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　　作者：侯云浩1張國(guó)斌2劉吉川3
　　
　　摘要：針對(duì)蒙西發(fā)電廠鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)長(zhǎng)期存在各水位計(jì)之間偏差較大等嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行的問(wèn)題，為確定影響水位測(cè)量系統(tǒng)精度的因素，通過(guò)加裝新型水位計(jì)并與傳統(tǒng)水位計(jì)并列運(yùn)行進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，研究各種水位計(jì)的測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、安裝工藝等各環(huán)節(jié)對(duì)水位測(cè)量的影響
　　
　　引言
　　
　　國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展了大量針對(duì)汽包水位測(cè)量精度的理論研究和相關(guān)產(chǎn)品的研制，并取得了突破性的進(jìn)展，但截止目前，基于試驗(yàn)基礎(chǔ)上的不同原理水位計(jì)的對(duì)比分析研究仍是一個(gè)空白。為此，針對(duì)蒙西電廠水位測(cè)量改造項(xiàng)目，特采用了新型水位計(jì)與傳統(tǒng)水位計(jì)并列運(yùn)行的改造方案，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析研究，力爭(zhēng)在更深層次、獨(dú)立的角度探討各因素對(duì)汽包水位測(cè)量精度的綜合影響，并希望對(duì)發(fā)電廠水位測(cè)量系統(tǒng)的不斷改進(jìn)完善有所借鑒。
　　
　　一、改造前系統(tǒng)介紹
　　
　　蒙西電廠#2爐為1057t/h亞臨界循環(huán)流化床鍋爐，汽包額定壓力18.92MPa。汽包水位測(cè)孔共計(jì)6對(duì)，右側(cè)4對(duì)分別用于一臺(tái)就地云母水位計(jì)和三臺(tái)老式外置平衡容器，左側(cè)2對(duì)分別用于一臺(tái)就地云母水位計(jì)和一臺(tái)傳統(tǒng)電接點(diǎn)水位計(jì)。如圖1所示：
　　
　　改造前各水位計(jì)之間相差很大，在100mm以上，即使同側(cè)差壓水位計(jì)（#1、#2、#3差壓水位計(jì)）也相差很大；云母水位計(jì)顯示不清晰；電接點(diǎn)水位計(jì)電極泄露頻繁。汽包水位計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)確，不能可靠投入汽包水位保護(hù)，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)很大的安全隱患。
　　
　　二、存在的問(wèn)題及原因分析
　　
　　2.1傳統(tǒng)聯(lián)通管式水位計(jì)造成測(cè)量誤差
　　
　　如圖2所示，原先安裝的電接點(diǎn)水位計(jì)和就地云母水位計(jì)均屬于聯(lián)通管式汽包水位計(jì)，由于表體內(nèi)的水溫遠(yuǎn)低于汽包內(nèi)的飽和水溫度，其密度高于飽和水的密度，從而使其顯示的水位低于汽包內(nèi)的實(shí)際水位。
　　
　　從理論計(jì)算公式（2-1）可知，水位測(cè)量偏差與水位計(jì)管內(nèi)水柱溫度、汽包工作壓力以及汽包內(nèi)的實(shí)際水位等多種因素有關(guān)。
　　
　　ΔH=H′－H=－H（ρa－ρw）/（ρa－ρs）（2-1）
　　
　　式中：
　　
　　H—汽包實(shí)際水位高度
　　
　　H′—水位計(jì)的顯示值
　　
　　ρs—汽包內(nèi)飽和蒸汽密度
　　
　　ρw—汽包內(nèi)飽和水密度
　　
　　ρa—水位計(jì)測(cè)量管內(nèi)水柱的平均密度
　　
　　汽包水位計(jì)管內(nèi)水柱平均溫度與汽包壓力、汽包水位、汽包壓力的變動(dòng)速度及表體結(jié)構(gòu)、環(huán)境溫度、風(fēng)向等因素均有關(guān)，篇幅有限在此不在贅述。
　　
