陳節(jié)濤,肖 波,卓旭升,吳爾夫

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

0 引言

目前漢川電廠300 MW機(jī)組主要有就地云母水位計(jì)、磁性翻板水位計(jì)、電接點(diǎn)水位計(jì)、差壓式水位測(cè)量裝置四種不同的水位測(cè)量裝置。就其應(yīng)用而言，云母水位計(jì)、磁性翻板水位計(jì)屬于就地顯示儀表，具有"眼見為實(shí)"的特點(diǎn)，通過攝像頭等手段可以實(shí)現(xiàn)將就地翻版水位實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳，在DCS集控室中的大屏上顯示出來，用以提醒運(yùn)行人員。電接點(diǎn)水位計(jì)屬于遠(yuǎn)方顯示儀表，在大修后首次上水差壓水位計(jì)未投運(yùn)正常前，運(yùn)行人員結(jié)合翻版水位計(jì)用來監(jiān)視汽包水位。差壓式水位測(cè)量裝置用于遠(yuǎn)傳顯示和實(shí)現(xiàn)汽包水位的自動(dòng)控制，分別對(duì)汽包兩側(cè)的3個(gè)差壓式汽包水位測(cè)量信號(hào)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(hù)信號(hào)。差壓式水位測(cè)量裝置具有測(cè)量精度上的優(yōu)勢(shì)，其較前幾種測(cè)量裝置精確得多，漢川電廠目前使用的汽包水位測(cè)量差壓變送器的精度為0.25級(jí)，即在測(cè)量1 000 mm水位時(shí)的誤差只有2.5 mm。

1 差壓式水位測(cè)量裝置工作原理與壓力補(bǔ)償

1.1 差壓式水位測(cè)量裝置的工作原理

以漢川電廠鍋爐汽包水位測(cè)量為例，圖1為其差壓式水位測(cè)量裝置組成簡(jiǎn)圖。差壓式水位測(cè)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(cè)量裝置Fig.1 Differential pressure water level measurement

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

由式（1）可知，當(dāng)平衡容器的安裝結(jié)構(gòu)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(fù)壓管的差壓輸出△p與汽包水位H呈反向線性關(guān)系，即水位越低，差壓越大。

1.2 DCS中實(shí)現(xiàn)汽包壓力的補(bǔ)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(guān)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(fù)壓側(cè)取樣管間的高度差；

L—平衡容器正壓側(cè)與負(fù)壓側(cè)取樣管間的高度差。

圖2 汽包壓力補(bǔ)償DCS實(shí)現(xiàn)Fig.2 Implementation of Drum pressure compensation in DCS

經(jīng)過汽包壓力對(duì)密度補(bǔ)償后的汽包水位，比單純使用差壓式水位測(cè)量裝置測(cè)量出來的汽包水位更加接近汽包水位的實(shí)際值。

2 差壓式水位測(cè)量裝置安裝和投運(yùn)注意事項(xiàng)

2.1 差壓式水位測(cè)量裝置安裝注意事項(xiàng)

（1）每個(gè)水位測(cè)量裝置都應(yīng)有獨(dú)立的取樣孔，對(duì)水位補(bǔ)償?shù)钠鼔毫y(cè)點(diǎn)也應(yīng)相互獨(dú)立。

（2）測(cè)量裝置安裝時(shí)均應(yīng)以汽包同一端的幾何中心線為基準(zhǔn)線。

（3）水位測(cè)量裝置的取樣一次門、二次門應(yīng)使閥桿處于水平位置。

（4）安裝汽水側(cè)取樣管時(shí)，應(yīng)保證管道的傾斜度不小于100：1.對(duì)于汽側(cè)取樣管應(yīng)使取樣孔側(cè)低，對(duì)于水側(cè)取樣管應(yīng)使取樣孔側(cè)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(yīng)平行輻射共同保溫，并根據(jù)需要采取防凍措施（加伴熱），但在任何情況下，伴熱措施不應(yīng)引起正、負(fù)壓側(cè)取樣管介質(zhì)產(chǎn)生溫差。

2.2 差壓式水位測(cè)量裝置投運(yùn)時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）檢修后，變送器投運(yùn)前，汽包測(cè)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(guān)，差壓變送器三閥組平衡門開。汽包上水時(shí)，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(cè)量裝置底部的排污門進(jìn)行排污，待出水無污漬、出水均勻、無排空氣的急促聲音，關(guān)閉差壓式水位測(cè)量裝置底部的排污門。

（3）打開差壓式水位測(cè)量管道正、負(fù)壓側(cè)的排污門進(jìn)行排污，待出水無污漬、出水均勻、無排空氣的急促聲音，關(guān)閉差壓式水位測(cè)量管道正、負(fù)壓側(cè)的排污門。

（4）打開差壓式水位測(cè)量管道負(fù)壓側(cè)的二次門，打開差壓變送器三閥組的負(fù)壓側(cè)二次門，打開差壓變送器三閥組的負(fù)壓側(cè)排污口，對(duì)變送器負(fù)壓側(cè)（水側(cè)）進(jìn)行排污。待出水無污漬、出水均勻、無排空氣的急促聲音，關(guān)閉差壓變送器三閥組的負(fù)壓側(cè)排污口，關(guān)閉差壓變送器三閥組的負(fù)壓側(cè)二次門。

（5）打開差壓式水位測(cè)量管道正壓側(cè)的二次門，打開差壓變送器三閥組的正壓側(cè)二次門，打開差壓變送器三閥組的正壓側(cè)排污口，對(duì)變送器正壓側(cè)（汽側(cè)）進(jìn)行排污。待出水無污漬、出水均勻、無排空氣的急促聲音，關(guān)閉差壓變送器三閥組的正壓側(cè)排污口，打開差壓變送器三閥組的負(fù)壓側(cè)排污口，待出水無污漬、出水均勻、無排空氣的急促聲音，關(guān)閉差壓變送器三閥組的負(fù)壓側(cè)排污口。

