汽包水位失真原因分析及修正方法

李宏

（貴州粵黔電力有限責(zé)任公司 貴州盤(pán)縣 553505）

汽包水位失真原因分析及修正方法

李宏

（貴州粵黔電力有限責(zé)任公司 貴州盤(pán)縣 553505）

我廠1～4號(hào)爐汽包水位一直存在偏差較大的問(wèn)題，為此在等級(jí)檢修中對(duì)各汽包水位測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定及修正。鍋爐運(yùn)行中，我們是通過(guò)水位測(cè)量系統(tǒng)來(lái)監(jiān)視和控制汽包水位的。當(dāng)汽包水位超出正常運(yùn)行范圍時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，保護(hù)系統(tǒng)將立即采取必要的保護(hù)措施，以確保鍋爐和汽輪機(jī)的安全。因此，鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)是機(jī)組安全運(yùn)行的極端重要的系統(tǒng)。

汽包水位；測(cè)量系統(tǒng)；誤差分析

1 概述

××電廠總裝機(jī)為4×600MW，4臺(tái)鍋爐均為汽包鍋爐，#1、#2鍋爐為自然循環(huán)鍋爐，#3、#4強(qiáng)制循環(huán)鍋爐。

保持鍋爐汽包水位在正常范圍內(nèi)是鍋爐運(yùn)行的一項(xiàng)重要的安全性指標(biāo)。由于負(fù)荷、燃燒工況及給水流量的變化，汽包水位會(huì)經(jīng)常變化。汽包水位過(guò)高或急劇波動(dòng)會(huì)引起蒸汽品質(zhì)惡化和帶水，造成受熱面結(jié)鹽，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)水沖擊振動(dòng)、葉片損壞；水位過(guò)低會(huì)引起排污失效，爐內(nèi)加藥進(jìn)入蒸汽，甚至引起下降管帶汽，影響爐水循環(huán)工況，造成爐管大面積爆破。由于汽包水位測(cè)量和控制問(wèn)題而造成的上述惡性事故的情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響火電廠運(yùn)行的安全性。

2 爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)基本要求

根據(jù)鍋爐汽包水位測(cè)量的重要性和測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)，鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)至少應(yīng)滿足下列基本要求：

2.1 準(zhǔn)確性好

眾所周知，鍋爐汽包水位相對(duì)主蒸汽壓力、溫度這類參數(shù)而言，并不是需要精確控制的參數(shù)，一般情況下，相同位置二個(gè)汽包水位測(cè)量示值偏差在30mm以內(nèi)是可以接受的。而在正常條件下保持這樣的精確度不是十分困難的。但是，由于汽包水位測(cè)量對(duì)象十分復(fù)雜，而汽包水位測(cè)量采用的聯(lián)通管式或差壓式測(cè)量原理，使得汽包壓力和測(cè)量參比條件變化時(shí)會(huì)造成遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出上述要求的非常大的誤差。所以長(zhǎng)期以來(lái)，保證汽包水位測(cè)量準(zhǔn)確性一直是擺在我們面前的一個(gè)難點(diǎn)和關(guān)鍵問(wèn)題。

2.2 可靠性高

汽包水位測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)從取樣開(kāi)始，到信號(hào)轉(zhuǎn)換控制和保護(hù)回路，以及供電回路均應(yīng)十分可靠。

此外，除了提高裝置本身的可靠性外，還應(yīng)提高系統(tǒng)的可靠性，包括對(duì)汽包水位測(cè)量、控制和保護(hù)系統(tǒng)的配置應(yīng)采取嚴(yán)格的冗余要求，應(yīng)采用兩種或以上工作原理共存的配置原則；鍋爐汽包水位控制和保護(hù)用的水位測(cè)量信號(hào)應(yīng)采取三重冗余等。

2.3 方便維護(hù)

鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)的維護(hù)應(yīng)簡(jiǎn)單、維護(hù)工作量應(yīng)盡可能少，而且應(yīng)便于進(jìn)行在線實(shí)際水位信號(hào)的保護(hù)聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)等。

3 ××電廠汽包水位測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)狀

鍋筒筒身直段長(zhǎng)26216mm，用鋼板卷制而成，內(nèi)徑為φ1743mm，兩端采用球形封頭，包括封頭鍋筒總長(zhǎng)28286mm，筒身和封頭的材料均采用BHW35。

