李 杰，劉俊峰

（華能聊城熱電有限公司，山東 聊城 252041）

汽輪機(jī)真空監(jiān)測(cè)設(shè)備配置及校驗(yàn)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(cè)設(shè)備的現(xiàn)狀，針對(duì)各電廠汽輪機(jī)真空監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置和校驗(yàn)差異較大的情況，研究了電廠汽輪機(jī)真空監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置，介紹了3種校驗(yàn)措施，并對(duì)電廠汽輪機(jī)真空參數(shù)的檢測(cè)設(shè)備配置和校驗(yàn)提出了標(biāo)準(zhǔn)化建議。

汽輪機(jī)真空；絕壓測(cè)量；真空校驗(yàn)

現(xiàn)有汽輪機(jī)設(shè)備的真空監(jiān)測(cè)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(kāi)關(guān)來(lái)配置。長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)組真空值(或者排汽壓力)與排汽溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系不正確，而對(duì)變送器和溫度元件進(jìn)行校驗(yàn)復(fù)裝后還是不能取得正確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此問(wèn)題一般通過(guò)對(duì)變送器量程進(jìn)行修正來(lái)解決，而修正量通過(guò)湊值法確定。為了獲得精確的凝汽器真空測(cè)量值，需要從變送器校驗(yàn)方法來(lái)分析和解決，并對(duì)設(shè)備配置和校驗(yàn)流程進(jìn)行規(guī)范。

1 真空監(jiān)測(cè)設(shè)備校驗(yàn)現(xiàn)狀

大多數(shù)電廠的真空監(jiān)測(cè)設(shè)備校驗(yàn)過(guò)程，無(wú)論是采用差壓變送器還是絕對(duì)壓力變送器，一般都采用差壓式校驗(yàn)方法。即，以大氣壓強(qiáng)為參考量，通過(guò)測(cè)試壓差的方法來(lái)校驗(yàn)和設(shè)定變送器的上下限值。

盡管某些差壓式校驗(yàn)方法沿用了絕對(duì)壓力儀表的校準(zhǔn)程序，但仍然無(wú)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(lèi)似情況。同時(shí)使用就地真空儀表、DCS用壓力變送器、真空壓力開(kāi)關(guān)等設(shè)備，將造成多種真空度計(jì)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(cè)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(yàn)流程：

(1) 置標(biāo)準(zhǔn)表(真空表)示值為0；

(2) 抽真空至標(biāo)準(zhǔn)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(duì)空狀態(tài)下(標(biāo)準(zhǔn)表示值為0)設(shè)定變送器輸出為20 mA；

(4) 在DCS中設(shè)定測(cè)點(diǎn)量程為4～20 mA對(duì)應(yīng)-100 kPa～0。

從嚴(yán)格意義上說(shuō)，按此流程校驗(yàn)的變送器示值并不是真空度值，而是一個(gè)壓差值(相對(duì)于校驗(yàn)時(shí)大氣壓的差值)，相當(dāng)于規(guī)定絕對(duì)真空對(duì)應(yīng)為-100 kPa相對(duì)壓力，大氣壓力下相對(duì)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(dòng)和變化，所以實(shí)際應(yīng)用中的示值和真實(shí)值無(wú)法對(duì)應(yīng)，也無(wú)法和排汽溫度對(duì)應(yīng)。

也有一部分電廠采用絕對(duì)壓力變送器進(jìn)行真空或者排汽壓力的監(jiān)測(cè)。對(duì)這種設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，利用高精度絕對(duì)壓力標(biāo)準(zhǔn)表對(duì)校驗(yàn)點(diǎn)(除絕對(duì)壓力0外)進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)校驗(yàn)點(diǎn)的線性來(lái)判斷校驗(yàn)結(jié)果是否合格。按照這種方法，變送器零點(diǎn)不予校驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)線性不合格或者零點(diǎn)偏移嚴(yán)重，就需復(fù)位變送器或者返廠進(jìn)行處理。

2 汽輪機(jī)真空及測(cè)量要求

當(dāng)容器中的壓力低于大氣壓力時(shí)，低于大氣壓力的部分是真空，即P真空=P標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)-P絕對(duì)壓強(qiáng)。

