引言

萊城電廠 300 MW 燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐采用上海鍋爐廠生產(chǎn)的型號為 SG1025－17.44－M844 亞臨界強(qiáng)制循環(huán)鍋爐，汽包內(nèi)徑 1 778 mm ，安裝有就地牛眼玻璃水位計(jì)兩臺；差壓式水位計(jì) 3 臺，經(jīng)過汽包壓力修正，信號經(jīng)處理后，使用“三取中”邏輯進(jìn)行信號優(yōu)選。

 

3＃ 鍋爐汽包水位在運(yùn)行中出現(xiàn) LT0902A 與LT0902B 、 LT0903 偏差大， 在 40～70 mm 之間波動(dòng)，根據(jù) 《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要

求》規(guī)定：當(dāng)各水位計(jì)偏差大于 30 mm 時(shí)，應(yīng)立即匯報(bào)，并查明原因予以消除 ［ 1 ］ 。 經(jīng)過對現(xiàn)場設(shè)備反復(fù)排查，和數(shù)次大小修進(jìn)入汽包內(nèi)部測試，分析出了產(chǎn)生誤差的原因，并采取了相應(yīng)的措施，使水位顯示恢復(fù)正常，保證了測量準(zhǔn)確性。

 

1 萊城電廠汽包水位測量的原理

如圖 1 所示，由汽包進(jìn)入凝結(jié)球的蒸汽不斷凝結(jié)成水，多余的水會溢流到汽包內(nèi)，從而保持一個(gè)恒定水位，稱其為參比段水柱，其壓力用 p ＋ 表示。汽包內(nèi)水位也形成一個(gè)壓力，用 p － 來表示。 差壓式水位計(jì)就是利用測量參比水柱產(chǎn)生的壓力和汽包內(nèi)水柱產(chǎn)生的壓力差值來測量汽包水位的 ［ 2 ］ 。 以設(shè)計(jì)零水位 H 0 作為作為汽包水位的零刻度， 超過零刻度的為正水位（ ＋ΔH ），低于零刻度的為負(fù)水位（ －ΔH ）。 根據(jù)以上原理和圖 1 所示，得到水位與差壓的關(guān)系如下：p ＋ ＝p＋Lρ a g （ 1 ）

 

p － ＝p＋ （ L－H 0 －ΔH ） ρ s g＋ （ H 0 ＋ΔH ） ρ w g （ 2 ）

Δp＝p ＋ －p － ＝L （ ρ a －ρ s ） g－H 0 （ ρ w －ρ s ） g－ΔH （ ρ w －ρ s ） g （ 3 ）

式中： H 0 - 設(shè)計(jì)汽包零水位 mm ； ΔH- 汽包水位偏差正常水位的值， mm ； Δp- 對應(yīng)汽包水位的差壓值， mmH 2 O ；

 ρ s - 飽和蒸汽的密度， kg／m 3 ； ρ w - 飽和水的密度， kg／m 3 ； ρ a - 參比水柱在平均水溫時(shí)的密度，kg／m 3 。

汽包正常水位 （ Normal Water Level ， NWL ）指的是鍋爐正常運(yùn)行過程中汽包中的水位應(yīng)該保持的高度，一般稱為汽包零水位。

 

上式中， L 和 H 0 都是常數(shù)； ρ s 和 ρ w 是汽壓的函數(shù)，在特定汽壓下均為定值； ρ a 除了受汽壓影響外，還和平衡容器的散熱條件與環(huán)境溫度有關(guān)，當(dāng)汽壓和環(huán)境溫度不變時(shí)，其值也為定值，這時(shí)，差壓只是汽包水位的函數(shù)。利用差壓變送器將測得的差壓信號轉(zhuǎn)變成便于遠(yuǎn)傳的 4～20 mA DC 電信號， 送到DCS 內(nèi)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、 判斷， 輸出控制指令并在CRT 上顯示水位信號。

 

