關(guān)于某廠高加水位測(cè)量準(zhǔn)確性的研究

謝晨宇，夏鵬遠(yuǎn)

（國(guó)家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 215300）

某廠一、二期各配置兩臺(tái)百萬(wàn)千瓦機(jī)組，機(jī)組額定參數(shù)以及高加進(jìn)汽參數(shù)較高，對(duì)高加水位測(cè)量的準(zhǔn)確性要求也隨之增加。目前四臺(tái)機(jī)組高加均不同程度存在水位不穩(wěn)、波動(dòng)大的問(wèn)題。本文介紹高加水位測(cè)量裝置及測(cè)量原理，分析影響水位測(cè)量準(zhǔn)確性的因素，期為解決高加水位問(wèn)題提供參考[1]。

1 某廠水位測(cè)量裝置介紹

該廠一、二期高壓加熱器均采用單平衡容器式水位測(cè)量裝置，每臺(tái)高加配置3套測(cè)量裝置，安裝位于高加蒸汽凝結(jié)段，測(cè)量裝置包括單室平衡容器和差壓變送器。工作原理如圖1所示。

圖1 單室平衡容器高加水位測(cè)量裝置的工作原理

高加汽側(cè)水平取樣管口接至平衡容器水平引出管，差壓變送器正壓側(cè)接至平衡容器垂直引出管，高加水側(cè)水平取樣管口接至差壓變送器負(fù)壓側(cè)， 差壓變送器采用低一運(yùn)轉(zhuǎn)平臺(tái)安裝布置。最終形成同汽側(cè)取樣口等高的水柱并保持不變，高加內(nèi)水位的變化轉(zhuǎn)變?yōu)椴顗鹤兯推鞯牟煌顗海顗航?jīng)變換后得出高加水位。

注： H 為高加水位； L 為參比水柱高度（平衡容器液面與水側(cè)取樣管口中心距離）；aρ為參比水柱密度； P+為差壓變送器正壓側(cè)壓力； P-為差壓送變器負(fù)壓側(cè)壓力。

式中：p+為差壓變送器正壓側(cè)壓力；p-為差壓變送器負(fù)壓側(cè)壓力；aρ為參比水柱密度； sρ為飽和蒸汽密度； wρ為飽和水密度。由式（1）推導(dǎo)出理論計(jì)算高加水位 H 為：

2 實(shí)際水位測(cè)量方法

經(jīng)查詢實(shí)際應(yīng)用中為簡(jiǎn)化計(jì)算，未考慮壓力及溫度對(duì)密度的影響， 簡(jiǎn)單的采用水位計(jì)算公式為：

可以看出高加水位和差壓呈完全的線性關(guān)系，且差壓越大水位越低。

該廠實(shí)際測(cè)量方法：

3 水位誤差分析

高加就地標(biāo)刻的水位高低限為-50mm～+50mm，在此范圍內(nèi)可以保證高加安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而水位的準(zhǔn)確性是精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的前提，因此要對(duì)水位誤差進(jìn)行分析。

3.1 重力加速度g取值影響

圖2 不同重力加速度下水位數(shù)值

對(duì)比不同重力加速度下幾個(gè)標(biāo)志性水位及偏差如表1所示，可見(jiàn)目前的測(cè)量方式下DCS顯示數(shù)值偏高，按照此水位控制會(huì)增加高加端差，降低經(jīng)濟(jì)性。

表1 不同重力加速度下典型水位對(duì)比（mm）

3.2 參比水柱密度影響

因加熱器為高壓容器，參比水柱密度aρ會(huì)隨著進(jìn)汽壓力及水的溫度變化而變化[1]。二期#1高壓加熱器設(shè)計(jì)壓力13.3MPa，實(shí)際進(jìn)汽壓力1000MW工況下接近10MPa，750MW約為8MPa，500MW約為5MPa。通過(guò)查詢相關(guān)數(shù)據(jù)得出下表2所列不同溫度不同壓力下水的密度：

