漢川電廠汽包水位測量存在的問題分析及改進

陳節濤,肖 波,卓旭升,吳爾夫

(1.國電漢川發電有限公司，湖北 漢川 31614；2.武漢工程大學，湖北 武漢 430205）

0 引言

目前漢川電廠300 MW機組主要有就地云母水位計、磁性翻板水位計、電接點水位計、差壓式水位測量裝置四種不同的水位測量裝置。就其應用而言，云母水位計、磁性翻板水位計屬于就地顯示儀表，具有"眼見為實"的特點，通過攝像頭等手段可以實現將就地翻版水位實時遠傳，在DCS集控室中的大屏上顯示出來，用以提醒運行人員。電接點水位計屬于遠方顯示儀表，在大修后首次上水差壓水位計未投運正常前，運行人員結合翻版水位計用來監視汽包水位。差壓式水位測量裝置用于遠傳顯示和實現汽包水位的自動控制，分別對汽包兩側的3個差壓式汽包水位測量信號取中值后再通過在DCS中高、低選后，用作汽包水位高低MFT保護信號。差壓式水位測量裝置具有測量精度上的優勢，其較前幾種測量裝置精確得多，漢川電廠目前使用的汽包水位測量差壓變送器的精度為0.25級，即在測量1 000 mm水位時的誤差只有2.5 mm。

1 差壓式水位測量裝置工作原理與壓力補償

1.1 差壓式水位測量裝置的工作原理

以漢川電廠鍋爐汽包水位測量為例，圖1為其差壓式水位測量裝置組成簡圖。差壓式水位測量裝置主要組成部分為連通管、平衡容器、引壓管、差壓變送器。

圖1 差壓式水位測量裝置Fig.1 Differential pressure water level measurement

正壓測取樣管，汽包內的飽和蒸汽在凝結球(平衡容器)內不斷散熱凝結，平衡容器內的液面總是保持恒定，所以正壓管內的水柱高度是恒定的。負壓測取樣管的水柱高度則隨著汽包實際水位H而變化，因此可以通過正負壓的差壓信號來測量汽包水位。

由式（1）可知，當平衡容器的安裝結構一定（即L確定)、汽包壓力一定（ρw、ρs確定）及ρ1一定的條件下，正負壓管的差壓輸出△p與汽包水位H呈反向線性關系，即水位越低，差壓越大。

1.2 DCS中實現汽包壓力的補償

令上式中的f1(P)=(ρ1-ρs)g，f2(P)=(ρw-ρs)g

汽包壓力P與密度差的關系，可用幾段折線來更好地逼近

（4）、（5）、（6）式中：

H—容器水位；

ρ1—平衡容器中水的密度；

ρw—汽包壓力下飽和水的密度；

ρs—汽包壓力下飽和汽的密度；

H0—汽包水位的0位與負壓側取樣管間的高度差；

L—平衡容器正壓側與負壓側取樣管間的高度差。

圖2 汽包壓力補償DCS實現Fig.2 Implementation of Drum pressure compensation in DCS

經過汽包壓力對密度補償后的汽包水位，比單純使用差壓式水位測量裝置測量出來的汽包水位更加接近汽包水位的實際值。

2 差壓式水位測量裝置安裝和投運注意事項

2.1 差壓式水位測量裝置安裝注意事項

（1）每個水位測量裝置都應有獨立的取樣孔，對水位補償的汽包壓力測點也應相互獨立。

（2）測量裝置安裝時均應以汽包同一端的幾何中心線為基準線。

（3）水位測量裝置的取樣一次門、二次門應使閥桿處于水平位置。

（4）安裝汽水側取樣管時，應保證管道的傾斜度不小于100：1.對于汽側取樣管應使取樣孔側低，對于水側取樣管應使取樣孔側高。

（5）平衡容器及容器下部形成的參比水柱的管道不得保溫。

（6）引到差壓變送器的兩根取樣管道應平行輻射共同保溫，并根據需要采取防凍措施（加伴熱），但在任何情況下，伴熱措施不應引起正、負壓側取樣管介質產生溫差。

2.2 差壓式水位測量裝置投運時的注意事項

（1）檢修后，變送器投運前，汽包測量管道到平衡容器的一次門開，平衡容器到變送器的一次門開、二次門關，差壓變送器三閥組平衡門開。汽包上水時，開汽包頂部的排空氣門，上水至汽包排空氣門有水漫出。

（2）打開差壓式水位測量裝置底部的排污門進行排污，待出水無污漬、出水均勻、無排空氣的急促聲音，關閉差壓式水位測量裝置底部的排污門。

（3）打開差壓式水位測量管道正、負壓側的排污門進行排污，待出水無污漬、出水均勻、無排空氣的急促聲音，關閉差壓式水位測量管道正、負壓側的排污門。

（4）打開差壓式水位測量管道負壓側的二次門，打開差壓變送器三閥組的負壓側二次門，打開差壓變送器三閥組的負壓側排污口，對變送器負壓側（水側）進行排污。待出水無污漬、出水均勻、無排空氣的急促聲音，關閉差壓變送器三閥組的負壓側排污口，關閉差壓變送器三閥組的負壓側二次門。