　　汽包工作壓力對(duì)水位計(jì)顯示值的影響也是明顯的，汽包工作壓力變化時(shí)，除了導(dǎo)致水位計(jì)管內(nèi)水柱溫度變化，即ρa變化而影響水位計(jì)水位顯示值外，還會(huì)引起ρw，ρs的變化而使測(cè)量產(chǎn)生偏差。當(dāng)汽包內(nèi)實(shí)際水位H值一定時(shí)，壓力愈高，∣ΔH∣值愈大；壓力愈低，∣ΔH∣值愈小。如果汽包正常水位設(shè)計(jì)在H0=300mm，而且運(yùn)行時(shí)實(shí)際水位恰好在正常水位線上，則水位計(jì)的示值偏差：在壓力P=4.0MPa時(shí)，ΔH=－59.6mm；在壓力P=10MPa時(shí)，ΔH=－97.0mm；在壓力P=14MPa時(shí)，ΔH=－122.3mm；在壓力P=16MPa時(shí)，ΔH=－136.9mm?？梢?jiàn)每升高1MPa時(shí)，一般聯(lián)通管式水位計(jì)的示值偏差的變化平均為－6.5mm左右。
　　
　　汽包內(nèi)實(shí)際水位高度對(duì)水位計(jì)顯示值也存在影響，當(dāng)汽包工作壓力為一定值時(shí)，汽包內(nèi)的實(shí)際水位也會(huì)對(duì)水位測(cè)量產(chǎn)生偏差，由公式（2-1）不難看出，偏差ΔH與實(shí)際水位H成正比，H值愈大，∣ΔH∣值愈大；H值愈小，∣ΔH∣值也愈小。根據(jù)上海鍋爐廠提供的資料，對(duì)于亞監(jiān)界鍋爐（18.4～19.6MPa）在額定壓力下，汽包水位計(jì)的零水位要比汽包內(nèi)實(shí)際正常水位低150mm，也就是說(shuō)，當(dāng)H＝300mm時(shí)，ΔH＝－150mm；當(dāng)H＝0mm時(shí)，近似偏差ΔH＝0mm；但是,當(dāng)H＝600mm時(shí)，近似偏差高達(dá)ΔH＝－300mm。如果將水位計(jì)下移150mm，雖然在正常水位處偏差消除了，但當(dāng)高水位和低水位時(shí)，誤差仍將很大。
　　
　　2．2傳統(tǒng)差壓式水位計(jì)造成誤差
　　
　　原先裝的單室平衡容器仍采用老式的外置平衡容器（如圖3），參比水柱從平衡容器下部直接引出接至平衡容器正壓側(cè)，參比水柱的密度ρa的不確定性會(huì)造成很大的測(cè)量誤差。
　　
　　2．3安裝方式也是造成測(cè)量誤差的原因之一
　　
　　平衡容器汽側(cè)取樣管安裝自汽包向下傾斜，影響平衡灌內(nèi)冷凝水的回流，造成冷凝水回水困難，蒸汽也無(wú)法充分進(jìn)入平衡罐內(nèi)冷凝（體現(xiàn)為平衡灌外表溫度低），抬高平衡容器L值，存在差壓水位計(jì)的測(cè)量誤差
　　
　　安裝的變送器保護(hù)柜標(biāo)高也太高，造成到變送器的管路從下部返上來(lái)接至變送器，極易造成內(nèi)部存汽，形成不確定的測(cè)量誤差。
　　
　　三、改造方案
　　
　　針對(duì)以上存在的問(wèn)題，#2機(jī)組改造方案中采用了能在原理上有效避免傳統(tǒng)的差壓式水位計(jì)和聯(lián)通式水位計(jì)的新型水位測(cè)量裝置，并且在安裝過(guò)程中解決了上述存在的問(wèn)題，具體改造方案如下：
　　
　　將右側(cè)兩臺(tái)老式單室平衡容器拆除，安裝一臺(tái)DNZ-20型汽包水位內(nèi)裝平衡容器和一臺(tái)GJT高精度取樣電極傳感器；保留原一臺(tái)老式單室平衡容器和一臺(tái)就地云母水位計(jì)，以便改造完成后進(jìn)行新老水位計(jì)的對(duì)比。將左側(cè)電接點(diǎn)水位計(jì)和就地云母水位計(jì)拆除，安裝一臺(tái)DNZ-20型汽包水位內(nèi)裝平衡容器和一臺(tái)WDP低偏差云母水位計(jì)。盡可能利用原一次截門(mén)和固定支架。
　　
　　具體配置如表1：
　　
　　改造后示意圖如圖4：

　　
　　四、改造后的對(duì)比試驗(yàn)
　　
　　4.1起機(jī)階段到300MW負(fù)荷實(shí)驗(yàn)
　　
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)曲線圖可以看出，保留的#2差壓水位計(jì)在不同負(fù)荷下偏差值不同，在啟機(jī)和低負(fù)荷時(shí)，其顯示值比新型水位計(jì)偏高，50MW時(shí)偏高50mm左右。隨著負(fù)荷的升高，參比水柱的溫度越來(lái)越高，與補(bǔ)償公式中的參比水柱設(shè)定溫度偏差越來(lái)越大，測(cè)量誤差也越來(lái)越大，其顯示值又比新型水位計(jì)偏低，當(dāng)負(fù)荷升至120MW時(shí)保留的老式#2差壓水位計(jì)比內(nèi)裝平衡容器偏低70mm左右，當(dāng)負(fù)荷升至300MW時(shí)老式差壓水位計(jì)比內(nèi)裝平衡容器偏低120mm左右（見(jiàn)曲線一）。為此，在DCS補(bǔ)償公式中比照改后的差壓水位計(jì)將顯示結(jié)果修正+120mm。
　　
　　曲線一、起機(jī)升負(fù)荷時(shí)差壓水位曲線
　　
