汉川电厂汽包水位测量存在的问题分析及改进

陈节涛,肖 波,卓旭升,吴尔夫

(1.国电汉川发电有限公司，湖北 汉川 31614；2.武汉工程大学，湖北 武汉 430205）

0 引言

目前汉川电厂300 MW机组主要有就地云母水位计、磁性翻板水位计、电接点水位计、差压式水位测量装置四种不同的水位测量装置。就其应用而言，云母水位计、磁性翻板水位计属于就地显示仪表，具有"眼见为实"的特点，通过摄像头等手段可以实现将就地翻版水位实时远传，在DCS集控室中的大屏上显示出来，用以提醒运行人员。电接点水位计属于远方显示仪表，在大修后首次上水差压水位计未投运正常前，运行人员结合翻版水位计用来监视汽包水位。差压式水位测量装置用于远传显示和实现汽包水位的自动控制，分别对汽包两侧的3个差压式汽包水位测量信号取中值后再通过在DCS中高、低选后，用作汽包水位高低MFT保护信号。差压式水位测量装置具有测量精度上的优势，其较前几种测量装置精确得多，汉川电厂目前使用的汽包水位测量差压变送器的精度为0.25级，即在测量1 000 mm水位时的误差只有2.5 mm。

1 差压式水位测量装置工作原理与压力补偿

1.1 差压式水位测量装置的工作原理

以汉川电厂锅炉汽包水位测量为例，图1为其差压式水位测量装置组成简图。差压式水位测量装置主要组成部分为连通管、平衡容器、引压管、差压变送器。

图1 差压式水位测量装置Fig.1 Differential pressure water level measurement

正压测取样管，汽包内的饱和蒸汽在凝结球(平衡容器)内不断散热凝结，平衡容器内的液面总是保持恒定，所以正压管内的水柱高度是恒定的。负压测取样管的水柱高度则随着汽包实际水位H而变化，因此可以通过正负压的差压信号来测量汽包水位。

由式（1）可知，当平衡容器的安装结构一定（即L确定)、汽包压力一定（ρw、ρs确定）及ρ1一定的条件下，正负压管的差压输出△p与汽包水位H呈反向线性关系，即水位越低，差压越大。

1.2 DCS中实现汽包压力的补偿

令上式中的f1(P)=(ρ1-ρs)g，f2(P)=(ρw-ρs)g

汽包压力P与密度差的关系，可用几段折线来更好地逼近

（4）、（5）、（6）式中：

H—容器水位；

ρ1—平衡容器中水的密度；

ρw—汽包压力下饱和水的密度；

ρs—汽包压力下饱和汽的密度；

H0—汽包水位的0位与负压侧取样管间的高度差；

L—平衡容器正压侧与负压侧取样管间的高度差。

图2 汽包压力补偿DCS实现Fig.2 Implementation of Drum pressure compensation in DCS

经过汽包压力对密度补偿后的汽包水位，比单纯使用差压式水位测量装置测量出来的汽包水位更加接近汽包水位的实际值。

2 差压式水位测量装置安装和投运注意事项

2.1 差压式水位测量装置安装注意事项

（1）每个水位测量装置都应有独立的取样孔，对水位补偿的汽包压力测点也应相互独立。

（2）测量装置安装时均应以汽包同一端的几何中心线为基准线。

（3）水位测量装置的取样一次门、二次门应使阀杆处于水平位置。

（4）安装汽水侧取样管时，应保证管道的倾斜度不小于100：1.对于汽侧取样管应使取样孔侧低，对于水侧取样管应使取样孔侧高。

（5）平衡容器及容器下部形成的参比水柱的管道不得保温。

（6）引到差压变送器的两根取样管道应平行辐射共同保温，并根据需要采取防冻措施（加伴热），但在任何情况下，伴热措施不应引起正、负压侧取样管介质产生温差。

2.2 差压式水位测量装置投运时的注意事项

（1）检修后，变送器投运前，汽包测量管道到平衡容器的一次门开，平衡容器到变送器的一次门开、二次门关，差压变送器三阀组平衡门开。汽包上水时，开汽包顶部的排空气门，上水至汽包排空气门有水漫出。

（2）打开差压式水位测量装置底部的排污门进行排污，待出水无污渍、出水均匀、无排空气的急促声音，关闭差压式水位测量装置底部的排污门。

（3）打开差压式水位测量管道正、负压侧的排污门进行排污，待出水无污渍、出水均匀、无排空气的急促声音，关闭差压式水位测量管道正、负压侧的排污门。

（4）打开差压式水位测量管道负压侧的二次门，打开差压变送器三阀组的负压侧二次门，打开差压变送器三阀组的负压侧排污口，对变送器负压侧（水侧）进行排污。待出水无污渍、出水均匀、无排空气的急促声音，关闭差压变送器三阀组的负压侧排污口，关闭差压变送器三阀组的负压侧二次门。