（5）打開差壓式水位測量管道正壓側的二次門，打開差壓變送器三閥組的正壓側二次門，打開差壓變送器三閥組的正壓側排污口，對變送器正壓側（汽側）進行排污。待出水無污漬、出水均勻、無排空氣的急促聲音，關閉差壓變送器三閥組的正壓側排污口，打開差壓變送器三閥組的負壓側排污口，待出水無污漬、出水均勻、無排空氣的急促聲音，關閉差壓變送器三閥組的負壓側排污口。

（6）打開差壓變送器三閥組的負壓側二次門，關閉差壓變送器三閥組的平衡門，變送器投入運行。

此過程只適用于檢修后汽包水位測量裝置投運，在平時機組運行或鍋爐已起壓過程中不適用，機組運行或鍋爐已起壓后水位顯示不正常，只能開差壓變送器三閥組的平衡門后關閉，待汽側水位凝結正常后，水位顯示就正常了。

3 漢川電廠汽包水位測量出現過的問題及解決措施

3.1 存在的問題

（1）測量偏差。對同一水位不同測量變送器的示值有較大區別，兩側的顯示偏差高達60 mm，即便是同側偏差有時也高達幾十mm，且當機組負荷變化時偏差也不同，其規律不易找出。一次機組A修機會，聯系機務、運行專業，利用U型管，以汽包的幾何中心線為零點，對比兩側汽包測量筒的幾何中心線，發現兩側相差15 mm。分析汽包兩側汽包水位測量筒的取樣位置和鍋爐配備的3臺爐水循環泵的位置，結合歷史趨勢發現，測量變送器顯示的示值與爐水循環泵運行的方式也有關系，運行的爐水循環泵側的汽包水位一般會偏低。

（2）測量孔的共用。原始汽包提供的取樣孔較少，因此實際電廠中B側汽包水位差壓變送器與電接點水位計共用取樣孔，僅采用二次門進行隔離，且B側汽包水位2臺差壓變送器也是采用共用取樣筒。存在的共用取樣孔和平衡容器的情況，沒有做到相互獨立。

（3）對汽包水位測量信號的分析是在模擬量控制系統中，水位保護邏輯在爐膛安全監視系統中，汽包水位測量信號三取中值后經高、低選之后送出開關量信號，用來作為汽包水位高、低MFT保護。兩者位于不同的DPU中，信號傳輸采用的是網絡通訊的方式進行，從安全性的角度，減少了信號處理的可靠度。

3.2 原因分析

平衡容器引出管內水溫梯度的存在和環境溫度的變化，從而導致參比水柱密度變化的不確定性，是使測量示值產生偏差的主要原因。

對汽包壓力的補償未能做到全程補償，而是采用多段折線方式進行，因此在消除汽包壓力變化對介質密度影響的同時，又會不可避免地引入一定的附加誤差。

變送器校驗時，未將變送器中殘存的水處理干凈，就進行零點或量程遷移，其結果也會帶來附加的誤差。

變送器安裝時，未將變送器兩側裝平，取樣管道一側高、一側低，其結果也會帶來附加的誤差。

排污門、排污口、管路泄漏。因為汽包水位測量量程相對較小，滲漏對測量結果的影響較靈敏。在新換測量管道后，要特別關注焊接口，以防沙眼或裂紋。排污門除關注閥門質量外，盡量采用兩個門串聯安裝，以提高可靠性。[1]

3.3 解決措施

引起測量偏差的因素和原因有很多，由于測量原理、測量環境變化上、運行方式上造成的誤差不可避免，可以通過手段來努力減小測量偏差。[2]

（1）更換內置式平衡容器，來克服水溫梯度的存在和環境溫度的變化引起參比水柱密度變化的不確定性。在未更換內置式平衡容器前，在汽包水位計算公式中引入參比水柱的平均溫度補償，能夠實現不同的環境溫度下的補償。

（2）汽包水位多測孔接管專利的實際應用，圓滿解決信號取樣的獨立性要求，不用在汽包上從新開孔而增加水位測孔。

（3）利用檢修汽包人孔門開啟的機會，對照汽包內水痕跡，核對汽包水位的零位值偏差并進行修正。

（4）變送器安裝完畢，打開變送器三閥組平衡門，測量電流值，確保位于4 mA附近，沒有零點漂移。

4 結語

汽包水位測量的準確性和可靠性是實現汽包水位自動控制的前提，是防止汽包滿水、缺水，防止汽輪機進水的重要保證。正確地安裝、及時地檢修維護、存在的問題及時解決、及時排除故障，是汽包水位測量能夠長周期可靠運行的保證。

[參考文獻]（References）

[1]孫長生,蔣健,劉衛國,等.浙江省火電廠鍋爐汽包水位測量問題分析及改進[J].電力建設,2010,(10)：56-60.SUN Changsheng,JIANG Jian,LIU Weiguo,et al.Analysis on the problems in drum water level measurement of Zhejiang thermal power plants[J].Electric Power Construction,,2010,(10)：56-60.

[2]侯子良，劉吉川.鍋爐汽包水位測量系統[M].北京：中國電力出版社，2006.HOU Ziliang,LIU Jichuan.Drum waterlevelmeasurement system[M].Beijing：China Power Press,2006.