超超临界机组高加水位测量偏差分析与处理

陈长和，张大壮，郭 勇，翁献进，张海卫，陈荣义

（浙江浙能温州发电有限公司，浙江 温州 325600）

0 引言

某发电厂#7 机组是600MW 超临界燃煤机组，采取单轴四缸四排汽再热凝汽式汽轮机，其高加采用卧式U 型管结构，分水侧和汽侧。每台高加配置一台磁性翻板水位计，3 台高液位开关，1 台低液位开关和3 台差压变送器。其中，磁性翻板水位计用于现场实际水位观察，高、低液位开关用于高加报警，差压式水位变送器用于显示器上模拟量显示以及高加水位控制和联锁保护。机组投入商业运行后，基建遗留高加水位开关量、模拟量、电接点、就地翻板测量偏差大问题以及高负荷下，高加端差大问题，一直未能得到很好解决。

图1 平衡容器液位测量原理图Fig.1 Schematic diagram of liquid level measurement of balance vessel

高加做为电厂热力系统的重要辅助设备，其运行状况的优劣不仅影响机组的安全性，同时对机组的经济性也有较大的影响[2]。要使高压加热器安全经济运行，应确保高加疏水水位控制在零水位附近。但由于设计、安装和调试上的不完善，某发电厂#7 机组的3 台高加水位开关量、模拟量、电接点、就地翻板测量偏差较大，同时端差偏大，热交换效率低[3]。本文对故障现象进行分析和处理措施探讨，并进行归纳总结，为其它火电机组提供参考。

1 差压式液位计原理

差压式液位计是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。其测量过程是将容器内的液位信号通过平衡容器转换为相应差压信号，经差压变送器和二次仪表来测量液位的高低[4]。如图1 所示，当导压管一端接液相，另一端接汽相时，根据流体静力学原理，可得容器内液位差压ΔP 为：

式中：ρ″——被测介质密度。

ρ'——饱和蒸汽密度。

ρ——平衡容器内水的密度。

h0——最低水位为基准的水位高度。

h——容器内水位最大测量范围。

g——被测当地的重力加速度[5]。

2 原因分析

2.1 液位开关动作值检查

以某发电厂#7 机组#2 高加为例，对高加各液位开关动作值进行检查。

图2 高加本体上正常水位刻度线Fig.2 Normal water level mark on high pressure heater

比对标准：高加本体上正常水位刻度线（既零水位线）、水位低报警刻度线[6]。

检查方法：先通过灌满水的透明皮管，利用连通器原理在测量筒上做出相对于高加本体上正常水位刻度线，再利用虹吸原理通过透明皮管从测量筒底部排污阀灌水至测量筒，缓慢灌水至#2 高加水位低开关恢复，恢复值为正常水位刻度线以下18mm 左右，再缓慢放水至#2 高加水位低开关动作，动作值为正常水位刻度线以下38mm 左右，与高加本体上水位低报警刻度线基本一致。以上试验说明，#2 高加水位开关动作值和恢复值是正确的（相对于高加本体上的水位刻度线来说），同时检查其他几个液位开关（高、高高、高高高），开关动作均正常。

2.2 水位模拟量信号检查

比对标准：高加本体上正常水位刻度线（既零水位线），如图2 所示。

检查方法：①关闭#1 水位变送器的低压侧隔离阀；②拆开变送器校验用接口闷头；③利用虹吸原理将透明皮管灌满水（确保无气泡）；④将透明皮管连接到水位变送器上校验接口上；⑤将透明皮管的另一头拉到高加本体上正常水位刻度牌处，并调整皮管高度使皮管内水位高加正常水位刻度线一致，查看CRT 上#1 水位模拟量显示数值为135mm；⑥将皮管拉到变送器高压侧冷凝筒处（高加顶部），并调整皮管高度，使皮管内水位与冷凝筒处导汽管底部一致，查看CRT 上#1 水位模拟量显示数值为2215mm。

同样方法检查#2 高加#2、#3 水位信号和#3 高加#1水位，统计数据见表1。

从表1 可以看出：① 变送器高压侧冷凝筒内凝结水基本是满水的，采用低压侧灌水检查水位的方法是可信的；② 3 个水位信号在高加本体正常水位刻度线（既零水位线）时，CRT 显示数值都偏高100mm 以上；③ 3 个冷凝筒安装高度存在微小偏差；④ #3 高加零位基准高度比#2 高加要高。