（5）打开差压式水位测量管道正压侧的二次门，打开差压变送器三阀组的正压侧二次门，打开差压变送器三阀组的正压侧排污口，对变送器正压侧（汽侧）进行排污。待出水无污渍、出水均匀、无排空气的急促声音，关闭差压变送器三阀组的正压侧排污口，打开差压变送器三阀组的负压侧排污口，待出水无污渍、出水均匀、无排空气的急促声音，关闭差压变送器三阀组的负压侧排污口。

（6）打开差压变送器三阀组的负压侧二次门，关闭差压变送器三阀组的平衡门，变送器投入运行。

此过程只适用于检修后汽包水位测量装置投运，在平时机组运行或锅炉已起压过程中不适用，机组运行或锅炉已起压后水位显示不正常，只能开差压变送器三阀组的平衡门后关闭，待汽侧水位凝结正常后，水位显示就正常了。

3 汉川电厂汽包水位测量出现过的问题及解决措施

3.1 存在的问题

（1）测量偏差。对同一水位不同测量变送器的示值有较大区别，两侧的显示偏差高达60 mm，即便是同侧偏差有时也高达几十mm，且当机组负荷变化时偏差也不同，其规律不易找出。一次机组A修机会，联系机务、运行专业，利用U型管，以汽包的几何中心线为零点，对比两侧汽包测量筒的几何中心线，发现两侧相差15 mm。分析汽包两侧汽包水位测量筒的取样位置和锅炉配备的3台炉水循环泵的位置，结合历史趋势发现，测量变送器显示的示值与炉水循环泵运行的方式也有关系，运行的炉水循环泵侧的汽包水位一般会偏低。

（2）测量孔的共用。原始汽包提供的取样孔较少，因此实际电厂中B侧汽包水位差压变送器与电接点水位计共用取样孔，仅采用二次门进行隔离，且B侧汽包水位2台差压变送器也是采用共用取样筒。存在的共用取样孔和平衡容器的情况，没有做到相互独立。

（3）对汽包水位测量信号的分析是在模拟量控制系统中，水位保护逻辑在炉膛安全监视系统中，汽包水位测量信号三取中值后经高、低选之后送出开关量信号，用来作为汽包水位高、低MFT保护。两者位于不同的DPU中，信号传输采用的是网络通讯的方式进行，从安全性的角度，减少了信号处理的可靠度。

3.2 原因分析

平衡容器引出管内水温梯度的存在和环境温度的变化，从而导致参比水柱密度变化的不确定性，是使测量示值产生偏差的主要原因。

对汽包压力的补偿未能做到全程补偿，而是采用多段折线方式进行，因此在消除汽包压力变化对介质密度影响的同时，又会不可避免地引入一定的附加误差。

变送器校验时，未将变送器中残存的水处理干净，就进行零点或量程迁移，其结果也会带来附加的误差。

变送器安装时，未将变送器两侧装平，取样管道一侧高、一侧低，其结果也会带来附加的误差。

排污门、排污口、管路泄漏。因为汽包水位测量量程相对较小，渗漏对测量结果的影响较灵敏。在新换测量管道后，要特别关注焊接口，以防沙眼或裂纹。排污门除关注阀门质量外，尽量采用两个门串联安装，以提高可靠性。[1]

3.3 解决措施

引起测量偏差的因素和原因有很多，由于测量原理、测量环境变化上、运行方式上造成的误差不可避免，可以通过手段来努力减小测量偏差。[2]

（1）更换内置式平衡容器，来克服水温梯度的存在和环境温度的变化引起参比水柱密度变化的不确定性。在未更换内置式平衡容器前，在汽包水位计算公式中引入参比水柱的平均温度补偿，能够实现不同的环境温度下的补偿。

（2）汽包水位多测孔接管专利的实际应用，圆满解决信号取样的独立性要求，不用在汽包上从新开孔而增加水位测孔。

（3）利用检修汽包人孔门开启的机会，对照汽包内水痕迹，核对汽包水位的零位值偏差并进行修正。

（4）变送器安装完毕，打开变送器三阀组平衡门，测量电流值，确保位于4 mA附近，没有零点漂移。

4 结语

汽包水位测量的准确性和可靠性是实现汽包水位自动控制的前提，是防止汽包满水、缺水，防止汽轮机进水的重要保证。正确地安装、及时地检修维护、存在的问题及时解决、及时排除故障，是汽包水位测量能够长周期可靠运行的保证。

[参考文献]（References）

[1]孙长生,蒋健,刘卫国,等.浙江省火电厂锅炉汽包水位测量问题分析及改进[J].电力建设,2010,(10)：56-60.SUN Changsheng,JIANG Jian,LIU Weiguo,et al.Analysis on the problems in drum water level measurement of Zhejiang thermal power plants[J].Electric Power Construction,,2010,(10)：56-60.

[2]侯子良，刘吉川.锅炉汽包水位测量系统[M].北京：中国电力出版社，2006.HOU Ziliang,LIU Jichuan.Drum waterlevelmeasurement system[M].Beijing：China Power Press,2006.