除氧器液位測量方式的改進

□王志良

一、引言

托電公司除氧器液位測點有模擬量和液位開關(guān)。模擬量為差壓式，安裝羅斯蒙特3051 差壓式變送器。液位開關(guān)為美國SOR 公司的221A 系列。在實際應(yīng)用中液位開關(guān)經(jīng)常存在誤動和拒動情況。主要原因為測量筒安裝位置存在一定的誤差，導(dǎo)致其節(jié)點動作時與模擬量對應(yīng)有差異。液位開關(guān)浮筒內(nèi)活動桿長期在水汽中工作，介質(zhì)中雜質(zhì)較多，使活動杠容易被卡澀，導(dǎo)致節(jié)點存在拒動現(xiàn)象。總之液位開關(guān)存在著的這些缺陷給除氧器的安全穩(wěn)定運行帶來了很大的安全隱患。很有必要研究改進除氧器液位的測量方法。托電公司通過長期的研究摸索，發(fā)現(xiàn)采用羅斯蒙特差壓變送器的差壓式測量方法能夠代替液位開關(guān)。把液位開關(guān)取消，增加一套液位變送器，原來液位報警聯(lián)鎖的開關(guān)量信號改為模擬量高低值判斷。同時，為了防止重要容器液位在DCS 系統(tǒng)失靈遠方還能監(jiān)視，在立盤上增加一光柱表，信號也來自就地一個獨立取樣的羅斯蒙特差壓變送器。

二、除氧器水箱水位測量可靠性研究

托電公司自投產(chǎn)以來，熱控技術(shù)人員一直重視容器液位測量。除氧器水箱液位雖然不像汽包水位那樣為主保護測點，但其重要性不言而喻。一是除氧器作為給水系統(tǒng)中貯水的重要中轉(zhuǎn)站，其巨大的貯水量可以通過一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其水位來滿足給水需求。由此可以知道除氧器水箱水位第一個重要之處是準確測量來進行液位調(diào)節(jié)。二是除氧器水箱水位過高可能會導(dǎo)致除氧器水箱中的水倒流回汽輪機造成汽輪機的嚴重損壞。或者是除氧器水箱水位過低將會導(dǎo)致給水泵的氣蝕。這樣又可以得到另一個結(jié)論就是除氧器水箱水位過高或者過低都會導(dǎo)致重要設(shè)備損壞，故除氧器水箱水位測點是重要的保護測點。通過上面的論述足以說明除氧器水箱水位在火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)以及保護中占有的重要地位，很有必要對除氧器水箱水位測量的可靠性進行研究。托電公司熱控技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)模擬量測點相對比較準確，特別是多點測量取中間值更能保證模擬量調(diào)節(jié)的可靠性。而作為聯(lián)鎖保護的測點一般選用三取二可靠性更高。另外，在DCS 系統(tǒng)失靈時，為了能夠在遠方監(jiān)視除氧器水箱水位需要考慮增加獨立于DCS 系統(tǒng)的水位顯示。

三、改造思路

托電公司除氧器水箱水位測點有模擬量測點和開關(guān)量測量。模擬量測點為差壓式，安裝差壓變送器，通過4～20mA 遠傳至DCS 進行監(jiān)視及調(diào)節(jié)。差壓式液位變送器安裝兩臺，分別位于除氧器水箱的左右側(cè)。開關(guān)量信號通過在除氧器水箱上安裝的液位開關(guān)送出，液位開關(guān)安裝9 個，分別是水位高三值3 個，高二值1 個，高一值1 個，低一值1 個，低二值3 個。高一值和高二值用于聯(lián)鎖關(guān)閉四抽逆止門及四抽至除氧器供汽電動門，低二值用于聯(lián)鎖停運給水泵。目前，液位開關(guān)存在著誤動和拒動的情況。綜合考慮，液位的開關(guān)量信號可以使用模擬量信號大小判斷獲得。所以需要增加一套模擬量液位測點。其中用于除氧器水箱水位調(diào)節(jié)的可以用三個模擬量測點三取中獲得。水位開關(guān)量信號:低一值，高一值，高二值使用三取中后的點大小判斷獲得。高三值低二值開關(guān)量均為三個，則使用三個模擬量測點獨立判斷獲得。獨立取樣的三個低三值三取二跳閘給水泵可靠性更高。同時再增加一個液位變送器使該液位變送器信號遠傳至主控室立盤的光柱表，以便在DCS 系統(tǒng)異常時能夠在遠方監(jiān)視除氧器水箱水位。該光柱表使用單獨UPS 電源供電。

