锅炉汽包液位、补偿、常见故障分析

本网编辑 2022-12-07

锅炉汽包水位的准确测量值是电厂重要的测量参数之一，其测量方式很多，目前常用的是静压式测量方法中的连通式液位计和压差式液位计。

汽包水位测量分析及补偿

锅炉汽包水位的准确测量值是电厂重要的测量参数之一，其测量方式很多，目前常用的是静压式测量方法中的连通式液位计和压差式液位计。但当液位计与被测汽包中的液体温度有差异时，显示的液位不同于汽包中的液位，而且其误差还会随汽包压力的改变而改变。襄樊电厂300MW机组，应用汽包水位模拟量信号采用差压变送器测量，并进行汽包压力补偿的测量方法，结果表明，汽包水位运行正常，测量准确，满足运行要求。

1准确测量汽包水位的重要性

大型机组都设计全程给水控制系统，在机组启动到满负荷或停机减负荷及负荷波动中，汽包压力在不断地变化，汽包内的蒸汽和水的密度也随之变化，从而影响汽包水位测量的准确性和全程给水控制系统的投运，危及机组的安全。因为汽包水位过高可能造成蒸汽带水，使蒸汽品质恶化，轻则加重管道和汽轮机积垢，降低出力和效率，重则使汽轮机发生事故；汽包水位过低，则对水循环不利，可能导致水冷壁局部过热甚至爆管。因此汽包水位的准确测量值是电厂最重要的测量参数之一。

2 汽包水位的测量方式及存在问题

汽包水位测量方式很多，一般可分为：(1)静压式；(2)浮力式；(3)电气式；(4)超声波式；(5)核辐射式。目前电厂中最常用的是静压式测量方法中的连通式液位计和压差式液位计。连通式液位计包括云母水位计和电接点水位计，这类液位计直观，便于读数，但它们共同的缺点是：当液位计与被测汽包中的液温有差别时，其显示的液位不同于汽包中的液位，而且此误差还会随汽包压力的改变而改变。为了减小因温度差异而引起的误差，常将液位计保温，而筒壳顶部不保温，增加凝结水量。但因散热，水位计中的水温总比汽包中饱和水的温度低，因而水的密度大于饱和水的密度。假设液位计中水的密度为ρ，汽包中饱和水密度为Hˊ，液位计中水位为Hˊ，汽包实际水位为H，饱和蒸汽密度为ρ″，液位计高度为L，则：

Hρˊ+(L-H) ρ″= Hˊρ+(L- Hˊ) ρ″

H= Hˊ(ρ-ρ″)/( ρˊ-ρ″) (1)

由于ρ随温度、压力变化而变化，特别在启停过程中，液位计中的液位和汽包中的液位之差总是变化的。根据长期运行的经验，对300 MW机组而言，在额定工况时，H＝Hˊ十40—60mm(具体情况视保温状况而定)。而且对电接点水位计采说，由于它不是连续指示，不能反映接点之间的水位变化，又由于电接点水位计接点的布置是非均匀的，在正常水位即零水位附近间距小，在远离零水位的两边间距大，当在额定工况下，汽包实际水位在零水位左右时，由于电接点水位计中的水位要低40—60 mm，再加上此处电接点的间距，其误差就会更大，有可能达到100 mm误差。因而电接点水位计仅能在启动过程和低负荷运行中有效，在高负荷时，仅能作汽包水位的参考，更不能用作调节和保护信号。

3 采用差压变送器测量时存在的问题及采取的措施

既然电接点等连通式水位计有不可克服的误差，而汽包水位的准确测量值又是汽包水位必须控制的参数，在300MW机组中，汽包水位模拟量信号采用差压变送器测量，汽侧安装单室平衡容器，其安装如图1所示。

平衡容器中水的密度同样也会因温度和压力变化而变化，产生误差。因此对单室平衡容器采取不保温的措施，使平衡容器中水的温度恒定在室温左右，减小因温度的变化而对平衡容器中水密度的影响，在工程上可以忽略温度对平衡容器水密度的影响。因此在采用差压变送器测量汽包水位时，必须进行汽包压力的补偿，其补偿公式为：

式中 H——汽水侧取样管间高度，m；

h0——水侧取样管至零水位高度，m；

△h——汽包水位，m；

ρ——平衡容器中凝结水的密度，kg/m3；

ρ′——饱和水密度，kg/m3；

ρ″——饱和汽密度，kg/m3；

△p——变送器差压，Pa；

Pd——汽包压力，Mpa。

在组态时，对各函数设置应考虑到与汽泡结构数据分开。以便整定计算，因此该补公式可组态如图2所示。

4 襄樊电厂汽泡水位的补偿计算

襄樊电厂锅炉为引进型1025t／h控制循环汽包炉。变送器取样高度量＝0．86m，h0 ＝0．43m，函数发生器采用8段折线形式。各函数取样值见表1。

将以上数据分别填入组态中，即可完成汽包水位的补偿计算，为使补偿计算后的实际汽包水位的变化值在显示上方向一致，一般将差压变送器反接，即将正端接汽包水侧取样管，负端接平衡容器。这样就要进行差压变送器零点的负迁移，由于现在大都采用智能型变送器，因而无论正反接，皆可容易满足水位变化值和显示上方向一致。同时在DCS系统里，输人点的量程标定也十分简单，所以也可直接将变送器正接。这样就不必进行变送器的负迁移。

如果在现场采用的是双室平衡容器，其水侧平衡室与汽包饱和水相通，用以加热汽侧平衡室中的凝结水。这样，平衡容器内外均可视作饱和水。当差压变送器的正端接汽包水侧平衡室，负端接汽侧平衡室时，其补偿公式为：

△p=h(ρˊ-ρ″)+h(ρˊ-ρ″)- H(ρˊ-ρ″) (7)

△h=[p/(ρˊ-ρ″)] + H-h (8)

当h为H的一半，即零水位为变送器取样点的中点时：

△h=[△p/(ρˊ-ρ″)] + h (9)

其补偿计算与单室平衡容器一致。

在现场调试组态时，汽包水位输入点的上、下限要根据差压变送器的标定换算成实际差压值。为调整方便，数据库中可设为±0．4m，用修改加法器的汽包水位输入端偏置来迁移实际差压值，增益可进行量程转换，压力补偿输入端的增益应填入H值，除法器下游的算法增益用于将量程转换成常用的mm单位，其输入偏置则应设为h0 。

5 常见故障分析

300 MW机组在水位测量时，常见故障有以下几个方面：

(1)变送器的量程满足要求，但最大承受静压值不满足实际要求，这样易使变送器膜片损坏，测不出水位。

(2)汽包水位与水位计之间偏差较大，水位计一般适用于启动过程和低负荷阶段，而在高负荷阶段，则以变送器为主，电接点仅作参考。但若偏差较大，超过100 mm以上，就应检查二者的零水位定义是否一致，所设的H值是否与实际值不同，平衡容器水温设置是否正确，电接点水位计保温是否合乎要求。

(3)汽包水位的变化方向与水位计相反，一般为算法参数设置错误，实测差压值与补偿计算中的差压值符号是否一致，可通过修改增益正负号改正。

(4)汽包水位不变化，输出为4mA，检查平衡门是否关闭，若打开，则两边差压为零，故不能正确测量水位。

通过以上补偿，我厂300 MW机组汽包水位运行正常，测量准确，完全满足运行要求。

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