孟祥　李運(yùn)明

摘 要：保持鍋爐汽包水位在正常范圍是鍋爐運(yùn)行的一項重要的安全指標(biāo)。豫新發(fā)電公司#6、7機(jī)組鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)自2005年投運(yùn)以來，基本可滿足機(jī)組正常使用，但是在使用過程中由于改造、維護(hù)不當(dāng)曾造成過汽包水位測量偏差大、波動大，三組水位計之間顯示誤差大等情況，嚴(yán)重影響了鍋爐運(yùn)行的安全性。本文結(jié)合豫新發(fā)電公司300MW機(jī)組水位測量系統(tǒng)，淺析了汽包水位測量系統(tǒng)原理和一些維護(hù)過程中遇到的具體問題處理。

關(guān)鍵詞：汽包；水位；差壓；電接點(diǎn)；云母

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、豫新發(fā)電公司汽包水位測量系統(tǒng)簡介

豫新發(fā)電公司使用武漢鍋爐廠生產(chǎn)的WGZ1070/17.5—6自然循環(huán)式鍋爐。目前汽包水位檢測系統(tǒng)包括4臺差壓式水位計（一臺內(nèi)置、3臺外置）、兩臺電接點(diǎn)水位計、兩臺云母水位計。其中差壓式水位計引入DCS系統(tǒng)，采用三取中水位保護(hù)（另一臺差壓水位計備用，也供試驗時使用）。電接點(diǎn)水位計一側(cè)測量高液位（-300mm～+1000mm）、一側(cè)測量正常液位（-300mm～+300mm），通過電纜引入集控室監(jiān)控盤，通過聲光進(jìn)行顯示、報警。云母水位計通過監(jiān)控電視傳輸?shù)郊厥冶O(jiān)控盤。

二、水位測量原理

1.差壓式水位計

差壓式水位計是通過把水位高度的變化轉(zhuǎn)換成差壓的變化來測量水位的（如圖1所示），因此，其測量儀表就是差壓計。差壓式水位計準(zhǔn)確測量汽包水位的關(guān)鍵是水位與差壓之間的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換是通過平衡容器形成參比水柱來實現(xiàn)的。豫新發(fā)電公司兩臺機(jī)組汽包差壓水位計各由一臺內(nèi)置，3臺外置單室平衡容器測量裝置組成。

1.1 外置式

正負(fù)壓管輸出的壓差值△P按下式計算：

△P=P+-P-=L（ρa(bǔ)-ρs）g-H（ρw-ρs）g

式中：

ρa(bǔ)——參比水柱（正壓側(cè)）的密度；ρw——汽包內(nèi)飽和水密度；ρs——汽包內(nèi)飽和蒸汽密度；H——汽包內(nèi)實際水位。

由上式可以看出，如果ρa(bǔ)、ρw近似相等，就能看出△P和L、H之間的關(guān)系：差壓越大，汽包水位（H）越低。反之，水位越高。

但在測量時主要存在兩個問題，會造成偏差：

（1）平衡容器會向外散熱，凝汽筒中水溫不可能和汽包內(nèi)完全相同，所以密度就不會相同。（2）汽包壓力變化時，密度會發(fā)生顯著變化。

消除誤差的方法有兩種：

（1）對變送器輸入信號引入壓力補(bǔ)償。（目前，基本所有300MW電廠均采用此種方法）。（2）改進(jìn)平衡容器的結(jié)構(gòu)，消除誤差。（豫新電廠#1測點(diǎn)即改造成內(nèi)置式，誤差降低、抗擾動能力增強(qiáng)，仍需補(bǔ)償。）

1.2 內(nèi)置式

為提高測量精度，保證機(jī)組安全運(yùn)行，豫新電廠#2、3、4測點(diǎn)為外置式，#1測點(diǎn)由河南省電力試驗研究院提供方案，在2008年#7機(jī)組B修過程中改造為內(nèi)置式。

平衡容器內(nèi)置后，正負(fù)壓側(cè)受汽包壓力影響明顯降低，提高了測量精度。在改造過程中落實了汽包水位以汽包中心線以下50mm為額定零水位的運(yùn)行要求。各水位測量系統(tǒng)按照實際測量的量程和位置高度設(shè)定有關(guān)參數(shù)，并對各DCS模塊參數(shù)分別設(shè)定。

2.云母式水位計

豫新發(fā)電公司采用低偏差云母水計，是基于聯(lián)通管式原理，輔以光學(xué)系統(tǒng)，利用光從空氣進(jìn)入蒸汽或水產(chǎn)生不同的折射，使汽水界面顯示成紅、綠兩色的分界面，顯示清晰，利用工業(yè)電視遠(yuǎn)傳顯示。由光源發(fā)出的紅、綠光，射向水位計本體液腔。在腔內(nèi)汽相部分，紅光射向正前方，而綠光斜射到壁上被吸收。而在腔內(nèi)液相部分，由于水的折射使綠光射向正前方，而紅光斜射到壁上。因此在正前方觀察，顯示汽紅水綠。

