等因素。主要安装方式有以下两种:顶装或者侧装。

　　导波雷达液位计两种安装方式安装时应注意:安装时要导波雷达与关闭需要由适当的距离;避免仪表传感器下方有明显障碍物，阻碍雷达波顺利达到被测介质表面;不要将导波杆安装在进料口附近;传感器与设备底部要有一定距离，不能接触到罐底。

　　4. 气相补偿技术(GPC)。在高温高压条件下，电磁波信号在介质上方的蒸汽中的传播速度会降低，此时雷达测量的液位值将减小。选用带气相补偿的导波雷达，通过气相补偿功能队测量值进行补偿，可以得到一个准确的实际液位值。

　　导波雷达液位计在汽包液位计测量案例

　　在某锅炉装置的汽包上，汽包是产汽系统的主要部分，利用转化炉烟气段的高温热量和炉出口转化气高温余热，产出10.5MPA高压蒸汽，一部分作为工艺上的配汽参与反应，另一部分外送至高压蒸汽管网，实现设能的综合利用，提高装置的运行效率。由于汽包对于锅炉装置的重要性，测量汽包液位先后共使用了三种测量仪表:差压式液位计，普通导波雷达液位计，带GPC功能导波雷达液位计。由下图可知，通过实际测量，在高温时，普通导波雷达误差高达18%，带GPC时，测量误差仅为2%，带GPC功能导波雷达液位计在高温下测量数据比较稳定，真实。

　　三种仪表测量数据比较

　　总结

　　带GPC功能导波雷达液位计在测量高温高压的环境中，各项性能明显优于其他类型的液位计，不受工艺条件的线制，维护量小，性能。是在汽包液位测量的不二之选。

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　　本文旨在通过实践来探讨电厂低压给水加热器上液位的测量，并解析了加热器结构及其采用各种不同液位测量仪表的历程和工况特点，论述了导波雷达液位计在低压给水加热器上的使用优势，藉此给电力行业热工人士提供一些有价值的参考。

　　给水加热器的结构与功能

　　给水加热器是一种利用汽轮机抽汽加热给水，以提高热效率的加热设备，是电厂回热系统的重要辅机之一。加热器的工作原理是利用汽轮机做过功的乏汽加热凝结水和给水，而不是直接将乏汽排入凝汽器，以充分利用乏汽的焓，降低冷源损失，同时减弱锅炉受热面的热应力。

　　加热器按汽水传热方式的不同，可分为表面式和混合式。目前，在火力发电厂中除了除氧器采用混合式加热外，其余高低压加热器均采用表面式加热。按照水侧的布置方式和流动方向的不同，表面式加热器又分为立式和卧式。

　　表面式给水加热器的特点，是加热工质（汽轮机的抽汽）与被加热工质（锅炉给水）相互不混合，通过管壁来传递热量。传热管内是给水，传热管外是蒸汽。蒸汽在加热器里放出热量并凝结成疏水，由疏水口排出。由于加热蒸汽通常都具有一定的过热度，为使给水温度达到所期望的值，同时加热面积尽可能的少，可设置一个过热蒸汽冷却段，以充分利用抽汽的过热度。蒸汽由汽相变为饱和水，同时放出汽化潜热的过程是在凝结段里完成的。凝结段是给水加热器的主要换热区段，管内给水大部分的焓升是由这一区段提供的。因此，具有凝结段的加热器是电厂用给水加热器的基本型式。

　　加热器中液位测量的重要性

　　加热蒸汽和被加热的水之间是通过金属表面来传递热量的。由于传热热阻的存在，给水不可能被加热到蒸汽压力下的饱和温度，不可避免地存在着一个端差。因此，给水端差（TTD = Terminal Temperature Difference）和疏水端差（DCA = Drain Cooler Approach temperature difference）是加热器的两个主要。给水端差和疏水端差的设置，直接影响到机组的率和运行的性。给水端差又称为上端差，是加压器蒸汽压力下的饱和温度与出口给水温度之差。疏水端差又称下端差，是离开加热器汽侧的疏水温度与进入水侧的给水温度之差。

