汽輪機真空監測設備配置及校驗研究

李 杰，劉俊峰

（華能聊城熱電有限公司，山東 聊城 252041）

汽輪機真空監測設備配置及校驗研究

李 杰，劉俊峰

（華能聊城熱電有限公司，山東 聊城 252041）

介紹了真空監測設備的現狀，針對各電廠汽輪機真空監測設備的配置和校驗差異較大的情況，研究了電廠汽輪機真空監測設備的配置，介紹了3種校驗措施，并對電廠汽輪機真空參數的檢測設備配置和校驗提出了標準化建議。

汽輪機真空；絕壓測量；真空校驗

現有汽輪機設備的真空監測設備基本上都是按照排汽壓力變送器、凝汽器真空變送器、真空壓力開關來配置。長期以來，機組真空值(或者排汽壓力)與排汽溫度對應關系不正確，而對變送器和溫度元件進行校驗復裝后還是不能取得正確的對應關系。此問題一般通過對變送器量程進行修正來解決，而修正量通過湊值法確定。為了獲得精確的凝汽器真空測量值，需要從變送器校驗方法來分析和解決，并對設備配置和校驗流程進行規范。

1 真空監測設備校驗現狀

大多數電廠的真空監測設備校驗過程，無論是采用差壓變送器還是絕對壓力變送器，一般都采用差壓式校驗方法。即，以大氣壓強為參考量，通過測試壓差的方法來校驗和設定變送器的上下限值。

盡管某些差壓式校驗方法沿用了絕對壓力儀表的校準程序，但仍然無法正確讀出真空度的數值，一些采用差壓式原理傳感器的數字式真空度儀表也有類似情況。同時使用就地真空儀表、DCS用壓力變送器、真空壓力開關等設備，將造成多種真空度計量方法并行使用，易產生一些誤解混淆。但是，最容易被忽略且影響最大的，是因環境大氣壓變化而引起的差壓式測量的系統誤差。

現以羅斯蒙特變送器為例，介紹真空變送器的校驗流程：

(1) 置標準表(真空表)示值為0；

(2) 抽真空至標準表示值為-100 kPa，設定變送器輸出值為4 mA；

(3) 釋放真空，在對空狀態下(標準表示值為0)設定變送器輸出為20 mA；

(4) 在DCS中設定測點量程為4～20 mA對應-100 kPa～0。

從嚴格意義上說，按此流程校驗的變送器示值并不是真空度值，而是一個壓差值(相對于校驗時大氣壓的差值)，相當于規定絕對真空對應為-100 kPa相對壓力，大氣壓力下相對壓力為0。而大氣壓力通常情況下不為100 kPa，且隨著季節和氣溫不同有波動和變化，所以實際應用中的示值和真實值無法對應，也無法和排汽溫度對應。

也有一部分電廠采用絕對壓力變送器進行真空或者排汽壓力的監測。對這種設備進行校驗時，利用高精度絕對壓力標準表對校驗點(除絕對壓力0外)進行校準，根據校驗點的線性來判斷校驗結果是否合格。按照這種方法，變送器零點不予校驗，一旦發現線性不合格或者零點偏移嚴重，就需復位變送器或者返廠進行處理。

2 汽輪機真空及測量要求

當容器中的壓力低于大氣壓力時，低于大氣壓力的部分是真空，即P真空=P標準大氣壓強-P絕對壓強。

汽輪機真空即凝汽器真空，它是汽輪機運行的重要指標，是反映凝汽器綜合性能的一項主要考核指標。影響機組真空的因素主要有凝汽器傳熱情況，真空系統嚴密性情況，冷卻水的溫度、流量，機組的排氣量，抽汽器的工作狀況等，但與環境大氣壓力是弱相關的。

許多技術資料中或者習慣描述“汽輪機真空為-96 kPa為最佳真空”，此處的-96 kPa是在標準大氣壓下的相對真空值，而不是表壓力值。結合大部分真空變送器的校驗現狀，在實際大氣壓下校準的真空變送器顯示的真空是相對真空，與絕對真空存在偏差。因此，在實際應用中，要分析汽輪機真空相關的經濟性，使用“排氣壓力”、“絕對壓力”等會更明確，而不會產生歧義。

3 汽輪機真空測量分析

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確即可。因此，理想狀態下的規范示值標定方法是：當被測容器中氣體壓強從環境大氣壓逐漸變化到0時，對應的示值從0變化到-101.325 kPa(當環境大氣壓等于1個標準氣壓時)，輸出4～20 mA信號。要實現常規校驗設備下的絕對壓力精確指示，需要對測量設備和校驗流程都進行規范，從而得到精確的測量結果。

調查各廠現有的真空變送器校驗流程，大多忽略了大氣壓力對變送器量程的影響，即變送器校驗時是以當前大氣壓作為基準的。當使用時，大氣壓發生變化后，真空的基準值隨著大氣壓的變化而變化，從而使真空值產生誤差。

