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摘要：液位测量是火力发电厂生产过程中的重要测量参数之一。文章介绍了几种常见的液位测量装置的工作原理和特点，并根据潮州发电公司多年生产过程中的使用和维护经验，对火力发电厂的液位测量额选择给出了实用性建议。
关键词：液位测量；火力发电厂；应用选型
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0042-02
1 概述
在火力发电企业的生产过程中，经常要对储存在储罐、水池和其他容器中的介质的体积或高度进行控制，以确保生产的安全稳定运行。而在一般的生产工作中，通常只需要对被测介质的表面位置进行记录和存储，以确保作为生产、安全等方面的需要。但随着自动化程度的不断提高，对液位测量技术也提出了更高的要求：要求测量对象要广、测量的精度要高、测量的可靠性要好、测量的特殊环境适用性要强。被测介质液面波动大、储罐内存在气泡、是否具有粘滞性或腐蚀性等问题都对液位测量造成了很大影响。因此，在生产过程中根据实际工况正确地选择液位测量装置是对生产的一种保障。
2 原理和特点
目前，国内火力发电企业生产中普遍采用的液位测量方法，有以下五类：
2.1 超声波液位测量
一般把声波频率超过20kHz的声波称为超声波。超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程，它的特征是频率高、波长短、绕射现象小，另外方向性好，能够成为射线而定向传播。超声波液位测量装置由超声换能器发射的超声脉冲经空气中在被测介质表面反射返回接受换能器，通过超声脉冲的往返时间，就能得到超声换能器辐射面到被测面的距离。再根据超声换能器的安装高度，就可以得出实际液位高度。超声波液位计与介质无直接接触，耐腐蚀性强，精度较高，安装简便。但其价格较高，超声波受传输媒介的气体成分影响较大，受容器几何结构特性影响较大，不适用于有气泡或悬浮物的介质，容易受电磁波干扰。
2.2 雷达液位测量
雷达液位计发射的是一种特殊形式的电磁波，其物理特性与可见光相似。雷达信号是否被反射，主要取决于两个因素：（1）被测介质的导电性；（2）被测介质的介电常数。当雷达液位计朝一个目标发射电磁波，电磁波被反射后返回发射源。安装在发射源处的接收器捕获到反射波，并把它与发射波做比较，最终确定目标与发射源的距离。雷达波不易受干扰，且穿透能力很强，可以测量压力容器内液位，可以忽略高温、高压、结垢和冷凝物的影响。精度较高，与介质无直接接触，耐腐蚀性强，可在真空环境中和有较强漩涡的环境下使用，安装简便。但其造价昂贵，受容器几何结构和材料特性影响，容易受电磁波
干扰。
2.3 电容式液位测量
电容式液位计将被测液体的介电常数和液体上面空气的介电常数作比较，利用电容两极板间电容值变化测量液面的高低。它结构简单，体积较小，容易实现远传和调节，适用于具有腐蚀性和高压介质。但电容式液位计介质和液面上部的介电常数必须保持恒定才能准确测量，对容器材质有较高的要求，对粘性介质和导电介质容易产生挂料，误差较大。
2.4 磁翻板液位计
磁性浮子液位计也称磁翻板液位计，根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转180°，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。磁翻板液位计能够快速、直观地读数，价格较低，可实现远传和调节。但它精度低，安装复杂，量程有限制，安装体积比
较大。
2.5 差压式液位变送器
差压式液位变送器安装在液体容器的底部，通过表压信号反映液位高度。当差压计一端接液相，另一端接气相时，根据流体静力学原理，有：