汽輪機(jī)真空即凝汽器真空，它是汽輪機(jī)運(yùn)行的重要指標(biāo)，是反映凝汽器綜合性能的一項(xiàng)主要考核指標(biāo)。影響機(jī)組真空的因素主要有凝汽器傳熱情況，真空系統(tǒng)嚴(yán)密性情況，冷卻水的溫度、流量，機(jī)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(xí)慣描述“汽輪機(jī)真空為-96 kPa為最佳真空”，此處的-96 kPa是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的相對(duì)真空值，而不是表壓力值。結(jié)合大部分真空變送器的校驗(yàn)現(xiàn)狀，在實(shí)際大氣壓下校準(zhǔn)的真空變送器顯示的真空是相對(duì)真空，與絕對(duì)真空存在偏差。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，要分析汽輪機(jī)真空相關(guān)的經(jīng)濟(jì)性，使用“排氣壓力”、“絕對(duì)壓力”等會(huì)更明確，而不會(huì)產(chǎn)生歧義。

3 汽輪機(jī)真空測(cè)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(zhǔn)確即可。因此，理想狀態(tài)下的規(guī)范示值標(biāo)定方法是：當(dāng)被測(cè)容器中氣體壓強(qiáng)從環(huán)境大氣壓逐漸變化到0時(shí)，對(duì)應(yīng)的示值從0變化到-101.325 kPa(當(dāng)環(huán)境大氣壓等于1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣壓時(shí))，輸出4～20 mA信號(hào)。要實(shí)現(xiàn)常規(guī)校驗(yàn)設(shè)備下的絕對(duì)壓力精確指示，需要對(duì)測(cè)量設(shè)備和校驗(yàn)流程都進(jìn)行規(guī)范，從而得到精確的測(cè)量結(jié)果。

調(diào)查各廠現(xiàn)有的真空變送器校驗(yàn)流程，大多忽略了大氣壓力對(duì)變送器量程的影響，即變送器校驗(yàn)時(shí)是以當(dāng)前大氣壓作為基準(zhǔn)的。當(dāng)使用時(shí)，大氣壓發(fā)生變化后，真空的基準(zhǔn)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(yàn)汽輪機(jī)真空校驗(yàn)設(shè)備，需要解決2個(gè)問(wèn)題。

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

(2) 要解決絕對(duì)真空零點(diǎn)的校驗(yàn)問(wèn)題，確保汽輪機(jī)真空變送器的量程可直接校驗(yàn)，從而使校驗(yàn)結(jié)果可控。

3.1 變送器修正后的校驗(yàn)措施

為消除大氣壓力變化對(duì)變送器校驗(yàn)的影響，應(yīng)認(rèn)真分析變送器校驗(yàn)過(guò)程，修正校驗(yàn)方法。

3.1.1 無(wú)表計(jì)校驗(yàn)法

無(wú)表計(jì)校驗(yàn)法僅需絕對(duì)壓力表提供大氣壓值，其校驗(yàn)步驟如下：

(1) 置標(biāo)準(zhǔn)表示值為0，記下當(dāng)前大氣壓值(即絕對(duì)真空值X)；

(2) 抽真空至絕對(duì)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(duì)空狀態(tài)下(絕對(duì)壓力表示值為當(dāng)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(cè)點(diǎn)量程設(shè)置為4～20 mA對(duì)應(yīng)0～XkPa；X為校驗(yàn)時(shí)記下的大氣壓力值，即對(duì)真空測(cè)點(diǎn)按照變送器測(cè)量的的校驗(yàn)絕對(duì)壓力進(jìn)行設(shè)置，則測(cè)量值為絕對(duì)壓力值，即排汽壓力。

3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)壓力表直接校驗(yàn)法

標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)壓力表直接校驗(yàn)法的步驟如下：

(1) 當(dāng)前大氣壓下，記下標(biāo)準(zhǔn)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(duì)真空，即絕對(duì)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(cè)點(diǎn)量程設(shè)置為4～20 mA對(duì)應(yīng)0～XkPa；測(cè)點(diǎn)按照變送器測(cè)量的校驗(yàn)絕對(duì)壓力進(jìn)行設(shè)置，則測(cè)量值為絕對(duì)壓力值，即排汽壓力。

3.1.3 真空標(biāo)準(zhǔn)表量程修正法

真空標(biāo)準(zhǔn)表量程修正法的步驟如下：

(1) 置標(biāo)準(zhǔn)真空表示值為0，記下當(dāng)前大氣壓值(即絕對(duì)真空值X)；

(2) 抽真空至標(biāo)準(zhǔn)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(duì)空狀態(tài)下(標(biāo)準(zhǔn)表示值為0)，設(shè)定變送器輸出為20 mA。對(duì)變送器量程進(jìn)行負(fù)向修正，修正值為X-98 kPa;