四、改造過程

(一)設(shè)備選型。液位變送器選型:液位變送器選用艾默生公司的羅斯蒙特3051 系列差壓變送器，該系列變送器測量準確，安裝及校驗方便，運行可靠穩(wěn)定。考慮到除氧器水箱液位能達到的最高度，選用型號為3051CD2A 最為適合。

光柱表選型:考慮除氧器水箱水位需要測量的范圍在3米左右，故選用的光柱表測量范圍在3 米以上。上海自動化儀表廠生產(chǎn)的XTMA -1020 - B 系列變送器測量范圍-1600mm～1600mm，另外尺寸大小根據(jù)立盤安裝位置定，總之以美觀實用為準。該光柱表使用220V 交流電源供電，電源取自熱控儀表電源柜。電源的容量2A 左右即可，不用太大。需要注意的是，該光柱表接收的4～20mA 信號有兩種，一種是有源的，另一種需要光柱表供電。本次改造使用的差壓變送器就是需要光柱表供電才能正常工作。在接線時特別要注意，即將“P”端子與“+”端子短接，接在變送器的正極。接線圖如圖1所示。

圖1

平衡容器選型:考慮到壓力及溫度等參數(shù)，使用的平衡容器型號為TG-10 -DP/2。

附屬設(shè)備:一是引壓管，引壓管采用FITOK 公司外徑為14mm，內(nèi)徑10mm，不銹鋼管。二是閥門，二次門也采用FITOK 公司的針型閥;另外使用差壓變送器配套的三閥組便于變送器的投退。

(二)工程施工。

1．敷設(shè)電纜。因為計劃增加兩套變送器，所以需要敷設(shè)兩顆4*1．5 阻燃屏蔽電纜。一顆從變送器到DCS 機柜，另外一顆從變送器到主控室立盤處。另外光柱表需要的220V交流電源需要重?zé)峥仉娫垂袢。赃€得敷設(shè)從熱控電源柜到主控室立盤的電源電纜一顆。

2．平衡容器及儀表管焊接。焊接安裝平衡容器，汽側(cè)取樣點到平衡容器處管路應(yīng)滿足100:1 的水平向下坡度。一次門門桿保證水平。水側(cè)一次門門杠也應(yīng)水平安裝。當閥門的門桿豎直方向安裝時介質(zhì)經(jīng)過閥門門芯時并不是水平經(jīng)過的。也就是說當一次門的門桿豎直方向安裝閥門的時候，平衡罐內(nèi)液位和取樣點之間的液位會有一定的差異，這將會對差壓式水位計造成很大的測量誤差。

3．安裝差壓變送器。變送器在安裝前需送實驗室校驗，合格才能使用。差壓變送器引壓處分高壓側(cè)和低壓側(cè)。平衡容器接的是汽側(cè)，正常運行時比水側(cè)的壓力高，當兩側(cè)差壓越小時水位越高。安裝差壓變送器時可以將變送器高壓側(cè)接汽側(cè)，也可以接水側(cè)。兩種不同的安裝方法對應(yīng)變送器量程設(shè)置方法相反。當變送器高壓側(cè)接汽側(cè)時，量程應(yīng)從小到大設(shè)置，反之當變送器高壓側(cè)接水側(cè)時，量程應(yīng)從大到小設(shè)置。