　　图1  卧式表面式给水加热器结构实物

　　合理的给水端差的设置，能够有效提高热交换效率，是成本控制及盈利能力的重要组成部分。在实际运行中，给水端差增大的原因有:加热器的抽汽压力和抽汽量不稳定；加热器受热面结垢使传热恶化，增大了传热管内外温差；加热器内积聚了空气，不凝结的空气附在传热管表面形成空气层，妨碍了蒸汽的凝结放热，增大了传热热阻；凝结水或给水的部分或不经过加热器，而是从加热器旁路通过；凝结水位过高，淹没了一部分传热管，使传热面积减少。而给水端差过小，纵然可以提高热交换效率，但加热器长期处于过热状态，会大缩短使用寿命。由此可见，在日常操作中，维持合理的加热器凝结水位高度，从而找到热交换效率和设备寿命之间的平衡点，成为热工控制的首要任务。

　　加热器中液位测量的发展历程

　　给水加热器中存在高温、高压及大量蒸汽，恶劣条件使之成为测量的难点。给水加热器的水位检测历经了几个发展阶段，从初的磁翻板液位计、浮筒液位计、直到今天比较常用的差压变送器和导波雷达液位计。

　　磁翻板液位计又称就地水位计，是为传统的一种水位测量方式，至今仍然是加热器的标准配置。磁翻板液位计利用浮力原理，根据加热器的设计温度、压力及水的密度，制造出满足工况条件的浮子。浮子装在和加热器相连的筒体中，筒体中的水位和加热器中的水位等高，而筒体内浮子漂浮在水面上，即代表水位的高度。浮子内的永磁铁通过磁耦合作用引起筒体外的小磁板翻转，通过小磁板两面颜的不同，来就地读取加热器中的水位高度。磁翻板液位计是一种稳定的测量技术，但它存在两大缺陷。一是测量精度不高。因为加热器中的温度和压力的变化，凝结水的密度也发生变化，根据阿基米德浮力定律f浮=ρgV，当凝结水密度变化时，浮子浸没在水中的体积也发生变化，因此浮子淹没高度的变化会影响到测量精度。二是就地水位计在初的时候没有远传信号。

　　浮筒液位计是上世纪80年代至本世纪初常用的加热器水位测量方式。因为浮筒液位计集成有信号转换器，所以能够提供远传信号。但是浮筒液位计也是基于浮力的原理，因此同样面临着测量精度差的问题。此外，浮筒液位计多数采用扭力管式测量原理，表头笨重且需要周期性的标定，给使用和维护带来了诸多不便。

　　图2  导波雷达液位计工作原理

　　随着差压变送器技术的发展和产品性价比的提升，差压变送器配合平衡容器成为本世纪以来较为常用的加热器水位测量方式。但无论是采用双室平衡容器，还是采用单室平衡容器，对于测点位置的选取和安装都有较高的要求。因为，低加汽测可能工作在负压工况下，所以测量值波动大，影响到生产人员的正确操。此外，差压变送器的测量原理是:ΔP=ρgh,为达到地测量，需要对密度、温度及压力进行补偿。

　　导波雷达液位计采用的是时域反射原理（TDR原理，Time Domain Reflectometry）。导波雷达的工作原理，是由表头高频脉冲发生器产生电磁脉冲波信号，该信号沿着导波杆（探杆）向下传送，当遇到比此前传导介质（如空气或蒸汽）介电常数大的液体表面时产生反射信号，用超高速计时电路测量出脉冲波信号从发射到接收的传导时间。传导时间与电磁脉冲波速度乘积的一半，即代表被测介质表面到导波雷达液位计过程连接处的距离；通过给定的容器高度减去距离，计算得出液位的高度，从而达到对液位的测量。

　　导波雷达液位计的测量原理及优点

　　时域反射理论模型早在1939年就已建立，初用于电信业查找电缆断点。上世纪90年代中后期，部分液位计厂家致力于将TDR技术应用于工业仪表，称之为导波雷达液位计。导波雷达液位计问世后，随即成为物位测量的一大利器。导波雷达液位计的测量结果和被测介质的温度、压力、密度、粘度、电导率和介电常数无关，可以用于测量液体、浆料和固体，也可以测出物位或某些工况下的液体界面。因此，当导波雷达液位计满足设计温度、压力、量程、精度、材质及安装位置的要求时，是一种理想的物位测量仪表，几乎可以取代大多数物位计。当然，导波雷达液位计也同样面临着一些使用的限性，如其典型精度为±3mm、对温度和压力耐受的限、当介质粘度高时在探杆上形成挂料、固体介质容易磨损并拉断探杆，以及容器内的搅拌影响探杆的安装等。

