(神華國(guó)能天津大港發(fā)電廠，天津300272)

目前，我國(guó)亞臨界火力發(fā)電機(jī)組汽包式鍋爐的汽包水位測(cè)量裝置，絕大部分是采用外置式平衡容器的取樣方式測(cè)量汽包水位。外置式平衡容器參比水柱內(nèi)水的溫度受環(huán)境溫度影響較大，而水的密度又與水的溫度有很大的關(guān)系。外界環(huán)境溫度的變化無(wú)法使參比水柱的溫度與密度相對(duì)穩(wěn)定，從而無(wú)法得到線性變化的壓力值，使得在進(jìn)行壓力補(bǔ)償計(jì)算時(shí)無(wú)法得到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，從而無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)量出汽包水位。

內(nèi)置平衡容器測(cè)量水位是根據(jù)多年工程實(shí)踐開(kāi)發(fā)而采用的，它將單室平衡容器置于汽包內(nèi)部，使其參比水柱永遠(yuǎn)處于飽和溫度環(huán)境下，克服了傳統(tǒng)外置式平衡容器的參比水柱因外界環(huán)境溫度變化引起的測(cè)量附加誤差，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。由于汽包的汽側(cè)取樣管上焊接有冷凝罐，可以及時(shí)向平衡容器中補(bǔ)充冷凝后的飽和水，因而可以保證鍋爐點(diǎn)火不久就可投入汽包水位測(cè)量。

1 測(cè)量原理

內(nèi)置平衡容器測(cè)量汽包水位的測(cè)量原理如圖1所示。

圖1 內(nèi)置平衡容器測(cè)量原理圖

汽包運(yùn)行過(guò)程中，飽和蒸汽進(jìn)入到冷凝管中冷凝形成飽和水，回流到平衡管內(nèi)，參比水柱所形成的靜壓通過(guò)正壓取樣管引到差壓變送器的正壓側(cè)，汽包內(nèi)的水通過(guò)水側(cè)的取樣裝置引到差壓變送器的負(fù)壓側(cè)，差壓變送器將差壓值轉(zhuǎn)換成4～20 mA DC信號(hào)傳到DCS，再經(jīng)過(guò)壓力補(bǔ)償計(jì)算得到汽包內(nèi)水位的正確數(shù)值。這樣測(cè)量出的水位值更能接近汽包真實(shí)水位。

采用汽包水位內(nèi)置平衡容器測(cè)量汽包水位具有以下特征。

精確度高：不受汽包內(nèi)水欠飽和以及外置平衡容器參比水柱溫度變化的影響，變送器所測(cè)得的差壓值為汽段參比水柱(飽和水)和相同高度的飽和汽靜壓之差，這一點(diǎn)與以往的任何一種外置式平衡容器不同。采用外置式平衡容器測(cè)量汽包水位不僅受平衡容器內(nèi)參比水柱溫度變化的影響，而且補(bǔ)償公式是在假定汽包機(jī)內(nèi)水是處于飽和狀態(tài)下推算出來(lái)，而實(shí)際上汽包內(nèi)的水是欠飽和的，而且隨著負(fù)荷變化欠飽和度也是變化的。由此可見(jiàn)，采用內(nèi)置平衡容器的測(cè)量精確度遠(yuǎn)比外置式平衡容器要高。

投入及時(shí)：由于汽包的汽側(cè)取樣管上焊接有冷凝罐，可以及時(shí)向平衡容器中補(bǔ)充冷凝后的飽和水，因而可以保證鍋爐點(diǎn)火不久就可投入汽包水位測(cè)量。

2 改造前汽包水位測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

2.1 現(xiàn)狀

公司裝有4臺(tái)328.5 MW火力發(fā)電機(jī)組，鍋爐為亞臨界汽包爐。4#鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)配有3臺(tái)差壓水位計(jì)、2臺(tái)牛眼水位計(jì)、1臺(tái)云母水位計(jì)(未投入使用)，其中右側(cè)2臺(tái)差壓水位計(jì)并聯(lián)取樣共用1對(duì)測(cè)孔，左側(cè)1臺(tái)差壓水位計(jì)和1臺(tái)云母水位計(jì)共用1對(duì)測(cè)孔。汽包水位測(cè)量裝置采用外置平衡容器，測(cè)量參比水柱與汽包內(nèi)水位之間的壓差來(lái)測(cè)量水位值，如圖2所示。