表2 不同溫度不同壓力下水的密度（kg·m-3）

夏季汽機(jī)房環(huán)境溫度估計(jì)50℃左右，計(jì)算35℃和50℃兩種環(huán)境溫度不同工況下的水位數(shù)值，得出表3。

表3 兩種環(huán)境溫度不同工況下的水位數(shù)值（mm）

由數(shù)據(jù)可以看出環(huán)境溫度越低，進(jìn)汽壓力越高，水位偏差越小。

3.3 飽和水和飽和蒸汽密度影響

飽和水和飽和蒸汽的密度也隨進(jìn)汽壓力變化而不斷變化[2]，由理論計(jì)算公式可以看出水位和差壓不再是單純的線性關(guān)系。而該廠實(shí)際計(jì)算使用的公式則是將加熱器當(dāng)做常壓容器，完全未考慮蒸汽密度影響，飽和水也取的恒定標(biāo)準(zhǔn)密度，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致水位測(cè)量失準(zhǔn)。通過(guò)查找水和水蒸汽性質(zhì)表得出表4所列不同壓力下飽和水密度及飽和蒸汽密度。

表4 不同壓力下飽和水密度與飽和蒸汽密度參數(shù)（kg·m-3）

利用理論公式（2），g取10m/s2，aρ取標(biāo)準(zhǔn)水密度1000Kg/m3，計(jì)算幾個(gè)典型工況下的水位，與DCS顯示數(shù)值對(duì)比如下表5。

表5 不同工況下高加水位數(shù)值（mm）

表5中數(shù)據(jù)可以看出進(jìn)汽壓力越高，飽和蒸汽和飽和水的密度變化就越大，由此引起的水位偏差也越大。若采用目前的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系，針對(duì)A1高加，不同負(fù)荷工況下雖然DCS顯示的水位數(shù)值相同，但實(shí)際水位卻相差很大。高加實(shí)際水位低于DCS顯示的數(shù)值，負(fù)荷越高偏差越大。若按DCS顯示水位控制將會(huì)降低高負(fù)荷下高加運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3.4 其他因素影響

此外測(cè)點(diǎn)安裝位置、變送器精度、高加水平度等對(duì)水位測(cè)量準(zhǔn)確度也有影響，只不過(guò)影響程度較小，而且也無(wú)法做定量的分析，暫不做細(xì)致的研究[2]。

4 建議

經(jīng)過(guò)以上誤差分析可以得出g的取值、飽和水飽和蒸汽的密度、參比水柱密度是影響高加水位的計(jì)算準(zhǔn)確度的主要因素。其中飽和水飽和蒸汽密度影響最大，光產(chǎn)生的偏差就超過(guò)了高加的水位上下限值。目前的水位測(cè)量方法導(dǎo)致DCS顯示水位數(shù)值偏高，會(huì)對(duì)運(yùn)行調(diào)整產(chǎn)生誤導(dǎo)，影響高加運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。故針對(duì)上述分析，建議在生產(chǎn)運(yùn)行中可做以下調(diào)整：

（1）對(duì)重力加速度g的取值進(jìn)行調(diào)整，與當(dāng)前地理位置相對(duì)應(yīng)。

（2）飽和水和飽和蒸汽密度對(duì)水位計(jì)算影響最大，在水位計(jì)算邏輯中加入飽和水和飽和蒸汽密度隨壓力變化的修正函數(shù)，將會(huì)極大的提高高加水位測(cè)量的準(zhǔn)確性。

（3）與飽和水和飽和蒸汽密度相比，參比水柱密度對(duì)高加水位測(cè)量影響較小，可以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行修正。

5 結(jié)語(yǔ)

以上分析得出重力加速度取值、飽和水飽和蒸汽密度以及參比水柱密度都是影響水位測(cè)量準(zhǔn)確性的因素。在不改變測(cè)量方式的情況下，只對(duì)差壓和水位轉(zhuǎn)換計(jì)算公式進(jìn)行優(yōu)化就可以很大程度上提高水位測(cè)量的準(zhǔn)確性，簡(jiǎn)單有效，對(duì)高加水位的調(diào)整及高加運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性都有重要的意義。