（6）打開差壓變送器三閥組的負(fù)壓側(cè)二次門，關(guān)閉差壓變送器三閥組的平衡門，變送器投入運(yùn)行。

此過程只適用于檢修后汽包水位測(cè)量裝置投運(yùn)，在平時(shí)機(jī)組運(yùn)行或鍋爐已起壓過程中不適用，機(jī)組運(yùn)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(guān)閉，待汽側(cè)水位凝結(jié)正常后，水位顯示就正常了。

3 漢川電廠汽包水位測(cè)量出現(xiàn)過的問題及解決措施

3.1 存在的問題

（1）測(cè)量偏差。對(duì)同一水位不同測(cè)量變送器的示值有較大區(qū)別，兩側(cè)的顯示偏差高達(dá)60 mm，即便是同側(cè)偏差有時(shí)也高達(dá)幾十mm，且當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)偏差也不同，其規(guī)律不易找出。一次機(jī)組A修機(jī)會(huì)，聯(lián)系機(jī)務(wù)、運(yùn)行專業(yè)，利用U型管，以汽包的幾何中心線為零點(diǎn)，對(duì)比兩側(cè)汽包測(cè)量筒的幾何中心線，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)相差15 mm。分析汽包兩側(cè)汽包水位測(cè)量筒的取樣位置和鍋爐配備的3臺(tái)爐水循環(huán)泵的位置，結(jié)合歷史趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，測(cè)量變送器顯示的示值與爐水循環(huán)泵運(yùn)行的方式也有關(guān)系，運(yùn)行的爐水循環(huán)泵側(cè)的汽包水位一般會(huì)偏低。

（2）測(cè)量孔的共用。原始汽包提供的取樣孔較少，因此實(shí)際電廠中B側(cè)汽包水位差壓變送器與電接點(diǎn)水位計(jì)共用取樣孔，僅采用二次門進(jìn)行隔離，且B側(cè)汽包水位2臺(tái)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(dú)立。

（3）對(duì)汽包水位測(cè)量信號(hào)的分析是在模擬量控制系統(tǒng)中，水位保護(hù)邏輯在爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)中，汽包水位測(cè)量信號(hào)三取中值后經(jīng)高、低選之后送出開關(guān)量信號(hào)，用來作為汽包水位高、低MFT保護(hù)。兩者位于不同的DPU中，信號(hào)傳輸采用的是網(wǎng)絡(luò)通訊的方式進(jìn)行，從安全性的角度，減少了信號(hào)處理的可靠度。

3.2 原因分析

平衡容器引出管內(nèi)水溫梯度的存在和環(huán)境溫度的變化，從而導(dǎo)致參比水柱密度變化的不確定性，是使測(cè)量示值產(chǎn)生偏差的主要原因。

對(duì)汽包壓力的補(bǔ)償未能做到全程補(bǔ)償，而是采用多段折線方式進(jìn)行，因此在消除汽包壓力變化對(duì)介質(zhì)密度影響的同時(shí)，又會(huì)不可避免地引入一定的附加誤差。

變送器校驗(yàn)時(shí)，未將變送器中殘存的水處理干凈，就進(jìn)行零點(diǎn)或量程遷移，其結(jié)果也會(huì)帶來附加的誤差。

變送器安裝時(shí)，未將變送器兩側(cè)裝平，取樣管道一側(cè)高、一側(cè)低，其結(jié)果也會(huì)帶來附加的誤差。

排污門、排污口、管路泄漏。因?yàn)槠粶y(cè)量量程相對(duì)較小，滲漏對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較靈敏。在新?lián)Q測(cè)量管道后，要特別關(guān)注焊接口，以防沙眼或裂紋。排污門除關(guān)注閥門質(zhì)量外，盡量采用兩個(gè)門串聯(lián)安裝，以提高可靠性。[1]

3.3 解決措施

引起測(cè)量偏差的因素和原因有很多，由于測(cè)量原理、測(cè)量環(huán)境變化上、運(yùn)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(cè)量偏差。[2]

（1）更換內(nèi)置式平衡容器，來克服水溫梯度的存在和環(huán)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(nèi)置式平衡容器前，在汽包水位計(jì)算公式中引入?yún)⒈人钠骄鶞囟妊a(bǔ)償，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的環(huán)境溫度下的補(bǔ)償。

（2）汽包水位多測(cè)孔接管專利的實(shí)際應(yīng)用，圓滿解決信號(hào)取樣的獨(dú)立性要求，不用在汽包上從新開孔而增加水位測(cè)孔。

（3）利用檢修汽包人孔門開啟的機(jī)會(huì)，對(duì)照汽包內(nèi)水痕跡，核對(duì)汽包水位的零位值偏差并進(jìn)行修正。

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

4 結(jié)語

汽包水位測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性是實(shí)現(xiàn)汽包水位自動(dòng)控制的前提，是防止汽包滿水、缺水，防止汽輪機(jī)進(jìn)水的重要保證。正確地安裝、及時(shí)地檢修維護(hù)、存在的問題及時(shí)解決、及時(shí)排除故障，是汽包水位測(cè)量能夠長周期可靠運(yùn)行的保證。

[參考文獻(xiàn)]（References）

[1]孫長生,蔣健,劉衛(wèi)國,等.浙江省火電廠鍋爐汽包水位測(cè)量問題分析及改進(jìn)[J].電力建設(shè),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(cè)量系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006.HOU Ziliang,LIU Jichuan.Drum waterlevelmeasurement system[M].Beijing：China Power Press,2006.