汽輪機真空監(jiān)測設(shè)備配置及校驗研究

李 杰，劉俊峰

（華能聊城熱電有限公司，山東 聊城 252041）

汽輪機真空監(jiān)測設(shè)備配置及校驗研究

李 杰，劉俊峰

（華能聊城熱電有限公司，山東 聊城 252041）

介紹了真空監(jiān)測設(shè)備的現(xiàn)狀，針對各電廠汽輪機真空監(jiān)測設(shè)備的配置和校驗差異較大的情況，研究了電廠汽輪機真空監(jiān)測設(shè)備的配置，介紹了3種校驗措施，并對電廠汽輪機真空參數(shù)的檢測設(shè)備配置和校驗提出了標準化建議。

汽輪機真空；絕壓測量；真空校驗

現(xiàn)有汽輪機設(shè)備的真空監(jiān)測設(shè)備基本上都是按照排汽壓力變送器、凝汽器真空變送器、真空壓力開關(guān)來配置。長期以來，機組真空值(或者排汽壓力)與排汽溫度對應(yīng)關(guān)系不正確，而對變送器和溫度元件進行校驗復(fù)裝后還是不能取得正確的對應(yīng)關(guān)系。此問題一般通過對變送器量程進行修正來解決，而修正量通過湊值法確定。為了獲得精確的凝汽器真空測量值，需要從變送器校驗方法來分析和解決，并對設(shè)備配置和校驗流程進行規(guī)范。

1 真空監(jiān)測設(shè)備校驗現(xiàn)狀

大多數(shù)電廠的真空監(jiān)測設(shè)備校驗過程，無論是采用差壓變送器還是絕對壓力變送器，一般都采用差壓式校驗方法。即，以大氣壓強為參考量，通過測試壓差的方法來校驗和設(shè)定變送器的上下限值。

盡管某些差壓式校驗方法沿用了絕對壓力儀表的校準程序，但仍然無法正確讀出真空度的數(shù)值，一些采用差壓式原理傳感器的數(shù)字式真空度儀表也有類似情況。同時使用就地真空儀表、DCS用壓力變送器、真空壓力開關(guān)等設(shè)備，將造成多種真空度計量方法并行使用，易產(chǎn)生一些誤解混淆。但是，最容易被忽略且影響最大的，是因環(huán)境大氣壓變化而引起的差壓式測量的系統(tǒng)誤差。

現(xiàn)以羅斯蒙特變送器為例，介紹真空變送器的校驗流程：

(1) 置標準表(真空表)示值為0；

(2) 抽真空至標準表示值為-100 kPa，設(shè)定變送器輸出值為4 mA；

(3) 釋放真空，在對空狀態(tài)下(標準表示值為0)設(shè)定變送器輸出為20 mA；

(4) 在DCS中設(shè)定測點量程為4～20 mA對應(yīng)-100 kPa～0。

從嚴格意義上說，按此流程校驗的變送器示值并不是真空度值，而是一個壓差值(相對于校驗時大氣壓的差值)，相當于規(guī)定絕對真空對應(yīng)為-100 kPa相對壓力，大氣壓力下相對壓力為0。而大氣壓力通常情況下不為100 kPa，且隨著季節(jié)和氣溫不同有波動和變化，所以實際應(yīng)用中的示值和真實值無法對應(yīng)，也無法和排汽溫度對應(yīng)。

也有一部分電廠采用絕對壓力變送器進行真空或者排汽壓力的監(jiān)測。對這種設(shè)備進行校驗時，利用高精度絕對壓力標準表對校驗點(除絕對壓力0外)進行校準，根據(jù)校驗點的線性來判斷校驗結(jié)果是否合格。按照這種方法，變送器零點不予校驗，一旦發(fā)現(xiàn)線性不合格或者零點偏移嚴重，就需復(fù)位變送器或者返廠進行處理。

2 汽輪機真空及測量要求

當容器中的壓力低于大氣壓力時，低于大氣壓力的部分是真空，即P真空=P標準大氣壓強-P絕對壓強。

汽輪機真空即凝汽器真空，它是汽輪機運行的重要指標，是反映凝汽器綜合性能的一項主要考核指標。影響機組真空的因素主要有凝汽器傳熱情況，真空系統(tǒng)嚴密性情況，冷卻水的溫度、流量，機組的排氣量，抽汽器的工作狀況等，但與環(huán)境大氣壓力是弱相關(guān)的。

