汽包水位失真原因分析及修正方法

李宏

（貴州粵黔電力有限責任公司 貴州盤縣 553505）

汽包水位失真原因分析及修正方法

李宏

（貴州粵黔電力有限責任公司 貴州盤縣 553505）

我廠1～4號爐汽包水位一直存在偏差較大的問題，為此在等級檢修中對各汽包水位測量系統進行標定及修正。鍋爐運行中，我們是通過水位測量系統來監視和控制汽包水位的。當汽包水位超出正常運行范圍時，報警系統將發出報警信號，保護系統將立即采取必要的保護措施，以確保鍋爐和汽輪機的安全。因此，鍋爐汽包水位測量系統是機組安全運行的極端重要的系統。

汽包水位；測量系統；誤差分析

1 概述

××電廠總裝機為4×600MW，4臺鍋爐均為汽包鍋爐，#1、#2鍋爐為自然循環鍋爐，#3、#4強制循環鍋爐。

保持鍋爐汽包水位在正常范圍內是鍋爐運行的一項重要的安全性指標。由于負荷、燃燒工況及給水流量的變化，汽包水位會經常變化。汽包水位過高或急劇波動會引起蒸汽品質惡化和帶水，造成受熱面結鹽，嚴重時會導致汽輪機水沖擊振動、葉片損壞；水位過低會引起排污失效，爐內加藥進入蒸汽，甚至引起下降管帶汽，影響爐水循環工況，造成爐管大面積爆破。由于汽包水位測量和控制問題而造成的上述惡性事故的情況時有發生，嚴重影響火電廠運行的安全性。

2 爐汽包水位測量系統基本要求

根據鍋爐汽包水位測量的重要性和測量技術的特點，鍋爐汽包水位測量系統至少應滿足下列基本要求：

2.1 準確性好

眾所周知，鍋爐汽包水位相對主蒸汽壓力、溫度這類參數而言，并不是需要精確控制的參數，一般情況下，相同位置二個汽包水位測量示值偏差在30mm以內是可以接受的。而在正常條件下保持這樣的精確度不是十分困難的。但是，由于汽包水位測量對象十分復雜，而汽包水位測量采用的聯通管式或差壓式測量原理，使得汽包壓力和測量參比條件變化時會造成遠遠超出上述要求的非常大的誤差。所以長期以來，保證汽包水位測量準確性一直是擺在我們面前的一個難點和關鍵問題。

2.2 可靠性高

汽包水位測量系統應從取樣開始，到信號轉換控制和保護回路，以及供電回路均應十分可靠。

此外，除了提高裝置本身的可靠性外，還應提高系統的可靠性，包括對汽包水位測量、控制和保護系統的配置應采取嚴格的冗余要求，應采用兩種或以上工作原理共存的配置原則；鍋爐汽包水位控制和保護用的水位測量信號應采取三重冗余等。

2.3 方便維護

鍋爐汽包水位測量系統的維護應簡單、維護工作量應盡可能少，而且應便于進行在線實際水位信號的保護聯動試驗等。

3 ××電廠汽包水位測量系統現狀

鍋筒筒身直段長26216mm，用鋼板卷制而成，內徑為φ1743mm，兩端采用球形封頭，包括封頭鍋筒總長28286mm，筒身和封頭的材料均采用BHW35。

鍋筒筒身上部焊有29只φ159飽和蒸汽引出管座和87只φ159汽水引入管座，并設有輔助蒸汽管座及放氣管座。筒身底部焊有6只下降管和3只給水管座。封頭上布置有人孔、安全閥管座6只，左右各3只、8對水位監視用管座，用于接2只雙色水位表、4只水位平衡容器，2對備用。封頭上還設有1只連續排污管座、水位校驗管座及試驗管座。

鍋筒的正常水位線運行時通過壓差式給水調節器進行控制、保護和調節。該廠每臺鍋爐汽包水位測量配置兩套電接點水位計、兩套就地水位計（雙色水位計）、四套差壓式水位計。但各水位計之間顯示誤差較大，有的多達100mm以上，運行人員對汽包水位無法進行正確判斷，操作、調整汽包水位沒有可靠依據，嚴重影響機組的安全經濟運行。

4 誤差分析及修正過程

4.1 差壓式單室平衡容器測量系統（如圖1）

4.1.1 水位偏差來源

如圖1所示，假設汽包水位運行在正常水位，則：

P=△P1+△P2

圖1

=ρ水2L-ρ水1H0-ρ汽（L-H0）+（ρ水3-ρ水4）L1

根據上式偏差主要來源于：

由于安裝偏差造成L、H0和理論值偏差較多，建廠初期調試單位時未進行實測，只是按照安裝理論值做進DCS，造成偏差而在DCS系統邏輯中未得到修正造成的水位偏差；

由于保溫不規范造成L1段正、負壓管道中由于溫度差而導致密度差，未得到修正；

L段平衡容器中管道即使經過保溫，但其管道中水溫不可能達到汽包中飽和水的溫度，雖然在DCS系統邏輯中進行了溫度補償，但其補償為單點測量溫度補償，當環境溫度變化時，會給系統到來較大偏差。