　　做为一种探杆和被测介质相接触的接触式物位测量仪表，导波雷达液位计的选型重点集中于探杆形式。为此，各导波雷达液位计厂家研发生产出不同的探杆形式，以满足各种工况的要求。如笔者所使用过的美国Magnetrol品牌的导波雷达液位计，就有多达22种探杆形式可供选择。

　　图3  单杆探杆信号轨迹图、通州探杆信号轨迹图、同轴探杆实物图、通州探杆实物剖面图

　　那么，如何选用合适的探杆形式呢？首先，需要考虑探杆对温度和压力的耐受。其次，需要考虑电磁脉冲信号在探杆上传播的轨迹。

　　单式探杆（单杆、单缆）上信号轨迹呈逐步发散的状态。在信号的轨迹范围内，可能会产生干扰信号影响到液位的测量。典型的干扰信号有安装管嘴，以及容器内的焊缝、焊渣和结构件等。同轴探杆的信号则集中在同轴探杆内。同轴探杆的结构是中间有一根实心金属杆（通常直径为8mm），电磁脉冲信号在金属杆上传播；其外侧是一根金属套管（通常直径为22mm），金属套管作为金属杆的屏蔽层，起到屏蔽外部的干扰信号及集中信号的作用，以提高信号的灵敏度，便于测量介电常数较低的介质。因此，采用同轴探杆可以不用考虑安装位置及容器内结构对测量带来的影响，是理想的一种探杆形式。同轴探杆的限在于，其量程受限，通常为6m左右，以及高粘度介质所形成的“搭桥”现象。

　　那么是不是说使用导波雷达液位计测量低压加热器液位，只需考虑到以上两点就了呢？实际上，还需要结合电厂低压加热器实际工况中存在大量蒸汽的特点。一是要考虑蒸汽的侵蚀作用对于探杆和表头之间密封部分的材质选择和制作工艺的考验。见图3红圆圈部分。依据笔者经验，选择应用业绩多、历经实践考验的品牌是产品的有效保障。二是需要考虑蒸汽工况下，电磁脉冲信号的传播在蒸汽中被衰减的情况。通常，导波雷达的测量原理可用以下公式来表示:

　　L=D – C0.t/2

　　L=液位高度

　　D=容器高度

　　C0=真空中的光速

　　t=发射信号和反射信号的时间间隔

　　在蒸气工况中，实际的液位以 L真来表示，实际的信号传播速度用C真来表示；仪表测量出的液位以L测来表示，那么:

　　L真=D – C真.t/2

　　L测=D – C0.t/2

　　因为C真L测。依据导波雷达液位测量值来控制凝结水的高度，所造成的实际影响是凝结水位过高，致使低压加热器内部分传热管被淹没在凝结水下，热交换效率下降，给水端差增大。

　　图4  7×S蒸汽探杆结构剖面图

　　通过实际的观察数据和相关的文献资料信息，在低压加热器的工况条件下，C真和C0之间的差异在2%~5%之间。因为C真受到蒸汽温度、压力的影响而不断变化，所以仅从改变仪表系数的方面来进行C真的修正，还是不能很好满足对测量准确度的要求。

　　对于C真进行实时的补偿，是导波雷达在蒸汽工况下能完成准确测量的先决条件。笔者所使用的Mangetrol导波雷达液位计采用了专利的蒸汽探杆，用于实时的C真补偿，其补偿的工作原理如下:

　　在蒸气探杆中，距离表头下方125mm处安装有一个蒸汽目标(Steam Target)，表头每秒会发送一个询问信号，该询问信号到蒸汽目标后被发射回表头的时间t问询被测量。此时，电磁脉冲信号在当前工况下的速度C真可以用以下公式准确计算出来:

　　C真=d/t问询，其中，d=125mm

　　获得C真后，导波雷达将以此值来进行真实液位值的计算，从而达到实时补偿的目的。

　　小结

　　综上所述，Magnetrol专利的蒸汽探杆，集成了同轴式、良好的蒸汽隔密封及实时蒸汽补偿的优势。同时，Magnetrol致力于同轴探杆的大规模推广，具有同轴探杆生产的规模优势，给电力行业用户带来了高性价比的产品。此外，Magnetrol专利的AURORA系列液位计，将磁翻板和导波雷达液位计集成为一体，提供了重要应用场合的现场和远传测量，减少了过程接口数量，避免了潜在泄露点，提高了使用维护的便利性。