0 概述
高、低压加热器是火力发电机组给水加热系统中不可缺少的重要组成部分。它是利用汽轮机中已经作过功的蒸汽来逐级加热给水，以提高机组的热经济性能。对电厂给水加热系统，加热器在正常工作时要求壳侧水位维持在一定范围内，水位过高或过低不仅降低机组的热经济性，而且会危及主机的安全运行。如水位过高将造成汽 轮机进水而引起叶片断裂、大轴弯曲;加热器爆破等重大事故;或由于水位过低，甚至无水位运行，造成大量蒸气从加热器内逸出，潜热没有充分利用，加热器传热效果严重恶化;给水温度下降，使机组煤耗增加。 加热器的水位调节是通过水位控制器来实现的。克拉玛依石化厂热电厂最初采用的是浮球式水位控制器。由于浮球式水位控制器机械传动部件较多，在运行中易磨损、腐蚀而经常发生卡涩故障，使设备投用率降低，影响机组的经济运行，更可能造成满水而发生损坏汽轮机叶片的恶性事故。
针对上述情况热电厂经过广泛的调研、认真的研究，决定采用新型汽液两相流水位控制器。它利用汽液两相自平衡原理，实现液位自动控制。摒弃了容易腐蚀、卡涩的机械活动部件，克服了浮球式疏水器难以解决的问题，保证了疏水调节系统安全可靠运行。
1 汽液两相流自调节水位控制器的系统组成、工作原理及数学模型
1.1 汽液两相流自调节水位控制器的系统组成
自调节水位控制器，是基于汽、液流动自身的流体力学特性，对输出流体流量进行控制，实现自动控制液位的目的。下面结合图1对自调节水位控制器的系统组成和 工作原理作详细说明。
自调节水位控制器是由传感器和调节阀两大部分组成。调节阀的结构见图2，是一个没有机械运动部件的阀门，调节阀外壳内装有一个阀芯，阀芯是一个渐缩渐扩的整体喷嘴，在其进口端的渐缩喷嘴的全周围开有若干排小孔;壳体侧面装有接受传感器发送来的气体的入口管，入口管与传感器的输出管相连。传感器是一根装在工 业容器中的弯管。调节阀入口处装有一个孔板，孔板可以和工业容器底部相连通，对输出液体进行减
压调节以保证传感器顺利传出所需的气体。为了保证调节阀故障时工业设备照常工作，与调节阀并联 安装了一个旁路，旁路上配置一连通阀，该旁路的另一用途是用于调节设计参数与运行参数发生的偏差。
1. 2 汽液两相流自调节水位控制器的工作原理
当工业容器的液位上升到液位传感器的入口并封闭入口时，流体传送给调节阀，这时调节阀接受工业容器及传感器送来的均是流体，因而调节阀的输出是单相流体，液体的流通能力增强，因此工业容器的液位下降。反之，工业容器的液位下降，并低于传感器入口时，气体流入传感器并传送给调节阀，这时调节阀的输出是汽、液 两相流体，液体的流通能力下降，因此，工业容器的液位上升，这样就实现了工业容器液位的自动控制。
1.3 汽液两相流自调节水位控制器的数学模型
控制系统的调节过程可分为减压、抽吸、控制这三个不同环节。
1.3.1 减压环节
疏水从工业容器中排出经疏水管路进入调节阀，在收缩段内加速，减压降低到喉部混合点压力的过程，称为减压环节。减压环节的计算任务是根据控制环节的疏水流量分配，确定出喉部混合点的压力P2。以工业容器内汽液分界面和喉部混合点处的通流断面为参考面，列出不可压流体的 Bernoulli方程：
式中：U1A——工业容器内液面的下降速度;
hy—— 总阻力损失，包括沿程阻力损失和局部阻力损失。
在其它条件不变的情况下减小节流阀开度，能降低混合点处的压力P2。
1.3. 2 抽吸环节
根据液位传感器感受到的工业容器内的水位信号，调节汽体和一部分疏水按一定比例混合，经调节管路到达调节阀喉部混合点的过程，称为抽吸环节。抽吸环节是根据减压环节的压力降，求出调节管路内的汽液两相流量，应用管路内汽液两相流动的阻力计算方法，总可以求出一组(WsG，WsL) 值，满足：
1.3.3 控制环节
两股流体在调节阀喉部相互作用后混合，压力由P2迅速降至P3而后在扩张段内充分回流，压力有所升高的过程，称为控制环节。控制环节是确定疏水流量在调节阀前疏水管路及调节管路内的分配比例，以满足系统管路内的压力平衡。由于两股流体相互作用发生在调节阀喉部处很短的距离内，且汽液两相间存在着极其复杂的传热传质过程，液体内蒸时由 于相间热阻的存在，汽液两相间达到热平衡需要一定的时间。汽化速率的大小与内蒸时的过热度、传热系数、传热面积及流形都有关系。
取如图3所示的控制体，沿轴线方向应用动
量定理有：
在喉部出口汽液两相所占的通流面积之和等于喉部出口面积，因此又得：
再补充必要的质量守恒方程与能量守恒方程，联立以上方程可以求出不同工况下系统的调节特征。
2 汽液两相流自调节水位控制器的特点及应用情况
(1)整个液位控制装置无机械运动部件、无电气、气动元器件，所以安全可靠性好，使用寿命长;
(2)整个液位控制装置采用全密封结构，因此无泄漏;
(3)传感器和调节系统的结构可以保证运行负荷大幅波动(100%～20%)时，液位波动不超过±50mm。
克拉玛依石化厂热电厂2号高压加热器的水位控制器原为浮球式结构，经常发生卡涩等故障，今年更换为汽液两相流自调节液位控制器，自运行至今一直未发生故障，保证了给水加热系统的正常运行，提高了机组的热经济性能，取得了良好的效果。