圖2 改造前汽包水位測(cè)量系統(tǒng)圖

2.2 存在的問(wèn)題

1)DL/T 1393—2014《火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》中第4.1 條鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施應(yīng)符合安全原則中指出：“防止共同原因失效、共同模式失效和相關(guān)失效，并應(yīng)符合下列要求：互相隔離；互相獨(dú)立；多樣性(例如多原理)共存?！彼挥?jì)并聯(lián)取樣已違反該技術(shù)規(guī)程要求中的互相獨(dú)立，存在安全隱患。

2)水位變送器取樣裝置采用外置平衡容器，取樣裝置的正壓側(cè)為參比水柱，安裝在汽包外側(cè)，同時(shí)安裝有冷凝管，便于冷凝水快速凝結(jié)。水柱的密度受到外界環(huán)境溫度及鍋爐負(fù)荷變化影響很大，雖然對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行了計(jì)算補(bǔ)償，但系統(tǒng)所產(chǎn)生的測(cè)量誤差仍無(wú)法滿足測(cè)量要求，在環(huán)境溫度變化的時(shí)候，還需對(duì)參數(shù)進(jìn)一步修正。

3 汽包水位測(cè)量系統(tǒng)改造方案

取消4#爐左側(cè)原有的1臺(tái)和云母水位計(jì)并聯(lián)安裝的差壓水位計(jì)，在該測(cè)孔處利用多測(cè)孔技術(shù)新增1對(duì)測(cè)孔，新增測(cè)孔處安裝1臺(tái)內(nèi)置平衡容器，原測(cè)孔處安裝原云母水位計(jì)。取消4#爐右側(cè)2臺(tái)通過(guò)并聯(lián)取樣方式安裝的差壓水位計(jì)，在該測(cè)孔處安裝1臺(tái)內(nèi)置平衡容器。在汽包右側(cè)牛眼水位計(jì)測(cè)孔處利用多測(cè)孔技術(shù)新增1對(duì)測(cè)孔，原測(cè)孔安裝1臺(tái)內(nèi)置平衡容器，新增測(cè)孔處安裝原牛眼水位計(jì)。在汽包左側(cè)牛眼水位計(jì)測(cè)孔處利用多測(cè)孔技術(shù)新增1對(duì)測(cè)孔，原測(cè)孔安裝1臺(tái)滿量程內(nèi)置平衡容器，新增測(cè)孔處安裝原牛眼水位計(jì)。改造后爐鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)布置如圖3所示。

圖3 改造后汽包水位測(cè)量系統(tǒng)圖

4 汽包水位測(cè)量裝置的安裝

4.1 拆除汽包內(nèi)部取樣管

拆除汽包上原有取樣管保溫，在正、負(fù)壓側(cè)取樣管一次門(mén)前合適位置割下，對(duì)切割部分進(jìn)行打磨，并打磨好坡口，用壓縮空氣吹掃管路，吹掃干凈后嚴(yán)實(shí)密封，防止其他雜質(zhì)進(jìn)入。

4.2 內(nèi)置平衡容器的安裝

1)安裝內(nèi)置平衡容器外部冷凝罐，焊接汽側(cè)管路及冷凝罐時(shí)，應(yīng)適當(dāng)向外向上傾斜，便于冷凝罐中冷凝的水流入平衡罐內(nèi)。

2)對(duì)需要焊接的管道、插管及變徑三通等進(jìn)行坡口打磨，用壓縮空氣吹掃管路內(nèi)部，吹掃干凈后將兩側(cè)管口封堵，防止雜質(zhì)進(jìn)入。

3)安裝取樣裝置水側(cè)插管及三通部分，將插管、變徑三通焊接好，然后將插管沿水側(cè)取樣管插入汽包內(nèi)，將變徑三通與水側(cè)取樣管焊接好，應(yīng)保證三通為水平位置。