因此，要精確使用和校驗汽輪機真空校驗設備，需要解決2個問題。

(1) 校驗后的變送器測量值為絕對壓力，不受大氣壓力影響；量程設定后，其限值對應的壓力必須是絕對壓力。

(2) 要解決絕對真空零點的校驗問題，確保汽輪機真空變送器的量程可直接校驗，從而使校驗結果可控。

3.1 變送器修正后的校驗措施

為消除大氣壓力變化對變送器校驗的影響，應認真分析變送器校驗過程，修正校驗方法。

3.1.1 無表計校驗法

無表計校驗法僅需絕對壓力表提供大氣壓值，其校驗步驟如下：

(1) 置標準表示值為0，記下當前大氣壓值(即絕對真空值X)；

(2) 抽真空至絕對真空，即控壓裝置真空極限，設定變送器輸出值為4 mA；

(3) 釋放真空，在對空狀態下(絕對壓力表示值為當前大氣壓)，設定變送器輸出為20 mA；

(4) 變送器復裝后將DCS測點量程設置為4～20 mA對應0～XkPa；X為校驗時記下的大氣壓力值，即對真空測點按照變送器測量的的校驗絕對壓力進行設置，則測量值為絕對壓力值，即排汽壓力。

3.1.2 標準絕對壓力表直接校驗法

標準絕對壓力表直接校驗法的步驟如下：

(1) 當前大氣壓下，記下標準絕壓表值X，并設置變送器輸出值為20 mA；

(2) 抽真空至絕對真空，即絕對壓力為0，設定變送器輸出值為4 mA；

(3) 變送器復裝后將DCS測點量程設置為4～20 mA對應0～XkPa；測點按照變送器測量的校驗絕對壓力進行設置，則測量值為絕對壓力值，即排汽壓力。

3.1.3 真空標準表量程修正法

真空標準表量程修正法的步驟如下：

(1) 置標準真空表示值為0，記下當前大氣壓值(即絕對真空值X)；

(2) 抽真空至標準真空表穩定指示Y(比如-98 kPa)，設定變送器輸出值為4 mA；

(3) 釋放真空，在對空狀態下(標準表示值為0)，設定變送器輸出為20 mA。對變送器量程進行負向修正，修正值為X-98 kPa;

(4) 變送器復裝后將DCS測點量程設置為4～20 mA對應0～YkPa，則測量值為絕對壓力值，即排汽壓力。

3.1.4 3種校驗方法的比較

(1) 第1，2種方法必須具備的條件有：高精度絕對壓力表(指示當前大氣壓)和真空壓力發生器(抽取高真空)。但是絕對真空是不存在的，即使壓力發生器性能最好也只是接近真空，而不可能達到絕對壓力為0的要求。這2種方法均存在系統誤差。

(2) 第3種方法與現有的校驗方法相同，必須具備的條件有：高精度絕對壓力表(指示當前大氣壓)，實現起來簡單可行，系統誤差可控。

(3) 這3種方法最終在DCS系統中顯示為排氣壓力值，即絕對壓力值，而不是通常的相對真空。但在大氣壓變化的情況下，相對于排汽溫度的對比需要，相對真空是沒有意義的數值。如果想顯示標準大氣壓下的相對真空，可在DCS組態中設置量程為4～20 mA，對應：修正值101.325 kPa，或者將顯示組態修改為：顯示值-101.325 kPa。

(4) 以上各方法的重點是確保變送器測量的數值是絕對壓力值，使排氣壓力與排氣溫度的對應關系不受大氣壓力變化影響，從而具備分析價值。

4 汽輪機真空監測設備配置

汽輪機真空監測設備配置有以下幾種方案。

(1) 采用相對真空變送器監測的電廠，需增加機組側絕對壓力變送器用于測量當前大氣壓。真空變送器校驗時采用無表計校驗法，但需記下校驗時的大氣壓值，然后在DCS中用當前大氣壓與校驗時大氣壓的差值修正測量值。這種條件下對校驗臺無特殊要求，每次檢修需對真空變送器和絕對壓力變送器同時進行校驗，以保證真空測量的精度。標準室需同時配備真空標準表、絕對壓力標準表和真空校驗臺。

(2) 采用絕對壓力變送器監測的電廠，根據真空標準表量程修正法的需要進行配置：現場監測使用的絕對壓力變送器、標準室配置絕對壓力標準表、真空校驗臺。此方案為推薦方案。

(3) 在真空校驗臺的選用上，很多電廠反映無法抽取真空至-100 kPa，其原因可能是真空設備的極限真空太低，也可能是大氣壓本身就不足100 kPa。因此，選用真空校驗臺，除了關注極限真空外，還需關注滿足校驗要求的最大真空值處的穩壓性能。

(4) 對采用絕對壓力變送器檢測的電廠，若采用標準絕對壓力表直接校驗法進行設備校驗，則建議在標準室配置專門用于校驗絕對壓力設備的分子泵類真空校驗臺，但這樣也會產生系統誤差，最好采用標準絕對壓力表對真空零點進行修正。

5 后續措施和建議

建議電廠采購絕對壓力變送器用于真空監測，標準室采用高精度的標準絕對壓力表用于真空變送器校驗，并按照標準絕對壓力表直接校驗的操作規程完善檢修規程。

通過調研發現，各電廠真空監測設備的配置和校驗存在各種問題，JJG882—2004《壓力變送器檢定規程》也沒有關于真空監測設備的規范說明。電廠汽輪機真空是汽輪機安全運行和經濟性分析的重要參數，有必要對其監測進行規范。

1 杜水友，李東升，王小娜．壓力變送器示值誤差測量不確定度評定[J]．計量技術，2005(7)．

2 彭博偉．600 MW機組真空擾動原因分析與防范措施[J]．電力安全技術，2014(2)．

2014-11-06。

李 杰(1979-)，男，工程師，主要從事電廠熱工技術管理工作，email：13563570063@163.com。

劉俊峰(1978-)，男，工程師，主要從事電廠熱工技術檢修相關工作。