PB=PA+Hρg （1）
式中：
H——液体高度
ρ——被测介质密度
g——被测当地的重力加速度
由式（1）可得：
ΔP=PB-PA=Hρg
在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因此，差压变送器测得的差压与液体的高度H成正比，这样就把测量液体的高度的问题变成了测量差压的问题。差压式液位变送器稳定性好，精度高，且常用的压力变送器即可作为测量用设备。但它对容器内部介质稳定性要求较高，不宜用做测量腐蚀性介质。
3 应用和选型
潮州发电公司机组自2005年投产以来，液位测量就一直存在或多或少的问题。有的是测量精度不够，有的是测量的稳定性不高。针对这些问题，公司曾组织专人到各个火力发电企业调研，总结分析各种液位测量装置的优缺点，目的是根据各厂经验将公司现有的设备进行全面调整改造，以保证系统安全稳定运行。根据多年来生产运行的经验，总结出以下六点：
3.1 明渠水池液位测量
明渠水池一般无法安装差压式液位变送器和电容式液位计，所以需要在雷达液位计和超声波液位计间做出选择。选择设备前，先要考虑水池内环境如何。例如水池内部是否有搅拌器长期运行，造成水池出现漩涡；或者水池内温度较高，有较多蒸汽。这类水池一般应该选择雷达液位计，因为雷达液位计发射的雷达波稳定，且对环境因素适应性强。如果是一般的明渠水池的话选择超声波液位计就可以，超声波液位计在测量环境上要求虽然不如雷达的高，但其价格要优于雷达液位计。
3.2 油罐油位测量
油罐是火力发电厂的重要存储容器之一，也是国家规定的重大危险源之一。所以对油罐液位的测量既要求稳定性高，也要求准确性高。油罐的油位测量要安装两套不同原理的设备：磁翻板液位计和雷达液位计，其中磁翻板液位计只做就地观察用。因为油罐高度较高，不可能经常上去顶部检查液位计的运行情况，两套设备能够互相监督判断。差压式液位计则不适用在锅炉汽包等密闭容器中应用广泛，但测量结果并非真正液位，因此在油罐液位测量的设计中很少应用。
3.3 酸碱存储罐液位测量
酸碱存储罐全部是密闭容器，且容器内介质腐蚀性强，挥发性高，日常维护起来也有较大的风险性。所以应选择磁翻板液位计和雷达液位计，其中磁翻板液位计只做就地观察用，雷达液位计也可以用超声波液位计进行替换。因为无论是超声波液位计和雷达液位计的耐腐蚀性都较强，不用担心被酸碱性介质和气体腐蚀损坏。如果选用差压式液位变送器的话，需要测量管路、安装法兰及变送器本身都要使用耐腐蚀材料，这样造价就会很高。
3.4 储水罐液位测量
储水罐作为火力发电厂不可或缺的存储容器，液位的测量会直接影响电厂制水系统的运行时间和机组用水量的把握。因此，选择液位计首先要保证其精确性和稳定性。无论从安装角度还是维护角度来讲，差压式液位变送器都要优于超声波液位计和雷达液位计。因为储水罐作为密闭容器，容器内的水位不会有较大的波动，容器内部介质也相对稳定。
3.5 密闭水池液位测量
密闭水池的结构基本与储水罐相同，但由于密闭水池无法在水池底部开孔作为差压式液位计的取样点，水池内部又没有较恶劣的环境，选择超声波液位计测量即可。
3.6 浆液水池液位测量
火力发电厂脱硫系统浆液水池一直是液位测量的难点之一。
由于漿液水池内的浆液介电常数较高，气体挥发性大，且浆液表面容易产生较多泡沫，对液位测量产生很大影响。以上介绍的几种液位测量装置均无法稳定准确地测量实际液位。潮州电厂根据现场的实际工况分别安装了雷达液位计和超声波液位计进行测量。相比较而言，超设备液位计的测量准确性要高于雷达液位计，但仍需要维护人员定期清理超声波液位计的换能发射装置，以保障设备能长时间稳定运行。
4 结语
无论选用何种液位测量装置，都需要定期对这些设备进行检查和维护。火力发电企业只有在合适的系统合适的工况选择合理的液位计，才能够更好保证设备运行的准确性和稳定性，并减少人员维护的工作量和风险。