4.1.2 解決方法

針對以上誤差我廠所做工作如下：

利用我廠機組全停機會對1～4號爐汽包水位單室平衡容器的L及H0進行實際測量，并在DCS系統汽包水位測量邏輯中進行修正。

對于L1段正、負壓管道中由于溫度差而導致的誤差，我們將同一平衡容器的水平段以下正、負壓管道緊挨著單獨成組保溫，力求兩管道中水溫一致，盡量減少誤差；

對L段平衡容器中管道水柱溫度補償問題，我廠的補償方法是在平衡容器至水側管道中間安裝一只溫度測量元件；這種溫度補償的缺點是，溫度元件損壞對水位的影響很大，且測量單點不具備代表性；其他的補償方法有：針對不同平衡容器，用紅外線測溫儀進行不同斷面上多點測量，取其平均值作為DCS系統汽包水位測量的溫度補償值；這種修正方式在環境溫度變換較大時還是會有較大的誤差，應在不同的季節進行多次測量、修正，工作量較大。針對這個問題可通過技術改造將平衡容器改為汽包內置式平衡容器測量系統，以求徹底解決溫度補償不準確帶來的系統誤差。

4.2 電接點水位計測量顯示系統（如圖2）

圖2 盤南電廠電接點安裝示意圖

4.2.1 誤差來源

××電廠電接點水位計是根據汽和水的電導率不同測量水位的。鍋水電導率一般要比飽和蒸汽的電導率大數萬到數十萬倍，電接點水位計是由水位測量容器、電極、電極芯、水位顯示燈以及電源組成。電極裝在水位測量筒上組成電極水位發送器。電極芯與水位測量容器外殼之間絕緣。由于水的電導率大，電阻較小，當接點被水淹沒時，電極芯與容器外殼之間短路，則對應的水位顯示燈亮，反映出汽包內的水位。而處于蒸汽中的電極由于蒸汽的電導率小，電阻大，所以電路不通，即水位顯示燈不亮。用亮的顯示燈多少來反映水位的高低。根據大方電廠電接點水位計安裝圖，測量誤差來源于以下方面：

（1）測量筒上中心電極（零水位電極）安裝水平位置與廠家給定值（汽包中心線下280mm，若測量筒中溫度與汽包中溫度相同，應為正常水位線，即：汽包水位中心線下220mm，但考慮到溫度補償廠家定為汽包中心線下280mm）偏差造成的誤差；

（2）電接點水位計顯示表的水阻設置不對導致顯示失真；

（3）保溫不規范，導致原有固定溫度補償錯誤而產生水位偏差。

4.2.2 解決方法

所做工作如下：

（1）針對測量筒零水位電極安裝水平位置與廠家給定值偏差問題，我們對全廠所有汽包水位測量筒零位進行測量，并根據測量值可與鍋爐檢修人員一起對其進行修正。

（2）水阻設置

眾所周知，鍋爐鍋水越純凈則其水阻越大，××電廠水阻一般在50～80kΩ之間，具體設置過程為：將水位表切換到設置水阻通道，隨機設置一個水阻值，若儀表顯示正常，則逐漸增加設置值直到水位計顯示不正常為止，記下該數值，然后逐漸減小設置值，直到水位計顯示不正常為止，記下該數值；將記下的兩數值取平均值，這個平均值可作為水位計的設定值；

（3）按照水位計生產廠家要求，規范保溫，減小水位偏差。

4.3 雙色水位計

雙色水位計是一種比較直觀水位測量系統，它是利用自然光在液體中折、反射原理。借助于紅、綠色片，在測量時，水相顯示綠色，汽顯示為紅色。通過攝像設備傳輸到集控室，便于運行人員監視。

4.3.1 水位偏差來源

雙色水位計水位偏差主要來源于安裝時水位計零位與鍋爐廠給定的零位值（汽包中心線下340mm，已考慮在無保溫狀況下的溫度補償，故雙色水位計水位不需要保溫）之間的偏差。

4.3.2 解決方法

對全廠所有雙色水位計零位進行了測量，并根據測量值對相應的雙色水位計的刻度進行了修正。其測量值如表1。

表1 雙色水位計（單位：mm）

5 預期效果

經過測量修正之后，相同位置各水位計的水位誤差降低到30mm以下，達到25項防止電廠重大事故的要求，提高機組運行的安全可靠性，保障了機組的安全經濟運行。

TM621.2

A

1004-7344（2016）11-0059-02

2016-3-28

李宏（1967-），男，漢族，貴州黔西人，助理工程師，大專，主要從事工作和研究方向為火力發電廠熱控檢修方面。