圖2 水位-差壓轉(zhuǎn)換原理圖

4．變送器量程標定。由圖2可知，平衡容器(汽側(cè))所在液柱比水側(cè)高，平衡容器內(nèi)蒸汽凝結(jié)充分后，有多余的水會倒流回容器內(nèi)，當平衡容器內(nèi)水蒸發(fā)時容器內(nèi)水會馬上補充進入平衡罐。這樣差壓式水位計高壓側(cè)液柱就保持不變，形成可以作為參考的液柱，這就是所謂的參比水柱。液位的變化與負壓側(cè)表管內(nèi)壓力相關(guān)了。這里所說的量程標定就是測量負壓側(cè)取樣處與正壓側(cè)取樣處高度差。標定工具選用透明的塑料軟管，里面灌滿水并且得保證沒有氣泡。正壓側(cè)位置標定:選用正壓側(cè)一次門門芯位置，觀察塑料軟管內(nèi)液位與門芯位置齊平后，檢查塑料軟管另一側(cè)水位，在固定地方(可以是鋼梁、墻等)做好標記。負壓側(cè)位置標定:選用負壓側(cè)一次門門芯位置，觀察塑料軟管內(nèi)液位與門芯位置齊平后，檢查塑料軟管另一側(cè)水位，在固定地方(可以是鋼梁、墻等)做好標記。測量兩標記處的高度差，所得的高度差就是該差壓變送器的量程范圍。

5．變送器接線調(diào)試。羅斯蒙特3051 系列變送器均為兩線制，兩顆線既是電源線也是信號線，分正負極，接反變送器無法工作。接線完成后變送器液晶屏應(yīng)有顯示，使用手操器進行量程標定。另一個送立盤光柱表的變送器設(shè)定方法一樣，光柱表設(shè)定方法參照產(chǎn)品說明書。

表1

(三)變送器投運。除氧器水箱見水后，打開排污門及放氣門進行排污及放氣，以便排污管路中的污水及積氣。因為平衡容器位置較高，水箱內(nèi)的水無法進入平衡容器行程參比水柱，故開始階段測點顯示不正常。此時需要等除氧器水箱內(nèi)的高溫蒸汽進入平衡罐內(nèi)慢慢凝結(jié)直至平衡罐的水位與取樣處一致為止，參比水柱形成，測量可以正常進行。

(四)零點遷移。由于新增液位變送器正負壓側(cè)取樣位置與原來的變送器不一樣，量程也不一樣，所以新增差壓式液位變送器零點需要遷移。除氧器水箱水位的零點需要根據(jù)早先安裝的變送器確定，通過遷移零點的方法使新增水位測點與原有測點顯示一致。

五、測點工作情況

托電公司#1 機組在2012年4月份進行除氧器水箱水位液位開關(guān)改造為液位變送器工作。在機組檢修后啟動時進行了水位傳動試驗合格。在#1 機組2012年11月份臨修時，再次進行實際水位高低傳動試驗，試驗時就地設(shè)置專人記錄翻板液位計度數(shù)，并與DCS 測點進行對比。

選取#1 機組起動時期間中水位變化比較大的三個小時，記錄如表1。

六、結(jié)語

通過該技術(shù)的應(yīng)用，保證了除氧器液位的準確測量，在液位處于報警聯(lián)鎖值時能夠正確顯示，大大增加了除氧器安全穩(wěn)定運行的可靠性。該技術(shù)已經(jīng)在#1 機組中成功應(yīng)用，目前#1 機組除氧器液位有四套測量裝置，其中3 路信號進DCS系統(tǒng)，用于液位的調(diào)節(jié)控制及聯(lián)鎖，第4 路信號送至主控立盤的光柱表。完成改造后，取消了液位開關(guān)，減少了液位測點的維護工作量

［1］ 翟建平．除氧器水位測量采樣的改進［J］．山西電力技術(shù)，1995