超超臨界機組高加水位測量偏差分析與處理

陳長和，張大壯，郭 勇，翁獻進，張海衛，陳榮義

（浙江浙能溫州發電有限公司，浙江 溫州 325600）

0 引言

某發電廠#7 機組是600MW 超臨界燃煤機組，采取單軸四缸四排汽再熱凝汽式汽輪機，其高加采用臥式U 型管結構，分水側和汽側。每臺高加配置一臺磁性翻板水位計，3 臺高液位開關，1 臺低液位開關和3 臺差壓變送器。其中，磁性翻板水位計用于現場實際水位觀察，高、低液位開關用于高加報警，差壓式水位變送器用于顯示器上模擬量顯示以及高加水位控制和聯鎖保護。機組投入商業運行后，基建遺留高加水位開關量、模擬量、電接點、就地翻板測量偏差大問題以及高負荷下，高加端差大問題，一直未能得到很好解決。

圖1 平衡容器液位測量原理圖Fig.1 Schematic diagram of liquid level measurement of balance vessel

高加做為電廠熱力系統的重要輔助設備，其運行狀況的優劣不僅影響機組的安全性，同時對機組的經濟性也有較大的影響[2]。要使高壓加熱器安全經濟運行，應確保高加疏水水位控制在零水位附近。但由于設計、安裝和調試上的不完善，某發電廠#7 機組的3 臺高加水位開關量、模擬量、電接點、就地翻板測量偏差較大，同時端差偏大，熱交換效率低[3]。本文對故障現象進行分析和處理措施探討，并進行歸納總結，為其它火電機組提供參考。

1 差壓式液位計原理

差壓式液位計是利用容器內的液位改變時，液柱產生的靜壓也相應變化的原理而工作的。其測量過程是將容器內的液位信號通過平衡容器轉換為相應差壓信號，經差壓變送器和二次儀表來測量液位的高低[4]。如圖1 所示，當導壓管一端接液相，另一端接汽相時，根據流體靜力學原理，可得容器內液位差壓ΔP 為：

式中：ρ″——被測介質密度。

ρ'——飽和蒸汽密度。

ρ——平衡容器內水的密度。

h0——最低水位為基準的水位高度。

h——容器內水位最大測量范圍。

g——被測當地的重力加速度[5]。

2 原因分析

2.1 液位開關動作值檢查

以某發電廠#7 機組#2 高加為例，對高加各液位開關動作值進行檢查。

圖2 高加本體上正常水位刻度線Fig.2 Normal water level mark on high pressure heater

比對標準：高加本體上正常水位刻度線（既零水位線）、水位低報警刻度線[6]。

檢查方法：先通過灌滿水的透明皮管，利用連通器原理在測量筒上做出相對于高加本體上正常水位刻度線，再利用虹吸原理通過透明皮管從測量筒底部排污閥灌水至測量筒，緩慢灌水至#2 高加水位低開關恢復，恢復值為正常水位刻度線以下18mm 左右，再緩慢放水至#2 高加水位低開關動作，動作值為正常水位刻度線以下38mm 左右，與高加本體上水位低報警刻度線基本一致。以上試驗說明，#2 高加水位開關動作值和恢復值是正確的（相對于高加本體上的水位刻度線來說），同時檢查其他幾個液位開關（高、高高、高高高），開關動作均正常。

2.2 水位模擬量信號檢查

比對標準：高加本體上正常水位刻度線（既零水位線），如圖2 所示。

檢查方法：①關閉#1 水位變送器的低壓側隔離閥；②拆開變送器校驗用接口悶頭；③利用虹吸原理將透明皮管灌滿水（確保無氣泡）；④將透明皮管連接到水位變送器上校驗接口上；⑤將透明皮管的另一頭拉到高加本體上正常水位刻度牌處，并調整皮管高度使皮管內水位高加正常水位刻度線一致，查看CRT 上#1 水位模擬量顯示數值為135mm；⑥將皮管拉到變送器高壓側冷凝筒處（高加頂部），并調整皮管高度，使皮管內水位與冷凝筒處導汽管底部一致，查看CRT 上#1 水位模擬量顯示數值為2215mm。

同樣方法檢查#2 高加#2、#3 水位信號和#3 高加#1水位，統計數據見表1。

從表1 可以看出：① 變送器高壓側冷凝筒內凝結水基本是滿水的，采用低壓側灌水檢查水位的方法是可信的；② 3 個水位信號在高加本體正常水位刻度線（既零水位線）時，CRT 顯示數值都偏高100mm 以上；③ 3 個冷凝筒安裝高度存在微小偏差；④ #3 高加零位基準高度比#2 高加要高。