鍋筒筒身上部焊有29只φ159飽和蒸汽引出管座和87只φ159汽水引入管座，并設(shè)有輔助蒸汽管座及放氣管座。筒身底部焊有6只下降管和3只給水管座。封頭上布置有人孔、安全閥管座6只，左右各3只、8對(duì)水位監(jiān)視用管座，用于接2只雙色水位表、4只水位平衡容器，2對(duì)備用。封頭上還設(shè)有1只連續(xù)排污管座、水位校驗(yàn)管座及試驗(yàn)管座。

鍋筒的正常水位線運(yùn)行時(shí)通過(guò)壓差式給水調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制、保護(hù)和調(diào)節(jié)。該廠每臺(tái)鍋爐汽包水位測(cè)量配置兩套電接點(diǎn)水位計(jì)、兩套就地水位計(jì)（雙色水位計(jì)）、四套差壓式水位計(jì)。但各水位計(jì)之間顯示誤差較大，有的多達(dá)100mm以上，運(yùn)行人員對(duì)汽包水位無(wú)法進(jìn)行正確判斷，操作、調(diào)整汽包水位沒(méi)有可靠依據(jù)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4 誤差分析及修正過(guò)程

4.1 差壓式單室平衡容器測(cè)量系統(tǒng)（如圖1）

4.1.1 水位偏差來(lái)源

如圖1所示，假設(shè)汽包水位運(yùn)行在正常水位，則：

P=△P1+△P2

圖1

=ρ水2L-ρ水1H0-ρ汽（L-H0）+（ρ水3-ρ水4）L1

根據(jù)上式偏差主要來(lái)源于：

由于安裝偏差造成L、H0和理論值偏差較多，建廠初期調(diào)試單位時(shí)未進(jìn)行實(shí)測(cè)，只是按照安裝理論值做進(jìn)DCS，造成偏差而在DCS系統(tǒng)邏輯中未得到修正造成的水位偏差；

由于保溫不規(guī)范造成L1段正、負(fù)壓管道中由于溫度差而導(dǎo)致密度差，未得到修正；

L段平衡容器中管道即使經(jīng)過(guò)保溫，但其管道中水溫不可能達(dá)到汽包中飽和水的溫度，雖然在DCS系統(tǒng)邏輯中進(jìn)行了溫度補(bǔ)償，但其補(bǔ)償為單點(diǎn)測(cè)量溫度補(bǔ)償，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，會(huì)給系統(tǒng)到來(lái)較大偏差。

4.1.2 解決方法

針對(duì)以上誤差我廠所做工作如下：

利用我廠機(jī)組全停機(jī)會(huì)對(duì)1～4號(hào)爐汽包水位單室平衡容器的L及H0進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，并在DCS系統(tǒng)汽包水位測(cè)量邏輯中進(jìn)行修正。

對(duì)于L1段正、負(fù)壓管道中由于溫度差而導(dǎo)致的誤差，我們將同一平衡容器的水平段以下正、負(fù)壓管道緊挨著單獨(dú)成組保溫，力求兩管道中水溫一致，盡量減少誤差；

對(duì)L段平衡容器中管道水柱溫度補(bǔ)償問(wèn)題，我廠的補(bǔ)償方法是在平衡容器至水側(cè)管道中間安裝一只溫度測(cè)量元件；這種溫度補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)是，溫度元件損壞對(duì)水位的影響很大，且測(cè)量單點(diǎn)不具備代表性；其他的補(bǔ)償方法有：針對(duì)不同平衡容器，用紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行不同斷面上多點(diǎn)測(cè)量，取其平均值作為DCS系統(tǒng)汽包水位測(cè)量的溫度補(bǔ)償值；這種修正方式在環(huán)境溫度變換較大時(shí)還是會(huì)有較大的誤差，應(yīng)在不同的季節(jié)進(jìn)行多次測(cè)量、修正，工作量較大。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)技術(shù)改造將平衡容器改為汽包內(nèi)置式平衡容器測(cè)量系統(tǒng)，以求徹底解決溫度補(bǔ)償不準(zhǔn)確帶來(lái)的系統(tǒng)誤差。