作者简介：朱宏永（1981—），男，供职于广东大唐国际潮州发电有限责任公司，研究方向：电厂热工控制技术管理。
关键词：液位测量；火力发电厂；应用选型
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0042-02
1 概述
在火力发电企业的生产过程中，经常要对储存在储罐、水池和其他容器中的介质的体积或高度进行控制，以确保生产的安全稳定运行。而在一般的生产工作中，通常只需要对被测介质的表面位置进行记录和存储，以确保作为生产、安全等方面的需要。但随着自动化程度的不断提高，对液位测量技术也提出了更高的要求：要求测量对象要广、测量的精度要高、测量的可靠性要好、测量的特殊环境适用性要强。被测介质液面波动大、储罐内存在气泡、是否具有粘滞性或腐蚀性等问题都对液位测量造成了很大影响。因此，在生产过程中根据实际工况正确地选择液位测量装置是对生产的一种保障。
2 原理和特点
目前，国内火力发电企业生产中普遍采用的液位测量方法，有以下五类：
2.1 超声波液位测量
一般把声波频率超过20kHz的声波称为超声波。超声波是机械波的一种，即是机械振动在弹性介质中的一种传播过程，它的特征是频率高、波长短、绕射现象小，另外方向性好，能够成为射线而定向传播。超声波液位测量装置由超声换能器发射的超声脉冲经空气中在被测介质表面反射返回接受换能器，通过超声脉冲的往返时间，就能得到超声换能器辐射面到被测面的距离。再根据超声换能器的安装高度，就可以得出实际液位高度。超声波液位计与介质无直接接触，耐腐蚀性强，精度较高，安装简便。但其价格较高，超声波受传输媒介的气体成分影响较大，受容器几何结构特性影响较大，不适用于有气泡或悬浮物的介质，容易受电磁波干扰。
2.2 雷达液位测量
雷达液位计发射的是一种特殊形式的电磁波，其物理特性与可见光相似。雷达信号是否被反射，主要取决于两个因素：（1）被测介质的导电性；（2）被测介质的介电常数。当雷达液位计朝一个目标发射电磁波，电磁波被反射后返回发射源。安装在发射源处的接收器捕获到反射波，并把它与发射波做比较，最终确定目标与发射源的距离。雷达波不易受干扰，且穿透能力很强，可以测量压力容器内液位，可以忽略高温、高压、结垢和冷凝物的影响。精度较高，与介质无直接接触，耐腐蚀性强，可在真空环境中和有较强漩涡的环境下使用，安装简便。但其造价昂贵，受容器几何结构和材料特性影响，容易受电磁波
干扰。
2.3 电容式液位测量
电容式液位计将被测液体的介电常数和液体上面空气的介电常数作比较，利用电容两极板间电容值变化测量液面的高低。它结构简单，体积较小，容易实现远传和调节，适用于具有腐蚀性和高压介质。但电容式液位计介质和液面上部的介电常数必须保持恒定才能准确测量，对容器材质有较高的要求，对粘性介质和导电介质容易产生挂料，误差较大。
2.4 磁翻板液位计
磁性浮子液位计也称磁翻板液位计，根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转180°，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。磁翻板液位计能够快速、直观地读数，价格较低，可实现远传和调节。但它精度低，安装复杂，量程有限制，安装体积比
较大。
2.5 差压式液位变送器
差压式液位变送器安装在液体容器的底部，通过表压信号反映液位高度。当差压计一端接液相，另一端接气相时，根据流体静力学原理，有：
PB=PA+Hρg （1）
式中：
H——液体高度
ρ——被测介质密度
g——被测当地的重力加速度
由式（1）可得：
ΔP=PB-PA=Hρg
