差压式液位计的平衡容器结构及工作原理

一、平衡容器的内部结构   差压式液位计都会用到平衡容器，但有的使用者对其不太了解，尤其是搞不清楚双室平衡容器的内部结构，而影响了使用。昌晖仪表制造有限公司与您分享平衡容器相关知识。差压式液位计是基于液体静压平衡原理工作的，平衡容器实际上是一个“液位--差压"转换器。其作用是造成个恒定的液体静压力，使之与被测液位形成的液体静压力相比较，输出二者之差。平衡容器实际上就是个冷凝器，按结构分有单室平衡容器(单层)和双室平衡容器(双层)之分。大型锅炉用的平衡容器结构要复杂些，在此仅介绍工业锅炉常用的FP型平衡容器。 

   单室平衡容器的结构较简单，如图所示。测量低压容器的液位时，当容器内外温差大，或气相容易凝结成液体时，如除氧水箱的水位，大多采用单室平衡容器进行测量。测量前应根据所测介质的性质，把平衡容器的堵头拆开，灌入冷水或其他液体。对一些化工生产的有毒有害场合平衡容器内装的是隔离液。

   双室平衡容器的结构如图所示。测量锅炉汽包水位采用双室平衡容器，平衡容器由内外两层容室构成。平衡器的外层容室与锅炉汽包的蒸汽相连且充满了冷凝水；内层容室经平衡器下侧导压管与锅炉汽包的水相连，使用的是连通器原理，所以内层容室水位高度跟随汽包水位而变化。这样结构的双层容器保证了外层容室和内层容室的水温基本相等，因而可以减少由于温度不同所产生的测量误差。

        用双室平衡容器测量锅炉水位，双室平衡器的外层容室与锅炉汽包的蒸汽相连，外层容室内充满了冷凝水；当外层容室的水面低于平衡器上端导压管时，靠汽包蒸汽的冷凝水补充，当水面高于平衡器上端导压管时，水经导压管流入锅炉汽包，使外层容室水位高度始终保持不变。内层容室经平衡器下侧导压管与锅炉汽包的水相连，其水位高度随汽包的水位变化而变化。如果蒸汽的压力、温度参数恒定时，差压变送器的输出信号仅与锅炉汽包的水位有关。

      对于低压锅炉，由于内层容器内水的密度近似等于饱和温度下水的密度，所以双室平衡容器内层容器中的水柱高度也就等于汽包中的实际水位高度。由于平衡器外层容室与差压变送器的低压侧连接，内层容室与差压变送器高压侧连接。此时H、L之间产生的差压为△P=Lρl-[ρ2H+（L-H）×ρQ]；由于ρ1=ρ2，故△P=Lρ1-Hρ1-（L-H）ρQ=（L-H）（ρl-ρQ），公式就是“水位--差压"的转换关系算式。也就是说用双室平衡容器测量水位时，其工作原理就是利用液体静压力原理，把汽包质量水位转换成差压，经差压变送器再将差压转换为电流信号送至显示控制仪表或DCS系统。

        要说明的是，为了理解问题方便，上述例子中差压△P都是指水柱高度，在实际应用中是要将其换算为Pa的，只要再乘上当地的重力加速度g即可，即△P=g[（L-H）×（ρl-ρQ)] 。对于许多中、小型工业锅炉，由于其饱和蒸汽的压力不高，所以大多是按ρ1=ρQ来处理的，这时差压就是内层容室水位的高度了，即△P=ρ1Hg 。

二、汽包水位常用测量方式汽包水位测量用了哪些方式。

双室平衡容器、电接点水位计、双色水位计。

双室平衡容器是一种结构巧妙，具有一定自我补偿能力的汽包水位测量装置。它的主要结构如图1所示。在基准杯的上方有一个圆环形漏斗结构将整个双室平衡容器分隔成上下两个部分，为了区别于单室平衡容器，故称为双室平衡容器。

１）尽管传统双室平衡容器具有自我补偿功能，即当汽包中的水位越接近零水位时，容器输出差压受汽包压力变化的影响越小，但由于传统双室平衡容器基准杯低于上法兰取压口，因而量程小于法兰间距，且容器中间位置与汽包中心也不对称，致使汽包零水位与汽包中心线不一致，导致汽包零水位的确定困难。

２）由于传统双室平衡容器的正压侧先于负压侧路引出平衡容器，造成正负引压管路在全量程测量范围内温度不一致，同时ρｃ取环境温度下水的密度，通常情况下它会随着季节的变化而变化，因而为了保证正负压侧垂直管路处于环境温度，要求铺设的水平管路的长度 大 于１０００ｍｍ，增 加 了 配管的难度。因此，传统双室平衡容器很难避免温度对其测量结果的影响。

   在环境温度为３０℃，水密度ρｃ 为９９５ｋｇ／ｍ３时，通过式（５）算出正压侧垂直管在不同温度下汽包的液位

　　已知文中汽 包 的 正 常 液 位 为３００ｍｍ，由 表１可知，正压侧温度 在６０℃以 上 时 会 产 生５ｍｍ 以上的误差，由于饱和水的温度在２００℃左右，因而正压侧如果不充分散热，其温度一般会在６０℃以上，测量误差不容忽视

电接点水位计根据水与汽电阻率不同而设计。测量筒的电极在水中对筒体的阻抗小。在汽中对筒体的阻抗大。 随着水位的变化，电极在水中的数量产生变化。转换成电阻值的变化。传送到二次仪表，从而实现水位的显示、 报警、保护联锁等功能。

双色水位计（连通器）是用在锅炉汽包上或其它压力容器上、用来监视水位变化的一种仪表。它是通过光的反射、折射、透视等不同原理，使气相呈红色，液相呈绿色。

三、 差压变送器测量汽包水位及双室平衡容器安装    差压变送器测量汽包水位及双室平衡容器安装图

运 行 前给双室平衡容器灌水，是为了把负压室及其导压管中的气体排出，达到

正 常 运 行 的条件。灌水的步骤：

A、将2、3、4、5、关闭，6、7、8打开，松开9、10。

B、拧开封口螺栓1，向平衡容器内灌水。

C、当导压管内的空气全部排出，并且有水连续不断从9、10流出时，拧紧9、10，

关闭7，继续灌水。

D、平 衡容器内灌满水后，将1拧紧，打开2、3，结束。

备注：

1.导压管采用Φ14×2的 不 锈 钢 无缝钢管。碳钢无缝钢管也可以使用，但是容易锈蚀从而堵塞取压管

道。

2.排污阀门采用J21W-Φ14或J21W-Φ18外螺纹截止阀。

3.双室平衡容器与汽包的过程接口为Φ26开 孔，连接钢管为Φ25×3，阀门选用PN25、DN20的  J41法兰式截止阀。

4.双室平衡容器的取压接口为M18×1.5内 螺 纹，假若没有与之配合的接头，可以把两者相焊接。

5.变送器的安装位置要低于双室平衡容器的取压口，使导压管保持一定的倾斜角度，两根导压管要尽量平行配管，不可在中间部位出现上弓段（积气部位）。

6.汽包投入运行前，双室平衡容器的负压室、导压管都应灌满水。