許多技術(shù)資料中或者習慣描述“汽輪機真空為-96 kPa為最佳真空”，此處的-96 kPa是在標準大氣壓下的相對真空值，而不是表壓力值。結(jié)合大部分真空變送器的校驗現(xiàn)狀，在實際大氣壓下校準的真空變送器顯示的真空是相對真空，與絕對真空存在偏差。因此，在實際應(yīng)用中，要分析汽輪機真空相關(guān)的經(jīng)濟性，使用“排氣壓力”、“絕對壓力”等會更明確，而不會產(chǎn)生歧義。

3 汽輪機真空測量分析

基于變送器與DCS通訊的原理，變送器量程只要包含工況的變化范圍且準確即可。因此，理想狀態(tài)下的規(guī)范示值標定方法是：當被測容器中氣體壓強從環(huán)境大氣壓逐漸變化到0時，對應(yīng)的示值從0變化到-101.325 kPa(當環(huán)境大氣壓等于1個標準氣壓時)，輸出4～20 mA信號。要實現(xiàn)常規(guī)校驗設(shè)備下的絕對壓力精確指示，需要對測量設(shè)備和校驗流程都進行規(guī)范，從而得到精確的測量結(jié)果。

調(diào)查各廠現(xiàn)有的真空變送器校驗流程，大多忽略了大氣壓力對變送器量程的影響，即變送器校驗時是以當前大氣壓作為基準的。當使用時，大氣壓發(fā)生變化后，真空的基準值隨著大氣壓的變化而變化，從而使真空值產(chǎn)生誤差。

因此，要精確使用和校驗汽輪機真空校驗設(shè)備，需要解決2個問題。

(1) 校驗后的變送器測量值為絕對壓力，不受大氣壓力影響；量程設(shè)定后，其限值對應(yīng)的壓力必須是絕對壓力。

(2) 要解決絕對真空零點的校驗問題，確保汽輪機真空變送器的量程可直接校驗，從而使校驗結(jié)果可控。

3.1 變送器修正后的校驗措施

為消除大氣壓力變化對變送器校驗的影響，應(yīng)認真分析變送器校驗過程，修正校驗方法。

3.1.1 無表計校驗法

無表計校驗法僅需絕對壓力表提供大氣壓值，其校驗步驟如下：

(1) 置標準表示值為0，記下當前大氣壓值(即絕對真空值X)；

(2) 抽真空至絕對真空，即控壓裝置真空極限，設(shè)定變送器輸出值為4 mA；

(3) 釋放真空，在對空狀態(tài)下(絕對壓力表示值為當前大氣壓)，設(shè)定變送器輸出為20 mA；

(4) 變送器復(fù)裝后將DCS測點量程設(shè)置為4～20 mA對應(yīng)0～XkPa；X為校驗時記下的大氣壓力值，即對真空測點按照變送器測量的的校驗絕對壓力進行設(shè)置，則測量值為絕對壓力值，即排汽壓力。

3.1.2 標準絕對壓力表直接校驗法

標準絕對壓力表直接校驗法的步驟如下：

(1) 當前大氣壓下，記下標準絕壓表值X，并設(shè)置變送器輸出值為20 mA；

(2) 抽真空至絕對真空，即絕對壓力為0，設(shè)定變送器輸出值為4 mA；

(3) 變送器復(fù)裝后將DCS測點量程設(shè)置為4～20 mA對應(yīng)0～XkPa；測點按照變送器測量的校驗絕對壓力進行設(shè)置，則測量值為絕對壓力值，即排汽壓力。

3.1.3 真空標準表量程修正法

真空標準表量程修正法的步驟如下：

(1) 置標準真空表示值為0，記下當前大氣壓值(即絕對真空值X)；

(2) 抽真空至標準真空表穩(wěn)定指示Y(比如-98 kPa)，設(shè)定變送器輸出值為4 mA；

(3) 釋放真空，在對空狀態(tài)下(標準表示值為0)，設(shè)定變送器輸出為20 mA。對變送器量程進行負向修正，修正值為X-98 kPa;