在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因此，差压变送器测得的差压与液体的高度H成正比，这样就把测量液体的高度的问题变成了测量差压的问题。差压式液位变送器稳定性好，精度高，且常用的压力变送器即可作为测量用设备。但它对容器内部介质稳定性要求较高，不宜用做测量腐蚀性介质。
3 应用和选型
潮州发电公司机组自2005年投产以来，液位测量就一直存在或多或少的问题。有的是测量精度不够，有的是测量的稳定性不高。针对这些问题，公司曾组织专人到各个火力发电企业调研，总结分析各种液位测量装置的优缺点，目的是根据各厂经验将公司现有的设备进行全面调整改造，以保证系统安全稳定运行。根据多年来生产运行的经验，总结出以下六点：
3.1 明渠水池液位测量
明渠水池一般无法安装差压式液位变送器和电容式液位计，所以需要在雷达液位计和超声波液位计间做出选择。选择设备前，先要考虑水池内环境如何。例如水池内部是否有搅拌器长期运行，造成水池出现漩涡；或者水池内温度较高，有较多蒸汽。这类水池一般应该选择雷达液位计，因为雷达液位计发射的雷达波稳定，且对环境因素适应性强。如果是一般的明渠水池的话选择超声波液位计就可以，超声波液位计在测量环境上要求虽然不如雷达的高，但其价格要优于雷达液位计。
3.2 油罐油位测量
油罐是火力发电厂的重要存储容器之一，也是国家规定的重大危险源之一。所以对油罐液位的测量既要求稳定性高，也要求准确性高。油罐的油位测量要安装两套不同原理的设备：磁翻板液位计和雷达液位计，其中磁翻板液位计只做就地观察用。因为油罐高度较高，不可能经常上去顶部检查液位计的运行情况，两套设备能够互相监督判断。差压式液位计则不适用在锅炉汽包等密闭容器中应用广泛，但测量结果并非真正液位，因此在油罐液位测量的设计中很少应用。
3.3 酸碱存储罐液位测量
酸碱存储罐全部是密闭容器，且容器内介质腐蚀性强，挥发性高，日常维护起来也有较大的风险性。所以应选择磁翻板液位计和雷达液位计，其中磁翻板液位计只做就地观察用，雷达液位计也可以用超声波液位计进行替换。因为无论是超声波液位计和雷达液位计的耐腐蚀性都较强，不用担心被酸碱性介质和气体腐蚀损坏。如果选用差压式液位变送器的话，需要测量管路、安装法兰及变送器本身都要使用耐腐蚀材料，这样造价就会很高。
3.4 储水罐液位测量
储水罐作为火力发电厂不可或缺的存储容器，液位的测量会直接影响电厂制水系统的运行时间和机组用水量的把握。因此，选择液位计首先要保证其精确性和稳定性。无论从安装角度还是维护角度来讲，差压式液位变送器都要优于超声波液位计和雷达液位计。因为储水罐作为密闭容器，容器内的水位不会有较大的波动，容器内部介质也相对稳定。
3.5 密闭水池液位测量
密闭水池的结构基本与储水罐相同，但由于密闭水池无法在水池底部开孔作为差压式液位计的取样点，水池内部又没有较恶劣的环境，选择超声波液位计测量即可。
3.6 浆液水池液位测量
火力发电厂脱硫系统浆液水池一直是液位测量的难点之一。
由于漿液水池内的浆液介电常数较高，气体挥发性大，且浆液表面容易产生较多泡沫，对液位测量产生很大影响。以上介绍的几种液位测量装置均无法稳定准确地测量实际液位。潮州电厂根据现场的实际工况分别安装了雷达液位计和超声波液位计进行测量。相比较而言，超设备液位计的测量准确性要高于雷达液位计，但仍需要维护人员定期清理超声波液位计的换能发射装置，以保障设备能长时间稳定运行。
4 结语
无论选用何种液位测量装置，都需要定期对这些设备进行检查和维护。火力发电企业只有在合适的系统合适的工况选择合理的液位计，才能够更好保证设备运行的准确性和稳定性，并减少人员维护的工作量和风险。
作者简介：朱宏永（1981—），男，供职于广东大唐国际潮州发电有限责任公司，研究方向：电厂热工控制技术管理。