4.2 電接點(diǎn)水位計(jì)測(cè)量顯示系統(tǒng)（如圖2）

圖2 盤(pán)南電廠電接點(diǎn)安裝示意圖

4.2.1 誤差來(lái)源

××電廠電接點(diǎn)水位計(jì)是根據(jù)汽和水的電導(dǎo)率不同測(cè)量水位的。鍋水電導(dǎo)率一般要比飽和蒸汽的電導(dǎo)率大數(shù)萬(wàn)到數(shù)十萬(wàn)倍，電接點(diǎn)水位計(jì)是由水位測(cè)量容器、電極、電極芯、水位顯示燈以及電源組成。電極裝在水位測(cè)量筒上組成電極水位發(fā)送器。電極芯與水位測(cè)量容器外殼之間絕緣。由于水的電導(dǎo)率大，電阻較小，當(dāng)接點(diǎn)被水淹沒(méi)時(shí)，電極芯與容器外殼之間短路，則對(duì)應(yīng)的水位顯示燈亮，反映出汽包內(nèi)的水位。而處于蒸汽中的電極由于蒸汽的電導(dǎo)率小，電阻大，所以電路不通，即水位顯示燈不亮。用亮的顯示燈多少來(lái)反映水位的高低。根據(jù)大方電廠電接點(diǎn)水位計(jì)安裝圖，測(cè)量誤差來(lái)源于以下方面：

（1）測(cè)量筒上中心電極（零水位電極）安裝水平位置與廠家給定值（汽包中心線下280mm，若測(cè)量筒中溫度與汽包中溫度相同，應(yīng)為正常水位線，即：汽包水位中心線下220mm，但考慮到溫度補(bǔ)償廠家定為汽包中心線下280mm）偏差造成的誤差；

（2）電接點(diǎn)水位計(jì)顯示表的水阻設(shè)置不對(duì)導(dǎo)致顯示失真；

（3）保溫不規(guī)范，導(dǎo)致原有固定溫度補(bǔ)償錯(cuò)誤而產(chǎn)生水位偏差。

4.2.2 解決方法

所做工作如下：

（1）針對(duì)測(cè)量筒零水位電極安裝水平位置與廠家給定值偏差問(wèn)題，我們對(duì)全廠所有汽包水位測(cè)量筒零位進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量值可與鍋爐檢修人員一起對(duì)其進(jìn)行修正。

（2）水阻設(shè)置

眾所周知，鍋爐鍋水越純凈則其水阻越大，××電廠水阻一般在50～80kΩ之間，具體設(shè)置過(guò)程為：將水位表切換到設(shè)置水阻通道，隨機(jī)設(shè)置一個(gè)水阻值，若儀表顯示正常，則逐漸增加設(shè)置值直到水位計(jì)顯示不正常為止，記下該數(shù)值，然后逐漸減小設(shè)置值，直到水位計(jì)顯示不正常為止，記下該數(shù)值；將記下的兩數(shù)值取平均值，這個(gè)平均值可作為水位計(jì)的設(shè)定值；

（3）按照水位計(jì)生產(chǎn)廠家要求，規(guī)范保溫，減小水位偏差。

4.3 雙色水位計(jì)

雙色水位計(jì)是一種比較直觀水位測(cè)量系統(tǒng)，它是利用自然光在液體中折、反射原理。借助于紅、綠色片，在測(cè)量時(shí)，水相顯示綠色，汽顯示為紅色。通過(guò)攝像設(shè)備傳輸?shù)郊厥遥阌谶\(yùn)行人員監(jiān)視。

4.3.1 水位偏差來(lái)源

雙色水位計(jì)水位偏差主要來(lái)源于安裝時(shí)水位計(jì)零位與鍋爐廠給定的零位值（汽包中心線下340mm，已考慮在無(wú)保溫狀況下的溫度補(bǔ)償，故雙色水位計(jì)水位不需要保溫）之間的偏差。

4.3.2 解決方法

對(duì)全廠所有雙色水位計(jì)零位進(jìn)行了測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量值對(duì)相應(yīng)的雙色水位計(jì)的刻度進(jìn)行了修正。其測(cè)量值如表1。

表1 雙色水位計(jì)（單位：mm）

5 預(yù)期效果

經(jīng)過(guò)測(cè)量修正之后，相同位置各水位計(jì)的水位誤差降低到30mm以下，達(dá)到25項(xiàng)防止電廠重大事故的要求，提高機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性，保障了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

TM621.2

A

1004-7344（2016）11-0059-02

2016-3-28

李宏（1967-），男，漢族，貴州黔西人，助理工程師，大專，主要從事工作和研究方向?yàn)榛鹆Πl(fā)電廠熱控檢修方面。