(4) 變送器復(fù)裝后將DCS測(cè)點(diǎn)量程設(shè)置為4～20 mA對(duì)應(yīng)0～YkPa，則測(cè)量值為絕對(duì)壓力值，即排汽壓力。

3.1.4 3種校驗(yàn)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(duì)壓力表(指示當(dāng)前大氣壓)和真空壓力發(fā)生器(抽取高真空)。但是絕對(duì)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(dá)到絕對(duì)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(yàn)方法相同，必須具備的條件有：高精度絕對(duì)壓力表(指示當(dāng)前大氣壓)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)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(duì)壓力值，而不是通常的相對(duì)真空。但在大氣壓變化的情況下，相對(duì)于排汽溫度的對(duì)比需要，相對(duì)真空是沒(méi)有意義的數(shù)值。如果想顯示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的相對(duì)真空，可在DCS組態(tài)中設(shè)置量程為4～20 mA，對(duì)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(diǎn)是確保變送器測(cè)量的數(shù)值是絕對(duì)壓力值，使排氣壓力與排氣溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系不受大氣壓力變化影響，從而具備分析價(jià)值。

4 汽輪機(jī)真空監(jiān)測(cè)設(shè)備配置

汽輪機(jī)真空監(jiān)測(cè)設(shè)備配置有以下幾種方案。

(1) 采用相對(duì)真空變送器監(jiān)測(cè)的電廠，需增加機(jī)組側(cè)絕對(duì)壓力變送器用于測(cè)量當(dāng)前大氣壓。真空變送器校驗(yàn)時(shí)采用無(wú)表計(jì)校驗(yàn)法，但需記下校驗(yàn)時(shí)的大氣壓值，然后在DCS中用當(dāng)前大氣壓與校驗(yàn)時(shí)大氣壓的差值修正測(cè)量值。這種條件下對(duì)校驗(yàn)臺(tái)無(wú)特殊要求，每次檢修需對(duì)真空變送器和絕對(duì)壓力變送器同時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)，以保證真空測(cè)量的精度。標(biāo)準(zhǔn)室需同時(shí)配備真空標(biāo)準(zhǔn)表、絕對(duì)壓力標(biāo)準(zhǔn)表和真空校驗(yàn)臺(tái)。

(2) 采用絕對(duì)壓力變送器監(jiān)測(cè)的電廠，根據(jù)真空標(biāo)準(zhǔn)表量程修正法的需要進(jìn)行配置：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)使用的絕對(duì)壓力變送器、標(biāo)準(zhǔn)室配置絕對(duì)壓力標(biāo)準(zhǔn)表、真空校驗(yàn)臺(tái)。此方案為推薦方案。

(3) 在真空校驗(yàn)臺(tái)的選用上，很多電廠反映無(wú)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(yàn)臺(tái)，除了關(guān)注極限真空外，還需關(guān)注滿(mǎn)足校驗(yàn)要求的最大真空值處的穩(wěn)壓性能。

(4) 對(duì)采用絕對(duì)壓力變送器檢測(cè)的電廠，若采用標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)壓力表直接校驗(yàn)法進(jìn)行設(shè)備校驗(yàn)，則建議在標(biāo)準(zhǔn)室配置專(zhuān)門(mén)用于校驗(yàn)絕對(duì)壓力設(shè)備的分子泵類(lèi)真空校驗(yàn)臺(tái)，但這樣也會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，最好采用標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)壓力表對(duì)真空零點(diǎn)進(jìn)行修正。

5 后續(xù)措施和建議

建議電廠采購(gòu)絕對(duì)壓力變送器用于真空監(jiān)測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)室采用高精度的標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)壓力表用于真空變送器校驗(yàn)，并按照標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)壓力表直接校驗(yàn)的操作規(guī)程完善檢修規(guī)程。

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，各電廠真空監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置和校驗(yàn)存在各種問(wèn)題，JJG882—2004《壓力變送器檢定規(guī)程》也沒(méi)有關(guān)于真空監(jiān)測(cè)設(shè)備的規(guī)范說(shuō)明。電廠汽輪機(jī)真空是汽輪機(jī)安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性分析的重要參數(shù)，有必要對(duì)其監(jiān)測(cè)進(jìn)行規(guī)范。

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

2 彭博偉．600 MW機(jī)組真空擾動(dòng)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。