表1 高加水位信號統計Table 1 Statistics of water level signal of high pressure heater

2.3 DCS系統組態檢查

經檢查：① 3 個變送器量程為0Kp ～29.5Kp；② 高加水位信號采用高加壓力進行水位補償；③ 高加水位的模擬量零位的確定是通過壓力補償后的水位減去高加本體正常水位刻度線到低壓側取樣口的高度，但是#1、#2、#3高加的高加本體正常水位刻度線到低壓側取樣口的高度各不同（#1 高加為690mm，#2 高加為620mm，#3 高加為815mm），偏差較大。

2.4 歷史數據檢查

通過和運行人員的溝通以及對歷史數據曲線的調用，分析得出以下結果：

① 2018 年9 月18 日，要求運行人員將#2 高加水位設定值從0mm 設到40mm，水位低報開關還是不能恢復；②查看最近一次停機后#1、#2、#3 高加水位低開關動作情況如下：#1 高加水位低在-200mm 動作；#2 高加水位低開關機組運行以來一直沒有恢復過，一直處于工作狀態；#3 高加水位低在-50mm 動作。

2.5 #2高加就地實際相關數據測量

#2 高加就地實際相關數據測量結果如圖3 所示。

圖2 中正常水位線（紅線）到高加底部的高度為機務圖紙上給出的，其它數據為實地測量所得。

從圖2 可以看出：① DCS 系統量程設置為2950mm，是根據高加上下取樣水平管的高度差來設置的，這與就地實際測量值一致；② 本體上正常水位線與下取樣水平管的距離=820mm-120mm=700mm，而DCS 系統模擬量零水位偏置設置為620mm，存在偏差。

2.6 檢查總結

通過以上各項檢查以及交流討論得到以下結論：

圖3 #2高加就地實際相關數據測量結果圖Fig.3 Measurement results of local actual data of#2 high pressure heater

1）在停機狀態下，#2 高加水位低開關相對于正常水位刻度線來說動作正常，定值也是對的。

2）就地3 個水位變送器的量程為0 ～29.50，單位為KPa，而DCS 系統中單位為mm，兩者不一致，需統一單位。就地變送器需改為毫米水柱為單位，避免變送器自身單位換算引起測量誤差（0kpa ～29.5kpa 對應的是0mm ～3008mm H2O）。

3）模擬量零位基準（620mm）和高加廠家給出正常水位刻度線高度（700mm）不一致，偏差較大，差80mm。這樣在機組正常運行中，如果運行將模擬量水位控制在0mm的話，實際高加內部液位在正常水位刻度線以下80mm 處，而水位低開關是按照正常水位刻度線的基準來確定動作值的，這樣在機組運行時，高加水位運行水位在相對于正常水位刻度線以下80mm，也就是-80mm，而水位開關動作值為-38mm，所以機組運行就一直水位低報警，不能復位；同時，#3 高加水模擬量零位基準為815mm，這樣在模擬量為0mm 時，使得在實際運行中#3 高實際水位要比#2 高加高95mm，所以水位低開關是會恢復的，這也間接說明#2高加的模擬量水位基準設置存在問題。

4）按照目前的設置，#2 高加在高加內部實際水位88mm 時就會解列。

5）以上檢查都是在機組停運時進行，實際運行中的可能由于高加自身熱膨脹、疏水流動等原因會有所差別。

3 改進措施

根據以上#7 機#2 高加水位零位位置檢查情況，需汽機專業確定零水位基準點，儀控人員根據新基準點，需對變送器零水位進行遷移，因高加液位保護以開關量、模擬量共同參與，此次水位修正不宜過多，以開關量正常范圍為準，液位開關物理位置待停機后進行調整。具體執行情況如下：

1）熱工強制#7 機#2 高加模擬量保護信號。

圖4 高加水位測量示意圖Fig.4 Water level measurement diagram of high pressure heater

2）運行緩慢抬高水位至50mm ～100mm，點檢現場查看就地液位變化情況。接下來再根據就地水位及水位開關量和報警情況決定是否繼續抬高水位，若出現水位高一值報警的，則記錄當時模擬量水位數值，再將水位調低50mm作為運行的0 位數值。

3）在水位上升的過程中，若就地翻板液位計顯示大于80mm 的，液位就不再抬高。

4）運行人員監視#2 高加進汽溫度，若出現突降20℃的，馬上開啟事故疏水降低水位；若過程中高加保護動作解列的，做好高加解列后的檢查操作。

5）熱工將高加水位0 位重新標定后，將強制的模擬量信號恢復。

高加水位測量如圖4 所示。向下距管束中心線距離774mm+70mm=844mm，在翻板液位計的實際位置如圖5所示。

4 結語

通過對某發電廠液位開關、差壓式變送器、DCS 組態、歷史數據的檢查和對高加就地實際相關數據的測量，指出了高加水位測量中存在的問題以及導致偏差的原因，給出了問題的處理建議和方法。通過改進措施，基本已經消除了高加水位測量偏差大和高加端差大的問題。改進成功后，機組可靠性提高了，機組安全經濟的運行也得到了保證。