300MW機組汽包水位測量系統

孟祥　李運明

摘 要：保持鍋爐汽包水位在正常范圍是鍋爐運行的一項重要的安全指標。豫新發電公司#6、7機組鍋爐汽包水位測量系統自2005年投運以來，基本可滿足機組正常使用，但是在使用過程中由于改造、維護不當曾造成過汽包水位測量偏差大、波動大，三組水位計之間顯示誤差大等情況，嚴重影響了鍋爐運行的安全性。本文結合豫新發電公司300MW機組水位測量系統，淺析了汽包水位測量系統原理和一些維護過程中遇到的具體問題處理。

關鍵詞：汽包；水位；差壓；電接點；云母

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

一、豫新發電公司汽包水位測量系統簡介

豫新發電公司使用武漢鍋爐廠生產的WGZ1070/17.5—6自然循環式鍋爐。目前汽包水位檢測系統包括4臺差壓式水位計（一臺內置、3臺外置）、兩臺電接點水位計、兩臺云母水位計。其中差壓式水位計引入DCS系統，采用三取中水位保護（另一臺差壓水位計備用，也供試驗時使用）。電接點水位計一側測量高液位（-300mm～+1000mm）、一側測量正常液位（-300mm～+300mm），通過電纜引入集控室監控盤，通過聲光進行顯示、報警。云母水位計通過監控電視傳輸到集控室監控盤。

二、水位測量原理

1.差壓式水位計

差壓式水位計是通過把水位高度的變化轉換成差壓的變化來測量水位的（如圖1所示），因此，其測量儀表就是差壓計。差壓式水位計準確測量汽包水位的關鍵是水位與差壓之間的準確轉換，這種轉換是通過平衡容器形成參比水柱來實現的。豫新發電公司兩臺機組汽包差壓水位計各由一臺內置，3臺外置單室平衡容器測量裝置組成。

1.1 外置式

正負壓管輸出的壓差值△P按下式計算：

△P=P+-P-=L（ρa-ρs）g-H（ρw-ρs）g

式中：

ρa——參比水柱（正壓側）的密度；ρw——汽包內飽和水密度；ρs——汽包內飽和蒸汽密度；H——汽包內實際水位。

由上式可以看出，如果ρa、ρw近似相等，就能看出△P和L、H之間的關系：差壓越大，汽包水位（H）越低。反之，水位越高。

但在測量時主要存在兩個問題，會造成偏差：

（1）平衡容器會向外散熱，凝汽筒中水溫不可能和汽包內完全相同，所以密度就不會相同。（2）汽包壓力變化時，密度會發生顯著變化。

消除誤差的方法有兩種：

（1）對變送器輸入信號引入壓力補償。（目前，基本所有300MW電廠均采用此種方法）。（2）改進平衡容器的結構，消除誤差。（豫新電廠#1測點即改造成內置式，誤差降低、抗擾動能力增強，仍需補償。）

1.2 內置式

為提高測量精度，保證機組安全運行，豫新電廠#2、3、4測點為外置式，#1測點由河南省電力試驗研究院提供方案，在2008年#7機組B修過程中改造為內置式。

平衡容器內置后，正負壓側受汽包壓力影響明顯降低，提高了測量精度。在改造過程中落實了汽包水位以汽包中心線以下50mm為額定零水位的運行要求。各水位測量系統按照實際測量的量程和位置高度設定有關參數，并對各DCS模塊參數分別設定。

2.云母式水位計

豫新發電公司采用低偏差云母水計，是基于聯通管式原理，輔以光學系統，利用光從空氣進入蒸汽或水產生不同的折射，使汽水界面顯示成紅、綠兩色的分界面，顯示清晰，利用工業電視遠傳顯示。由光源發出的紅、綠光，射向水位計本體液腔。在腔內汽相部分，紅光射向正前方，而綠光斜射到壁上被吸收。而在腔內液相部分，由于水的折射使綠光射向正前方，而紅光斜射到壁上。因此在正前方觀察，顯示汽紅水綠。