2 異常情況分析與處理

萊城電廠 3＃ 機(jī)組汽包水位裝有 3 臺變送器，面向鍋爐右側(cè)（ A 側(cè)）裝一臺，編號 LT0902A ，面向鍋爐左側(cè)（ B 側(cè)）裝兩臺，編號 LT0902B 、 LT0903 ，運(yùn)行中 B 側(cè)的 LT0902B 和 LT0903 偏差在 20 mm 以內(nèi)屬于正常現(xiàn)象， 但是和 A 側(cè)的 LT0902A 偏差在40～70 mm 之間，偶爾還會偏差更大，經(jīng)常造成自動(dòng)解除，協(xié)調(diào)解除，對安全穩(wěn)定生產(chǎn)造成較為被動(dòng)局面。 為此根據(jù)汽包水位測量的原理，進(jìn)行了一系列的分析和研究，并不斷開展工作，步步逼近原因真相，成功消除了該隱患。

 

2.1 變送器排查

針對此現(xiàn)象，結(jié)合式（ 3 ）所述的汽包水位和差壓的關(guān)系， shou先懷疑右側(cè)的 LT0902A 變送器本身存在誤差， 安排專業(yè)人員對該變送器進(jìn)行了校驗(yàn)，但經(jīng)過校驗(yàn)變送器符合 0.5 級的要求，在此情況下又先后對 LT0902B 、 LT0903 進(jìn)行了校驗(yàn)， 兩臺變送器均滿足 0.5 級的測量精度，同時(shí)對變送器進(jìn)行0~16.6 MPa 耐靜壓試驗(yàn)， #大偏差為 0.030 4 mA 。誤差符合要求，因此排除變送器測量異常。

 

2.2 兩側(cè)平衡容器安裝高度一致性核定

由圖 1 看出如果由于安裝工藝出了偏差，造成左右兩側(cè)凝結(jié)球安裝高度不同，則會造成汽包兩側(cè)水位測量的“ L ”值不同，由式（ 3 ）可以看出就會造成汽包數(shù)位測量出現(xiàn)偏差。 為此，用乳膠管和玻璃桿進(jìn)行組合，通過灌水，利用聯(lián)通器原理，對左右兩側(cè)的凝結(jié)球高度進(jìn)行了標(biāo)定，經(jīng)標(biāo)定發(fā)現(xiàn)兩側(cè)高度誤差在 5 mm 之內(nèi)，符合汽包水位測量要求。

 

2.3 驗(yàn)證汽包內(nèi)汽水運(yùn)行情況

對 A 、 B 兩側(cè)水位的零點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定， 兩側(cè)零點(diǎn)在 5 mm 之間，符合要求，從運(yùn)行情況來看，兩側(cè)偏差在 10～20 mm 之間， 說明汽包內(nèi)汽水運(yùn)行正常，不存在“燒偏”情況。

 

2.4 對汽包水位測量回路進(jìn)行實(shí)際上水傳動(dòng)試驗(yàn)

在機(jī)組檢修后，通過上水，將汽包凝結(jié)球灌滿水，然后將變送器進(jìn)行排水、排氣、串水，確保變送器管路內(nèi)充滿水，無氣泡。然后進(jìn)行鍋爐放水，觀察汽包水位變化情況，發(fā)現(xiàn) 3 個(gè)水位變送器誤差范圍在 10 mm 內(nèi)， 說明汽包水位測量系統(tǒng)在冷態(tài)的情況下，是完全正常的。

 

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)變送器測量精度和整個(gè)測量回路沒有較大問題，汽包水位冷態(tài)傳動(dòng)試驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)也正常。 但經(jīng)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，汽包水位偏差在點(diǎn)火后，隨著汽壓的增加，特別是汽壓在12 MPa 以后，偏差逐漸增大。 還發(fā)現(xiàn)，偏差在投伴熱的情況下小，停伴熱的情況下大。 說明有一個(gè)因素通過影響汽包水位測量管路而影響了汽包水位測量偏差，據(jù)此把排查的重點(diǎn)放在汽包水位測量管路上。

 

3 汽包水位取樣管路排查

利用伴熱改造的機(jī)會，將所有汽包水位取樣管路的保溫全部拆開，對管路進(jìn)行全程檢查，沒有發(fā)現(xiàn)漏、滲現(xiàn)象，對汽包水位參比段管路進(jìn)行檢查，參比段管路沒有保溫， 符合二十五項(xiàng)反措的要求，但是對參比段的溫度進(jìn)行多點(diǎn)測試發(fā)現(xiàn)了異常情況，A 、 B 兩側(cè)溫度差距較大，具體見圖 2 、圖 3 。

