汽輪機真空監測設備校驗方法研究

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校驗方法研究

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的配置和校驗各個電廠差異較大，壓力變送器檢定規程（JJG882—2004）中也沒有針對真空監測設備的規范說明，而電廠汽輪機真空是涉及汽輪機安全運行和經濟性分析的重要參數，有必要對其進行規范。研究和討論電廠汽輪機真空監測設備的配置和校驗方法，提出真空檢測設備校驗的量程修正方法。

汽輪機真空；絕對壓力測量；校驗；量程修正

0 引言

現有汽輪機設備的真空監測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（或排汽壓力）與排汽溫度存在不對應的現象，對變送器和溫度元件進行校驗，校驗后復裝還是不能取得正確的對應關系，對各電廠進行調研發現，這是一個普遍存在的問題，一般是通過對變送器量程進行修正來解決，但是修正量通過湊值法實現，缺乏理論依據。如何獲得精確的凝汽器真空值，需要從變送器校驗方法來分析和解決，對設備配置和校驗流程進行規范。

1 真空監測設備情況調查

多數電廠真空監測設備的校驗過程，無論是采用差壓變送器還是絕對壓力變送器，普遍使用差壓式校驗方法，即以大氣壓力為參考量，通過測試壓差的方法來校準變送器的上下限值。同時現場的就地真空儀表、DCS用壓力變送器、真空壓力開關等設備同時使用造成了多種真空度測量方法的并行使用，也容易產生一些混淆。最容易被忽略且影響最大的是環境大氣壓的變化引起的差壓式測量的系統誤差。

真空變送器（以羅斯蒙特變送器為例［1］）的一般校驗流程：置標準表（真空表）示值為零；抽真空至標準表示值為-100 kPa，設定變送器輸出值為4 mA；釋放真空，在對空狀態下（標準表示值為零），設定變送器輸出為20 mA；DCS中設定測點量程為4～20 mA對應-100～0 kPa。

從嚴格意義上說，這樣校驗出來的變送器示值是一個壓差值，是相對于校驗時大氣壓的一個壓差值。相當于規定絕對真空零點對應為-100 kPa的相對壓力，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，且隨著季節和氣溫有波動和變化，所以實際應用中的示值和真實值無法對應，無法精確地和排汽溫度相對應。

2 汽輪機真空測量分析

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、機組的排汽量、抽汽器的工作狀況等，但與環境大氣壓力是弱相關的［2］。

許多技術資料或者習慣描述中有“汽輪機真空為-96 kPa為最佳真空”的說法，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。結合真空變送器校驗現狀，在實際大氣壓下校準的真空變送器顯示真空是相對真空，與絕對真空是存在偏差的，會造成概念上的混淆。因此在實際應用中，要分析汽輪機真空相關的經濟性，使用“排汽壓力”、“絕對壓力”等更明確而不會產生誤解。

根據變送器與DCS通信原理，變送器的量程只要包括工況的變化范圍且準確即可，因此理想狀態下的規范的示值標定方法是當被測容器中氣體壓力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（當環境大氣壓等于一個標準氣壓時），輸出4～20 mA信號。因此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進行規范，從而得到精確的測量結果。

調查各電廠現有的真空變送器校驗流程，很多忽略了大氣壓力對變送器的量程的影響，即變送器校驗時是取當前大氣壓作為基準，當投入使用后，真空的基準值隨著大氣壓的變化而變化，從而使真空值的誤差產生。

因此要精確地使用和校驗汽輪機真空測量設備，需解決兩個問題。第一，校驗后的變送器測量值要為絕對壓力，不受大氣壓力影響，即其量程設定后，限值對應的壓力必須是絕對壓力。第二，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以直接校驗，從而使結果可控。

3 汽輪機真空變送器校驗

消除大氣壓變化對變送器校驗的影響，變送器校驗方法有兩種。

1）標準絕對壓力表直接校驗法（下稱為校驗方法1）：當前大氣壓下，記下標準絕對壓力表值x，并設置變送器輸出值為20 mA；抽真空至絕對真空即絕對壓力為0 kPa，設定變送器輸出值為4 mA；變送器復裝后將DCS測點量程設置為4～20mA對應（0～x）kPa；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。