(4) 變送器復(fù)裝后將DCS測點量程設(shè)置為4～20 mA對應(yīng)0～YkPa，則測量值為絕對壓力值，即排汽壓力。

3.1.4 3種校驗方法的比較

(1) 第1，2種方法必須具備的條件有：高精度絕對壓力表(指示當前大氣壓)和真空壓力發(fā)生器(抽取高真空)。但是絕對真空是不存在的，即使壓力發(fā)生器性能最好也只是接近真空，而不可能達到絕對壓力為0的要求。這2種方法均存在系統(tǒng)誤差。

(2) 第3種方法與現(xiàn)有的校驗方法相同，必須具備的條件有：高精度絕對壓力表(指示當前大氣壓)，實現(xiàn)起來簡單可行，系統(tǒng)誤差可控。

(3) 這3種方法最終在DCS系統(tǒng)中顯示為排氣壓力值，即絕對壓力值，而不是通常的相對真空。但在大氣壓變化的情況下，相對于排汽溫度的對比需要，相對真空是沒有意義的數(shù)值。如果想顯示標準大氣壓下的相對真空，可在DCS組態(tài)中設(shè)置量程為4～20 mA，對應(yīng)：修正值101.325 kPa，或者將顯示組態(tài)修改為：顯示值-101.325 kPa。

(4) 以上各方法的重點是確保變送器測量的數(shù)值是絕對壓力值，使排氣壓力與排氣溫度的對應(yīng)關(guān)系不受大氣壓力變化影響，從而具備分析價值。

4 汽輪機真空監(jiān)測設(shè)備配置

汽輪機真空監(jiān)測設(shè)備配置有以下幾種方案。

(1) 采用相對真空變送器監(jiān)測的電廠，需增加機組側(cè)絕對壓力變送器用于測量當前大氣壓。真空變送器校驗時采用無表計校驗法，但需記下校驗時的大氣壓值，然后在DCS中用當前大氣壓與校驗時大氣壓的差值修正測量值。這種條件下對校驗臺無特殊要求，每次檢修需對真空變送器和絕對壓力變送器同時進行校驗，以保證真空測量的精度。標準室需同時配備真空標準表、絕對壓力標準表和真空校驗臺。

(2) 采用絕對壓力變送器監(jiān)測的電廠，根據(jù)真空標準表量程修正法的需要進行配置：現(xiàn)場監(jiān)測使用的絕對壓力變送器、標準室配置絕對壓力標準表、真空校驗臺。此方案為推薦方案。

(3) 在真空校驗臺的選用上，很多電廠反映無法抽取真空至-100 kPa，其原因可能是真空設(shè)備的極限真空太低，也可能是大氣壓本身就不足100 kPa。因此，選用真空校驗臺，除了關(guān)注極限真空外，還需關(guān)注滿足校驗要求的最大真空值處的穩(wěn)壓性能。

(4) 對采用絕對壓力變送器檢測的電廠，若采用標準絕對壓力表直接校驗法進行設(shè)備校驗，則建議在標準室配置專門用于校驗絕對壓力設(shè)備的分子泵類真空校驗臺，但這樣也會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，最好采用標準絕對壓力表對真空零點進行修正。

5 后續(xù)措施和建議

建議電廠采購絕對壓力變送器用于真空監(jiān)測，標準室采用高精度的標準絕對壓力表用于真空變送器校驗，并按照標準絕對壓力表直接校驗的操作規(guī)程完善檢修規(guī)程。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，各電廠真空監(jiān)測設(shè)備的配置和校驗存在各種問題，JJG882—2004《壓力變送器檢定規(guī)程》也沒有關(guān)于真空監(jiān)測設(shè)備的規(guī)范說明。電廠汽輪機真空是汽輪機安全運行和經(jīng)濟性分析的重要參數(shù)，有必要對其監(jiān)測進行規(guī)范。

1 杜水友，李東升，王小娜．壓力變送器示值誤差測量不確定度評定[J]．計量技術(shù)，2005(7)．

2 彭博偉．600 MW機組真空擾動原因分析與防范措施[J]．電力安全技術(shù)，2014(2)．

2014-11-06。

李 杰(1979-)，男，工程師，主要從事電廠熱工技術(shù)管理工作，email：13563570063@163.com。

劉俊峰(1978-)，男，工程師，主要從事電廠熱工技術(shù)檢修相關(guān)工作。