燃气-蒸汽联合循环发电厂在线化学仪表测量准确性研究

王仁雷， 李海洋，王云灵，衡世权，梁中亚

(1.华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.上海奉贤燃机发电有限公司，上海 201403)

0 引言

水汽品质的准确监测是保证发电机组安全经济运行的必要手段之一[1]，由于高参数机组对水汽品质的要求不断提高，手工取样测量已不能取代在线化学代表在化学监督中的地位，发电厂水汽品质主要依靠在线化学仪表进行监督[2]。提高在线化学仪表测量准确性和可靠性，对发电厂的安全经济运行具有重要的意义。

目前，国内有不少燃气-蒸汽联合循环发电厂水汽品质监测合格率很高，但水汽系统热力设备仍然出现了明显的腐蚀、结垢和积盐现象，对电厂的节能降耗和安全运行产生了不利影响[3]。近年来，随着技术的不断进步，确认问题主要是由于在线化学仪表测量不准确造成的[4]。因此为了准确掌握此类电厂在线化学仪表测量准确性现状，依据《发电厂在线化学仪表检验规程》(DL677-2018)，2018-2019年对某大型发电集团下属11家燃气-蒸汽联合循环发电厂35台机组(单机容量等级情况为60MW，占比5.7%；100MW，占比5.7%；200MW，占比42.9%；300MW，占比22.9%；400MW，占比22.9%)的6类在线化学仪表(包括电导率表、氢电导率表、pH表、溶解氧表、钠表、硅表)采用YHJ-V型检验装置进行了检验校准[5]。

1 在线化学仪表准确性现状

11家燃气-蒸汽联合循环发电厂的单台机组容量等级从60MW到400MW不等，基本涵盖国内联合循环发电机组所有类型，检验结果具有较好代表性。具体统计结果如表1及图1所示。

图1 各联合循环发电厂在线化学仪表合格率情况

表1 燃气-蒸汽联合循环电厂在线化学仪表准确性统计结果

通过对35台联合循环机组共776台在线化学仪表的检验结果统计，发现目前在线化学仪表普遍存在准确性差的问题[4-8]。各个发电厂在线化学仪表合格率范围在33.3%～73.6%之间，检验的仪表中有353台表测量值超过允许误差，总体合格率为54.4%。

6类在线化学仪表的合格率参差不齐，电导率表最高，合格率为85.0%，溶解氧表(73%)、硅表(58.5%)、氢电导率(41.4%)、pH表(31.6%)的合格率依次降低，钠表最低，合格率为24.1%。各类仪表合格率远不能满足《燃气-蒸汽联合循环发电厂化学监督技术导则》(DL/T1717-2017)规定的主要在线化学仪表准确率应不小于96%的要求[9]，11家发电厂有7家在线化学仪表合格率低于60%，氢电导率表、pH表、钠表、硅表这四类仪表合格率均低于60%，由此可见燃气-蒸汽联合循环电厂在线化学仪表配备率和投运率虽然保持在较高水平，但测量准确性和可靠性却不容乐观。

2 在线化学仪表误差来源分析

2.1 在线电导率表误差来源分析

电导率表是发电厂水汽系统中关键仪表之一，其测量准确性影响因素众多[10-11]，主要有温度补偿、温度测量、电极常数、二次仪表引用误差和电极异常(主要指电极老化、污染或损坏)等[12]。统计分析了35台整机工作误差不合格的在线电导率表误差来源，结果如表2所示。

表2 在线电导率表误差来源分析

从表2可知引起电导率表整机工作误差不合格的因素中，温度补偿占比最高，为最主要因素，其次为电极常数。温度测量和电极异常对在线电导率表测量也存在一定影响，二次仪表引用误差出现几率最小。

2.2 在线氢电导率表误差来源分析

在线氢电导率是监控水汽系统阴离子含量的关键参数之一，其测量准确性对于控制整个水汽系统以及汽轮机叶片的腐蚀有重要影响[13-15]。与在线电导率表相比，除了温度补偿、温度测量、电极常数、二次仪表引用误差和电极异常等测量影响因素，还有一种重要影响因素，即氢交换柱附加误差[16-17]。统计分析了123台整机工作误差不合格的氢电导率表误差来源，结果如表3所示。

表3 在线氢电导率表误差来源分析

表3结果表明，与电导率表类似，温度补偿和电极常数是造成在线氢电导率表整机工作误差不合格的重要原因，但其中存在氢交换柱附加误差的表计占比接近80%，远高于其他误差来源，是影响整机工作误差的最关键因素。

2.3 在线pH表误差来源分析

连续准确的测量并调节pH值是控制水汽系统金属腐蚀的主要手段之一，在线pH表的测量准确性对于机组的安全经济运行至关重要[18-19]。校准误差、温度补偿误差、二次仪表示值误差、电极异常等会造成在线pH表整机工作误差不合格[20-21]，统计了117台不合格在线pH表的误差来源，结果如表4所示。

表4 在线pH表误差来源分析

表4结果表明，校准误差是导致在线pH表整机工作误差不合格的主要原因，电极异常和温度补偿对在线pH表测量存在一定影响，未出现二次仪表示值误差。

2.4 在线钠表误差来源分析

在线钠表主要用于监测发电厂凝结水和蒸汽品质，可以及时发现凝汽器泄漏、精处理系统泄漏和蒸汽品质恶化的情况，对减少水汽系统腐蚀结垢和蒸汽系统积盐有重要意义。造成在线钠表整机工作误差不合格的原因主要有校准误差、碱化不足、电极异常及其他问题[22-23]。统计了44台不合格在线钠表的误差来源，结果如表5所示。