2）真空標準表量程修正法（下稱校驗方法2）：置標準真空表示值為零，記下當前大氣壓值（即絕對真空值X）；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；釋放真空，在對空狀態下（標準表示值為零），設定變送器輸出為20 mA；對變送器上下量程均進行負向修正，修正值為（101.325-X）kPa。變送器復裝后將DCS測點量程設置為4～20 mA對應（0～Y）kPa；則測量值為絕對壓力值，即排汽壓力。

校驗方法1必須具備的條件有高精度絕對壓力表（指示當地大氣壓）、真空壓力發生器需具備抽取高真空的能力。但是絕對真空是不存在的，即壓力發生器性能最好也是接近真空而不可能達到絕對壓力為零的要求，因此這種方法會存在系統誤差。校驗方法2與現有的校驗程序相同，只需有高精度絕對壓力標準表用來指示當地大氣壓，實現起來簡單可行，系統誤差可控。

兩種方法最終在DCS系統中顯示的都是排汽壓力值即絕對壓力值，而不是通常的相對真空；因為在大氣壓變化的情況下，相對真空對于排汽溫度是沒有意義的數值，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（-101.325～-修正值）kPa。

也有一部分電廠采用絕對壓力變送器進行真空或排汽壓力的監測，設備校驗時利用高精度絕對壓力標準表對除絕對壓力0點外的校驗點進行校準，根據校驗點的線性來判斷校驗結果的合格與否，這種方法下，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，就采用變送器復位或者返廠處理，這種方法可以確保真空測量的準確性，但是對于超差儀表的處理缺少手段。

各方法的要點是確保變送器測量的數值是絕對壓力值，這樣排汽壓力與排汽溫度的對應關系不受大氣壓力變化影響。

4 汽輪機真空監測設備配置

真空監測不僅需要規范的校驗流程，也需要特定的監測和校驗設備，關于設備配置，以下幾種方案可供參考。

已經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地大氣壓，真空變送器校驗時采用常規差壓校驗方法，但需記下校驗時大氣壓值，然后在DCS中用當前大氣壓與校驗時大氣壓差值修正測量值；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、真空校驗臺。

已經采用絕對壓力變送器監測的電廠，根據校驗方法進行配置，現場監測使用絕對壓力變送器、標準室配置絕對壓力標準表、真空校驗臺。

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，這其中的原因可能是真空設備的極限真空太低，也可能因為大氣壓本身就不夠100 kPa，所以選用真空校驗臺，除了看極限真空，還需要看在滿足校驗要求的最大真空值處的穩壓性能［3］。

若采用絕對壓力變送器檢測的電廠想采用校驗方法1進行設備校驗，則建議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，但會產生系統誤差，最好采用標準絕對壓力表對真空零點做修正。

5 結語

通過調研發現，各電廠對于真空監測設備的配置和校驗存在各種問題，壓力變送器檢定規程（JJG882—2004）中也沒有專門針對真空監測設備的規范說明，而電廠汽輪機真空是涉及汽輪機安全運行和經濟性分析的重要參數，有必要對其進行規范和重視。建議存在問題的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，按照真空標準表量程修正法規范校驗操作規程并完善檢修規程。

［1］唐慧強.精密壓力變送器的研制［J］.測控技術，1999，18（6）：63-65.

［2］史劍戟，沈坤全，江運漢，等.凝汽器真空嚴密性研究［J］.上海電力學院學報，1997，13（3）：46-49.

［3］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）：53-55.

Steam Turbine Vacuum Monitoring Equipment Calibration Study

LI Jie，LIU Junfeng
（Huaneng Liaocheng Thermal Power Co.，Ltd，Liaocheng 252041，China）

For the configuration and calibration of steam turbine vacuum monitoring equipment，there are differences among different power plants.Verification regulation of the pressure transmitter（JJG882-2004）has not stipulated the standard procedure for vacuum monitoring devices.Steam turbine vacuum is an important parameter for safe operation and economic analysis.It is necessary to regulate and standardize calibration practice and set up standard.The steam turbine vacuum monitoring equipment configuration and verification methods are studied and discussed.It is expected to be of certain reference value and guiding significance.

steam turbine vacuum；absolute pressure measurement；vacuum check；range calibration

TK312

B

1007－9904（2015）03－0078－03

2014-10-25

李杰（1979），男，工程師，主要從事電廠熱工技術管理工作；

劉俊峰（1978），男，工程師，從事電廠熱工技術工作。