表1 高加水位信号统计Table 1 Statistics of water level signal of high pressure heater

2.3 DCS系统组态检查

经检查：① 3 个变送器量程为0Kp ～29.5Kp；② 高加水位信号采用高加压力进行水位补偿；③ 高加水位的模拟量零位的确定是通过压力补偿后的水位减去高加本体正常水位刻度线到低压侧取样口的高度，但是#1、#2、#3高加的高加本体正常水位刻度线到低压侧取样口的高度各不同（#1 高加为690mm，#2 高加为620mm，#3 高加为815mm），偏差较大。

2.4 历史数据检查

通过和运行人员的沟通以及对历史数据曲线的调用，分析得出以下结果：

① 2018 年9 月18 日，要求运行人员将#2 高加水位设定值从0mm 设到40mm，水位低报开关还是不能恢复；②查看最近一次停机后#1、#2、#3 高加水位低开关动作情况如下：#1 高加水位低在-200mm 动作；#2 高加水位低开关机组运行以来一直没有恢复过，一直处于工作状态；#3 高加水位低在-50mm 动作。

2.5 #2高加就地实际相关数据测量

#2 高加就地实际相关数据测量结果如图3 所示。

图2 中正常水位线（红线）到高加底部的高度为机务图纸上给出的，其它数据为实地测量所得。

从图2 可以看出：① DCS 系统量程设置为2950mm，是根据高加上下取样水平管的高度差来设置的，这与就地实际测量值一致；② 本体上正常水位线与下取样水平管的距离=820mm-120mm=700mm，而DCS 系统模拟量零水位偏置设置为620mm，存在偏差。

2.6 检查总结

通过以上各项检查以及交流讨论得到以下结论：

图3 #2高加就地实际相关数据测量结果图Fig.3 Measurement results of local actual data of#2 high pressure heater

1）在停机状态下，#2 高加水位低开关相对于正常水位刻度线来说动作正常，定值也是对的。

2）就地3 个水位变送器的量程为0 ～29.50，单位为KPa，而DCS 系统中单位为mm，两者不一致，需统一单位。就地变送器需改为毫米水柱为单位，避免变送器自身单位换算引起测量误差（0kpa ～29.5kpa 对应的是0mm ～3008mm H2O）。

3）模拟量零位基准（620mm）和高加厂家给出正常水位刻度线高度（700mm）不一致，偏差较大，差80mm。这样在机组正常运行中，如果运行将模拟量水位控制在0mm的话，实际高加内部液位在正常水位刻度线以下80mm 处，而水位低开关是按照正常水位刻度线的基准来确定动作值的，这样在机组运行时，高加水位运行水位在相对于正常水位刻度线以下80mm，也就是-80mm，而水位开关动作值为-38mm，所以机组运行就一直水位低报警，不能复位；同时，#3 高加水模拟量零位基准为815mm，这样在模拟量为0mm 时，使得在实际运行中#3 高实际水位要比#2 高加高95mm，所以水位低开关是会恢复的，这也间接说明#2高加的模拟量水位基准设置存在问题。

4）按照目前的设置，#2 高加在高加内部实际水位88mm 时就会解列。

5）以上检查都是在机组停运时进行，实际运行中的可能由于高加自身热膨胀、疏水流动等原因会有所差别。

3 改进措施

根据以上#7 机#2 高加水位零位位置检查情况，需汽机专业确定零水位基准点，仪控人员根据新基准点，需对变送器零水位进行迁移，因高加液位保护以开关量、模拟量共同参与，此次水位修正不宜过多，以开关量正常范围为准，液位开关物理位置待停机后进行调整。具体执行情况如下：

1）热工强制#7 机#2 高加模拟量保护信号。

图4 高加水位测量示意图Fig.4 Water level measurement diagram of high pressure heater

2）运行缓慢抬高水位至50mm ～100mm，点检现场查看就地液位变化情况。接下来再根据就地水位及水位开关量和报警情况决定是否继续抬高水位，若出现水位高一值报警的，则记录当时模拟量水位数值，再将水位调低50mm作为运行的0 位数值。

3）在水位上升的过程中，若就地翻板液位计显示大于80mm 的，液位就不再抬高。

4）运行人员监视#2 高加进汽温度，若出现突降20℃的，马上开启事故疏水降低水位；若过程中高加保护动作解列的，做好高加解列后的检查操作。

5）热工将高加水位0 位重新标定后，将强制的模拟量信号恢复。

高加水位测量如图4 所示。向下距管束中心线距离774mm+70mm=844mm，在翻板液位计的实际位置如图5所示。

4 结语

通过对某发电厂液位开关、差压式变送器、DCS 组态、历史数据的检查和对高加就地实际相关数据的测量，指出了高加水位测量中存在的问题以及导致偏差的原因，给出了问题的处理建议和方法。通过改进措施，基本已经消除了高加水位测量偏差大和高加端差大的问题。改进成功后，机组可靠性提高了，机组安全经济的运行也得到了保证。