從以上溫度分布可以看出，兩側(cè)汽包水位的高壓側(cè)取樣管，都是從凝結(jié)球的溫度大于 300 ℃ 開始下降， A 側(cè)沿管路由上到下逐漸降低到 50 ℃ ， B 側(cè)在降低到 60 ℃ 后，沒有繼續(xù)降低，反而不斷抬升溫度，到底部分別達(dá)到 80 ℃ 和 90 ℃ ，這種溫度梯度不符合離熱源越遠(yuǎn)溫度越低的傳熱學(xué)規(guī)律 ［ 2 ］ ，這提醒我們，在下部的保溫層里肯定有一個(gè)熱源對兩路取樣管進(jìn)行了加熱，為此聯(lián)系工作人員將底部的保溫層打開，發(fā)現(xiàn)如圖 4 、圖 5 所示現(xiàn)象。

可以看出 A 側(cè)汽包水位的高、 低壓側(cè)取樣管在圈處交接后，垂直下行，而 B 側(cè)汽包水位，高、低取樣管在圈處交接后，平行走敷設(shè)了一段距離后才垂直下行。由于汽包水位的低壓側(cè)取樣管離平衡容器還很近，溫度還很高，在交接處溫度達(dá) 120 ℃ ， B側(cè)汽包水位在交接后，平行走的部分管路，高壓側(cè)管路在上，低壓側(cè)管路在下，而且管路之間非常緊密，低壓側(cè)管路相當(dāng)于一個(gè)高溫?zé)嵩矗�不斷對高壓�?cè)管路加熱， 這就是 B 側(cè)汽包水位高壓側(cè)取樣管在降低到 60 ℃ 后，沒有繼續(xù)降低，反而不斷抬升溫度的根本原因。 而 A 側(cè)汽包水位取樣管在交接后，垂直下行，管路之間空間較大，這種管路敷設(shè)方式低壓側(cè)對高壓側(cè)的傳熱量很少，所以其溫度沒有出現(xiàn)“反升”現(xiàn)象。

 

4 汽包水位管路溫差大對測量數(shù)據(jù)影響與處理

通過以上分析， 發(fā)現(xiàn)了 B 側(cè)汽包水位取樣管由于管路敷設(shè)的原因，導(dǎo)致高壓側(cè)取樣管溫度異常升高，管路中的水溫度也必將相應(yīng)升高，水的密度隨溫度的上升而降低，水的密度降低后，差壓變送器的高壓側(cè)靜壓力就會相應(yīng)降低。而低壓側(cè)靜壓力不變，變送器的輸出差壓（ Δp ）就會降低，從式（ 3 ）可以看出， Δp 與 ΔH 成反比，所以隨著變送器輸出差壓的非正常降低， 汽包水位在 DCS 里的顯示值就會非正常偏高， 這就是 A 、 B 兩側(cè)汽包水位在DCS 里顯示偏差大的根本原因。 而通過將 B 側(cè)汽包水位水平段的保溫打開，加強(qiáng)通風(fēng)，使高壓側(cè)取樣管的溫度降下來， 也驗(yàn)證了以上分析的正確性。

圖 6 是保溫打開前后的汽包水位歷史曲線。

雖然通過保溫拆除加強(qiáng)通風(fēng)降溫，暫時(shí)消除了汽包水位偏差，但在冬季還要考慮防凍問題，因此拆除保溫只是臨時(shí)措施， 要從根本上解決此問題，還需要在停機(jī)的時(shí)候，對 B 側(cè)取樣管路進(jìn)行改造，按照高低取樣管相互間影響#小的原則，科學(xué)設(shè)計(jì)走向，嚴(yán)格敷設(shè)工藝，才能從根本上解決此問題。

 

5 結(jié)束語

汽包水位測量，從原理上來看比較簡單，但影響因素眾多，特別是面對復(fù)雜的現(xiàn)場，有很多不可預(yù)知的問題， 對水位的測量值造成或高或低的誤差，對鍋爐的安全運(yùn)行、自動(dòng)投入、實(shí)時(shí)監(jiān)控帶來較大影響，對于類似的汽包水位的偏差問題，都可以從基本的原理入手，從安裝、補(bǔ)償和保溫等方面查找問題。 希望本文的分析，能夠給大家在汽包水位測量方面帶來一點(diǎn)啟發(fā)。

 

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