3.電極水位計

電極（電接點(diǎn)）汽包水位測量裝置也是一種基于聯(lián)通管式原理的測量裝置，與云母水位計不同之處在于測量筒內(nèi)有一系列組成測量標(biāo)尺的電極，由于汽、水電導(dǎo)率的很大差別，造成處于汽和水中的電極電阻值有很大差別，以此來判斷水位高度，遠(yuǎn)傳儀表也是以汽紅水綠顯示。階躍式顯示是電極水位計的固有特性，為了滿足運(yùn)行監(jiān)視要求，在常用監(jiān)視段（±100mm）內(nèi)電極設(shè)置密集些，如高液位測量筒其電極位置設(shè)置為：0、±15、±30、±50、±75、±100、±150、±200、±250、±300mm。電極在測量筒上按120°分布，為了防止電極的極化作用，需采用交流電源，一端接電極芯，另一端接測量筒體的公共電極。

三、豫新發(fā)電公司水位測量系統(tǒng)保護(hù)配置

1.鍋爐汽包水位控制（#2DPU）和保護(hù)系統(tǒng)（#9DPU）獨(dú)立配置冗余的控制器，最大限度地減少故障風(fēng)險，降低故障停爐率。

2.鍋爐汽包水位控制分別取自3個獨(dú)立的差壓變壓器信號，分別通過3個獨(dú)立的輸入/輸出（I/O）模件，引入DCS，經(jīng)三取中邏輯判斷后用于控制。

3.鍋爐汽包水位保護(hù)分別取自3個獨(dú)立的差壓式水位測量裝置（當(dāng)采用6套配置時）的信號，分別通過3個獨(dú)立的I/O模件，引入DCS的冗余控制器，經(jīng)三取中邏輯判斷后用于保護(hù)。并將3個模擬信號與設(shè)定值比較轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號，而后經(jīng)三取二邏輯用于保護(hù)。

4.每個汽包水位信號補(bǔ)償用的汽包壓力變送器分別獨(dú)立配置，并分別與對應(yīng)汽包水位信號在同一個I/O模件上引入DCS控制器。

5.進(jìn)入DCS的汽包水位測量信號設(shè)置包括量程范圍、變化速率等壞信號檢查剔除手段。

四、水位測量系統(tǒng)維護(hù)中出現(xiàn)一些問題和注意事項

1.汽包水位測量裝置應(yīng)定期利用停爐機(jī)會根據(jù)汽包內(nèi)水痕跡或其他有效的方法核對水位表（計）的零位值。鍋爐啟動時應(yīng)以電極式汽包水位測量裝置為主要監(jiān)視儀表；鍋爐正常運(yùn)行中應(yīng)經(jīng)常核對各個汽包水位測量裝置間的示值偏差，當(dāng)偏差超過30mm時應(yīng)盡快找出原因，進(jìn)行消除。

2.管路應(yīng)敷設(shè)在環(huán)境溫度為5℃～50℃的范圍內(nèi)，否則應(yīng)有防凍或隔熱措施。水位測量管路不應(yīng)靠近熱表面，其正、負(fù)壓管的環(huán)境溫度應(yīng)一致。因為水位測量差壓較小，如果測量管路靠近熱表面，或兩根差壓管受環(huán)境溫度影響不一致，會引起正、負(fù)壓管內(nèi)水柱有溫度差，使密度不一樣而產(chǎn)生測量誤差。特別是其中一根管離介質(zhì)流動的熱管路過近時，將使正、負(fù)壓測量管內(nèi)介質(zhì)密度所引起的差壓值大于測量的差壓值，而無法進(jìn)行測量。在冬季應(yīng)該提前檢修伴熱帶、保溫柜以及管路保溫情況，及時修復(fù)。豫新電廠就出現(xiàn)過因為管路上凍，造成水位波動大的情況。

3.由于汽包水位測量系統(tǒng)使用的閥門多為高壓截止閥，其閥門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是低進(jìn)高出，閥門進(jìn)、出水口不在同一個水平面上，為防止儀表取樣發(fā)生“汽塞”或“水塞”，所以在安裝水位測量裝置取樣閥門時，應(yīng)使閥門閥桿處于水平位置，且應(yīng)良好保溫。

4.在進(jìn)行水位變送器校驗時，一定要注意保證參比水柱不能流失，如果水柱流失，則需要在啟動鍋爐時應(yīng)結(jié)合汽包上水對平衡容器進(jìn)行上水，否則會造成水位變送器無法測量。筆者在某電廠1000MW機(jī)組檢修時，在對除氧器水位變送器校驗時，因為將參比水柱流失，造成啟動時水位無法監(jiān)視，只能由值班人員通過就地水位計觀測，后來經(jīng)過多次對平衡容器倒灌，水位變送器才恢復(fù)使用。

5.水位變送器排污門泄漏，也是造成水位偏高（負(fù)壓側(cè)漏）或偏低（正壓側(cè)漏）的主要原因。出現(xiàn)此種情況之后，可以通過短暫排污再迅速關(guān)排污門的方法，如果排污門里有雜質(zhì)，通過此種方法可以消除泄漏。否則只能加裝或更換排污門。

結(jié)語

由于負(fù)荷、燃燒工況及給水流量的變化，汽包水位會經(jīng)常變化：水位過高或急劇波動會引起蒸汽品質(zhì)惡化和帶水，造成受熱面結(jié)鹽，嚴(yán)重時會導(dǎo)致汽輪機(jī)水沖擊振動、葉片損壞；水位過低會引起排污失效，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。所以，掌握水位（表）計的工作原理并根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取正確的調(diào)整及檢修方法，是運(yùn)行和檢修人員保持鍋爐汽包水位在正常范圍內(nèi)的重要手段。

參考文獻(xiàn)

[1]侯子良.鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2005（6）：245-246.