　?。ㄗⅲ杭t色線為保留的#2差壓水位計(jì)，HLValue為標(biāo)尺處數(shù)據(jù)，日期為2009/10/14時(shí)，121MW時(shí)，比#3差壓低76mm，比#1差壓低71mm。）
　　
　　另外，保留的云母水位計(jì)由于安裝0點(diǎn)下移了120mm，在冷態(tài)時(shí)保留的云母水位計(jì)比改造的這四臺(tái)汽包水位計(jì)高120mm，隨著負(fù)荷的升高，偏差逐步減小，滿負(fù)荷時(shí)其顯示值和新型水位計(jì)示值基本一致，偏差在20mm左右，但隨著汽包內(nèi)水位的升降其偏差值增大，尤其是在事故跳閘值附近偏差超過(guò)150mm。
　　
　　由曲線圖可以看出，在起機(jī)和低負(fù)荷時(shí)，老式差壓水位計(jì)顯示值比內(nèi)裝平衡容器高，50MW時(shí)偏高50mm左右，隨著負(fù)荷的升高，參比水柱的溫度越來(lái)越高，與補(bǔ)償公式中的參比水柱設(shè)定溫度偏差越來(lái)越大，測(cè)量誤差也越來(lái)越大，當(dāng)負(fù)荷升至120MW時(shí)，老式差壓水位計(jì)顯示值比內(nèi)裝平衡容器低70mm，當(dāng)負(fù)荷升至300MW時(shí)，老式差壓水位計(jì)顯示值比內(nèi)裝平衡容器低120mm。
　　
　　4.2253MW負(fù)荷時(shí)升降水位實(shí)驗(yàn)
　　
　　在機(jī)組253MW負(fù)荷時(shí)進(jìn)行了水位升降實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
　　
　　由表格數(shù)據(jù)可以看出：
　　
　?。?）改造后的新水位計(jì)之間的偏差在30mm以內(nèi)，能準(zhǔn)確反映實(shí)際水位。
　　
　?。?）老式云母水位計(jì)顯示值比差壓水位計(jì)偏低至少40mm,且偏差值隨著水位增高而增大。
　　
　?。?）按照三取中作為真實(shí)水位，當(dāng)實(shí)際水位在-87mm時(shí)，老式云母水位計(jì)比差壓水位計(jì)低43mm；實(shí)際水位值在0附近時(shí)，老式云母水位計(jì)比差壓水位計(jì)偏低44mm；實(shí)際水位在73mm時(shí)，老式云母水位計(jì)比差壓水位計(jì)低78mm。
　　
　　（4）在接近或達(dá)到滿負(fù)荷的時(shí)候，修正結(jié)果后的差壓水位計(jì)2與差壓1和差壓3之間的偏差在允許范圍內(nèi)。
　　
　　五、結(jié)論及建議
　　
　　（1）基于實(shí)驗(yàn)對(duì)比，聯(lián)通管式原理的汽包水位計(jì)顯示的水柱值不僅低于鍋爐汽包內(nèi)的實(shí)際水位，而且受汽包內(nèi)的壓力、水位、壓力變化速率以及水位計(jì)環(huán)境條件等諸多因素影響。固定端的下移0位安裝“熱補(bǔ)償”方式，只能減小滿負(fù)荷時(shí)0水位附近的測(cè)量誤差，而從起機(jī)到滿負(fù)荷過(guò)程中，傳統(tǒng)聯(lián)通云母水位計(jì)與實(shí)際水位始終存在誤差，不能在所有工況下彌補(bǔ)水位誤差。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，運(yùn)行人員不管在什么情況下，都要求以上述聯(lián)通管式水位計(jì)作為基準(zhǔn)儀表，實(shí)際上存在很大的誤區(qū)。
　　
　?。?）汽包內(nèi)水欠飽和及參比水柱溫度對(duì)差壓信號(hào)相對(duì)誤差的影響都是不可忽略的。因此傳統(tǒng)的水位測(cè)量系統(tǒng)要保證全工況、全范圍保持水位一致是不可能的。各廠為使各水位計(jì)偏差小于30mm，采用云母水位計(jì)下移，修改DCS、或修改變送器等辦法，這樣只能使差壓和云母在額定“零”水位時(shí)接近，埋下了事故隱患。
　　
　?。?）傳統(tǒng)差壓水位計(jì)和云母水位計(jì)存在較大的測(cè)量誤差，尤其在特殊工況下測(cè)量誤差更大，給運(yùn)行人員造成誤導(dǎo)，無(wú)法判斷汽包水位的真實(shí)狀況，增加了事故風(fēng)險(xiǎn)。
　　
　?。?）目前有很多電廠仍然把云母水位計(jì)作為汽包水位測(cè)量的基準(zhǔn)表，對(duì)差壓水位計(jì)結(jié)果進(jìn)行盲目修正，使得汽包水位長(zhǎng)期處于高水位或低水位運(yùn)行，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性造成影響，同時(shí)帶來(lái)存在保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)的可能。
　　
　　C-2010-4