4)安裝汽包內(nèi)的平衡罐。將插管在汽包內(nèi)從水側(cè)管向上穿出，與平衡罐取樣管焊接，保證焊接時(shí)平衡罐端口水平。利用汽側(cè)取樣管，焊接生根固定平衡罐及中間管路。焊接完成后，測(cè)量平衡罐的垂直高度并做好記錄，作為以后設(shè)定變送器的量程和邏輯計(jì)算的參數(shù)依據(jù)，同時(shí)平衡罐的安裝位置不得影響汽包入孔門(mén)的開(kāi)關(guān)。

5)安裝內(nèi)部水側(cè)取樣引出管上的取樣器，取樣器應(yīng)與取樣管水平安裝，并且取樣器上的取樣孔布置應(yīng)為上下方向。

4.3 安裝注意事項(xiàng)

1)安裝汽包外汽、水側(cè)取樣管不銹鋼閥門(mén)時(shí)，管路內(nèi)部使用氬氣進(jìn)行保護(hù)，再進(jìn)行焊接；多層多道焊縫焊接時(shí)，應(yīng)逐層進(jìn)行檢查，經(jīng)自檢合格后，方可焊接次層，直至完成。變徑和表管至變送器，焊接前吹掃干凈表管內(nèi)雜質(zhì)。

2)正、負(fù)壓側(cè)表管并行敷設(shè)，附近不得有熱源。

3)在汽包內(nèi)進(jìn)行氬弧焊工作時(shí)，不得在汽包內(nèi)壁上進(jìn)行引弧。

4)所有管路焊接安裝完畢后，用壓縮空氣對(duì)所有管路進(jìn)行吹掃，確保每路管路都通暢、無(wú)雜質(zhì)。

4.4 內(nèi)置式平衡容器的補(bǔ)償公式

內(nèi)置平衡容器公式為

ΔH=[L-H0-ΔP/(ρW-ρS)]×1 000

式中：ΔH為汽包水位高度，mm；L為正壓側(cè)參比水柱高度，m；H0為水側(cè)取樣管中心線距汽包0水位線的距離，m；ΔP為差壓變送器測(cè)量的差壓值，mmH2O；ρW為飽和水密度，kg/m3；ρS為飽和蒸汽密度，kg/m3。

汽包水位L1：L=0.126 0；L-H0=0.727；多測(cè)孔差壓。

汽包水位L2：L=0.124 6；L-H0=0.713；單獨(dú)差壓。

汽包水位L3：L=0.126 3 ；L-H0=0.730 ；多測(cè)孔差壓。

表1所示為根據(jù)不同壓力對(duì)應(yīng)的飽和水密度和飽和蒸汽密度算出的汽包水位補(bǔ)償值。

表1 不同壓力時(shí)汽包水位的補(bǔ)償值

5 改造后效果

改造后水位計(jì)能夠正常運(yùn)行，各水位計(jì)測(cè)量穩(wěn)態(tài)時(shí)同側(cè)偏差不超過(guò)30 mm，動(dòng)態(tài)偏差不超過(guò)50 mm，鍋爐點(diǎn)火后不久就可投入汽包水位保護(hù)。差壓式水位計(jì)滿足三取中的保護(hù)邏輯，當(dāng)其中1臺(tái)變送器發(fā)生故障，自動(dòng)轉(zhuǎn)成二取一保護(hù)邏輯，當(dāng)發(fā)生兩臺(tái)變送器故障時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)成一取一邏輯。各水位計(jì)取樣裝置安裝相互獨(dú)立，符合相關(guān)技術(shù)規(guī)程要求。

6 結(jié)語(yǔ)

利用多測(cè)孔技術(shù)在汽包內(nèi)部安裝內(nèi)置平衡容器，巧妙地解決了在不開(kāi)新孔的前提下，將各水位計(jì)取樣裝置變成獨(dú)立取樣，所增測(cè)孔與在汽包上直接開(kāi)孔取樣信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性一致，且對(duì)原測(cè)孔無(wú)任何影響。通過(guò)安裝內(nèi)置平衡容器取樣裝置，解決了正壓側(cè)參比水柱因外界環(huán)境溫度變化而引起的附加誤差問(wèn)題，提高了汽包水位監(jiān)視、調(diào)節(jié)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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