萊城電廠3#機(jī)組汽包水位測(cè)量偏差大原因分析

王永先

（華電國際萊城電廠，山東 萊蕪 271100）

0 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(hào)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(tái)；差壓式水位計(jì)3臺(tái)，經(jīng)過汽包壓力修正，信號(hào)經(jīng)處理后，使用“三取中”邏輯進(jìn)行信號(hào)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備反復(fù)排查，和數(shù)次大小修進(jìn)入汽包內(nèi)部測(cè)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(cè)量準(zhǔn)確性。

1 萊城電廠汽包水位測(cè)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(huì)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(cè)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(cè)量汽包水位的［2］。以設(shè)計(jì)零水位H0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：

式中：H0-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(duì)應(yīng)汽包水位的差壓值，mmH2O；ρs-飽和蒸汽的密度，kg／m3；ρw-飽和水的密度，kg／m3；ρa(bǔ)-參比水柱在平均水溫時(shí)的密度，kg／m3。

圖1 萊城電廠汽包水位測(cè)量原理示意圖

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H0都是常數(shù)；ρs和ρw是汽壓的函數(shù)，在特定汽壓下均為定值；ρa(bǔ)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(cè)得的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于遠(yuǎn)傳的4～20 mA DC電信號(hào)，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(hào)。

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(tái)變送器，面向鍋爐右側(cè)（A側(cè)）裝一臺(tái)，編號(hào)LT0902A，面向鍋爐左側(cè)（B 側(cè)）裝兩臺(tái)，編號(hào) LT0902B、LT0903，運(yùn)行中B側(cè)的LT0902B和LT0903偏差在20 mm以內(nèi)屬于正?，F(xiàn)象，但是和A側(cè)的LT0902A偏差在40～70 mm之間，偶爾還會(huì)偏差更大，經(jīng)常造成自動(dòng)解除，協(xié)調(diào)解除，對(duì)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(cè)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(duì)此現(xiàn)象，結(jié)合式（3）所述的汽包水位和差壓的關(guān)系，首先懷疑右側(cè)的LT0902A變送器本身存在誤差，安排專業(yè)人員對(duì)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(jí)的要求，在此情況下又先后對(duì)LT0902B、LT0903進(jìn)行了校驗(yàn)，兩臺(tái)變送器均滿足0.5級(jí)的測(cè)量精度，同時(shí)對(duì)變送器進(jìn)行0～16.6 MPa耐靜壓試驗(yàn)，最大偏差為0.030 4 mA。誤差符合要求，因此排除變送器測(cè)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(huì)造成汽包兩側(cè)水位測(cè)量的“L”值不同，由式（3）可以看出就會(huì)造成汽包數(shù)位測(cè)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(duì)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(cè)量要求。

2.3 驗(yàn)證汽包內(nèi)汽水運(yùn)行情況

對(duì)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(duì)汽包水位測(cè)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(cè)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(cè)量精度和整個(gè)測(cè)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(cè)量管路而影響了汽包水位測(cè)量偏差，據(jù)此把排查的重點(diǎn)放在汽包水位測(cè)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(huì)，將所有汽包水位取樣管路的保溫全部拆開，對(duì)管路進(jìn)行全程檢查，沒有發(fā)現(xiàn)漏、滲現(xiàn)象，對(duì)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(duì)參比段的溫度進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)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。

圖2 A側(cè)汽包水位

圖3 B側(cè)汽包水位

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(duì)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。

圖4 A側(cè)汽包水位

圖5 B側(cè)汽包水位

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粩鄬?duì)高壓側(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(duì)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(duì)測(cè)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(huì)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(huì)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(huì)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。

圖6 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(duì)B側(cè)取樣管路進(jìn)行改造，按照高低取樣管相互間影響最小的原則，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(cè)量，從原理上來看比較簡單，但影響因素眾多，特別是面對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)，有很多不可預(yù)知的問題，對(duì)水位的測(cè)量值造成或高或低的誤差，對(duì)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(duì)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(cè)量方面帶來一點(diǎn)啟發(fā)。

［1］ 劉吉川，于劍宇，褚得海，等.汽包水位測(cè)量新技術(shù)［J］.中國電力，2006，39（3）：102－104.

［2］ 高廣洲.淺析鍋爐汽包水位測(cè)量控制策略［J］.工業(yè)B，2015，25（3）：71.