3.電極水位計

電極（電接點）汽包水位測量裝置也是一種基于聯通管式原理的測量裝置，與云母水位計不同之處在于測量筒內有一系列組成測量標尺的電極，由于汽、水電導率的很大差別，造成處于汽和水中的電極電阻值有很大差別，以此來判斷水位高度，遠傳儀表也是以汽紅水綠顯示。階躍式顯示是電極水位計的固有特性，為了滿足運行監視要求，在常用監視段（±100mm）內電極設置密集些，如高液位測量筒其電極位置設置為：0、±15、±30、±50、±75、±100、±150、±200、±250、±300mm。電極在測量筒上按120°分布，為了防止電極的極化作用，需采用交流電源，一端接電極芯，另一端接測量筒體的公共電極。

三、豫新發電公司水位測量系統保護配置

1.鍋爐汽包水位控制（#2DPU）和保護系統（#9DPU）獨立配置冗余的控制器，最大限度地減少故障風險，降低故障停爐率。

2.鍋爐汽包水位控制分別取自3個獨立的差壓變壓器信號，分別通過3個獨立的輸入/輸出（I/O）模件，引入DCS，經三取中邏輯判斷后用于控制。

3.鍋爐汽包水位保護分別取自3個獨立的差壓式水位測量裝置（當采用6套配置時）的信號，分別通過3個獨立的I/O模件，引入DCS的冗余控制器，經三取中邏輯判斷后用于保護。并將3個模擬信號與設定值比較轉換成開關量信號，而后經三取二邏輯用于保護。

4.每個汽包水位信號補償用的汽包壓力變送器分別獨立配置，并分別與對應汽包水位信號在同一個I/O模件上引入DCS控制器。

5.進入DCS的汽包水位測量信號設置包括量程范圍、變化速率等壞信號檢查剔除手段。

四、水位測量系統維護中出現一些問題和注意事項

1.汽包水位測量裝置應定期利用停爐機會根據汽包內水痕跡或其他有效的方法核對水位表（計）的零位值。鍋爐啟動時應以電極式汽包水位測量裝置為主要監視儀表；鍋爐正常運行中應經常核對各個汽包水位測量裝置間的示值偏差，當偏差超過30mm時應盡快找出原因，進行消除。

2.管路應敷設在環境溫度為5℃～50℃的范圍內，否則應有防凍或隔熱措施。水位測量管路不應靠近熱表面，其正、負壓管的環境溫度應一致。因為水位測量差壓較小，如果測量管路靠近熱表面，或兩根差壓管受環境溫度影響不一致，會引起正、負壓管內水柱有溫度差，使密度不一樣而產生測量誤差。特別是其中一根管離介質流動的熱管路過近時，將使正、負壓測量管內介質密度所引起的差壓值大于測量的差壓值，而無法進行測量。在冬季應該提前檢修伴熱帶、保溫柜以及管路保溫情況，及時修復。豫新電廠就出現過因為管路上凍，造成水位波動大的情況。

3.由于汽包水位測量系統使用的閥門多為高壓截止閥，其閥門結構特點是低進高出，閥門進、出水口不在同一個水平面上，為防止儀表取樣發生“汽塞”或“水塞”，所以在安裝水位測量裝置取樣閥門時，應使閥門閥桿處于水平位置，且應良好保溫。

4.在進行水位變送器校驗時，一定要注意保證參比水柱不能流失，如果水柱流失，則需要在啟動鍋爐時應結合汽包上水對平衡容器進行上水，否則會造成水位變送器無法測量。筆者在某電廠1000MW機組檢修時，在對除氧器水位變送器校驗時，因為將參比水柱流失，造成啟動時水位無法監視，只能由值班人員通過就地水位計觀測，后來經過多次對平衡容器倒灌，水位變送器才恢復使用。

5.水位變送器排污門泄漏，也是造成水位偏高（負壓側漏）或偏低（正壓側漏）的主要原因。出現此種情況之后，可以通過短暫排污再迅速關排污門的方法，如果排污門里有雜質，通過此種方法可以消除泄漏。否則只能加裝或更換排污門。

結語

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：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。所以，掌握水位（表）計的工作原理并根據現場實際情況采取正確的調整及檢修方法，是運行和檢修人員保持鍋爐汽包水位在正常范圍內的重要手段。

參考文獻

[1]侯子良.鍋爐汽包水位測量系統[M].北京：中國電力出版社，2005（6）：245-246.