表5 在线钠表误差来源分析

表5结果表明，校准误差占比68.2%，是导致在线钠表整机工作误差不合格的最主要因素，电极异常也会导致整机工作误差不合格，未出现碱化不足情况。其他问题主要包括钠表内部水样管路污堵、钠表长期故障等，同样也是影响仪表投入率和准确率的重要因素。

2.5 在线溶解氧表误差来源分析

控制溶解氧含量是防止机组水汽系统腐蚀、结垢和积盐的重要手段，因此水汽系统溶解氧的准确测量具有重要意义[24]。对于在线溶解氧表来说，校准误差、电极损坏和氧膜问题是导致在线溶解氧表整机工作误差不合格的主要原因[25-26]。统计了17台不合格在线溶解氧表的误差来源，三种主要原因占比结果如表6所示。

表6 在线溶解氧表误差来源分析

表6结果表明，校准误差占比52.9%，是导致在线溶解氧表整机工作误差不合格的主要原因。氧膜问题和电极异常对在线氧表测量存在一定影响，两者占比基本相当。

2.6 在线硅表误差来源分析

在线硅表主要用于监测燃气电厂除盐水和主蒸汽品质，造成在线硅表整机工作误差不合格的原因主要有校准误差和其他问题[27-28]。统计了17台不合格在线硅表的误差来源，结果如表7所示。

表7 在线硅表误差来源分析

表7结果表明，其他问题占比58.8%，主要包括药剂失效、硅表长期故障停运等，是导致整机工作误差不合格的重要原因。同时，校准误差对在线硅表测量亦存在较大影响。

3 检验校准后准确性情况

776台在线化学仪表检验校准后准确性情况如图2和图3所示。

图2 各联合循环电厂在线化学仪表检验后合格率情况

图3 各类在线化学仪表检验后合格率情况

各个燃气-蒸汽联合循环发电厂在线化学仪表合格率提高至78.4%～98.1%之间，总体合格率达到93.0%。其中电导率表和氢电导率表合格率分别为97.0%、97.1%，均高于96.0%。pH表和溶解氧表合格率为93.6%和90.5%，均高于90.0%。11家联合循环发电厂中有4家在线化学仪表合格率高于96%，8家在线化学仪表合格率高于90%。由此可见在线化学仪表测量的准确性和可靠性得到了明显提升，基本满足化学监督要求。但准确率总体仍未达到不低于96%的要求，主要原因在于：部分(氢)电导率表电极损坏，部分pH表电极损坏，部分钠表内部故障或电极损坏，部分溶解氧表电极存在问题，部分硅表药剂失效或内部故障。

4 结论与建议

目前国内大多数燃气-蒸汽联合循环发电厂存在在线仪表测量准确性不高的问题，不能满足化学监督要求，长久以往可能会给电厂造成较大的经济损失。通过对35台联合循环机组共776台在线化学仪表的检验校准，掌握了误差来源情况，仪表准确率由54.5%提高到93.0%，总体检验效果明显。但在线化学仪表检验不是一劳永逸的事情，需要不断加强人员培训、制度建设、日常维护及定期检验等工作，这样才能最大程度上保证其准确性和可靠性。总结本次联合循环机组在线化学仪表检验结果，对在线化学仪表日常维护问题提出以下几条建议[29-34]。

(1)水汽系统中腐蚀产物会在仪表流通池中沉积，影响测量准确性。建议机组启动过程中，延迟在线化学仪表投运时间，待水样冲洗干净后投运。在日常维护中应定期检查流通池内电极情况，及时清理污染物，避免其对电极造成腐蚀损坏。

(2)氢电导率表阳离子交换树脂简单采用静态再生方法会导致树脂再生度不够，造成氢交换柱附加误差。建议采用动态树脂再生方法进行阳离子交换树脂的再生(必要时还可以考虑换成专用电再生离子交换器)，这样才能保证再生度98%以上，从而满足水质监督的要求。对于新树脂，建议先进行酸碱浸泡处理，待再生冲洗合格后再投入使用。另外检验过程中发现存在树脂更换不及时的现象，建议树脂颜色变化失效1/3时即可更换树脂。

(3)部分在线pH表整机工作误差较大，即使采用标准溶液校准后，其仍存在较大误差。另一方面， pH表测量值波动较大，受流速影响明显。建议在有条件的情况下更换为适应纯水测量的分体式电极或者计算型pH表(仅限加氨水样)。

(4)部分溶解氧电极内部有较多白色沉淀，说明电解液未及时更换，会造成电极响应减弱，影响测量准确性，建议定期更换电解液并及时清理沉淀。另外需注意溶解氧表的备品备件普遍缺乏，日常更换氧膜和电解液工作不能进行，造成溶解氧表测量误差无法及时消除。

(5)本次检验发现(氢)电导率表、pH表、溶解氧表、钠表的测量电极损坏率约为5%，对在线化学仪表准确率造成了较大影响，建议及时更换损坏电极。另外在线钠表和硅表的设备故障率约为16%，建议加强在线钠表、硅表的日常维护，例如及时更换药剂、清洗或更换水样管路、维修更换电磁阀及加药泵等，避免出现仪表长期故障现象。