摘要:以華電國(guó)際萊城電廠(chǎng) 3# 機(jī)組差壓式汽包水位測(cè)量偏差大為例,從差壓式汽包水位測(cè)量原理入手,通過(guò)分析差壓式汽包水位測(cè)量的原理和影響因素,詳細(xì)介紹了各影響因素排查方式,確定出 3# 機(jī)組汽包水位產(chǎn)生偏差的真正原因,特別是差壓式汽包水位測(cè)量管路的敷設(shè)和保溫對(duì)差壓式汽包水位的影響。 這些通常不容易考慮到的影響因素,對(duì)差壓式汽包水位偏差大分析提供有價(jià)值的借鑒和參考。H63壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
引言
萊城電廠(chǎng) 300 MW 燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐采用上海鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)的型號(hào)為 SG1025-17.44-M844 亞臨界強(qiáng)制循環(huán)鍋爐,汽包內(nèi)徑 1 778 mm ,安裝有就地牛眼玻璃水位計(jì)兩臺(tái);
差壓式水位計(jì) 3 臺(tái),經(jīng)過(guò)汽包壓力修正,信號(hào)經(jīng)處理后,使用“三取中”邏輯進(jìn)行信號(hào)優(yōu)選。
3# 鍋爐汽包水位在運(yùn)行中出現(xiàn) LT0902A 與LT0902B 、 LT0903 偏差大, 在 40~70 mm 之間波動(dòng),根據(jù) 《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要
求》規(guī)定:當(dāng)各水位計(jì)偏差大于 30 mm 時(shí),應(yīng)立即匯報(bào),并查明原因予以消除 [ 1 ] 。 經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備反復(fù)排查,和數(shù)次大小修進(jìn)入汽包內(nèi)部測(cè)試,分析出了產(chǎn)生誤差的原因,并采取了相應(yīng)的措施,使水位顯示恢復(fù)正常,保證了測(cè)量準(zhǔn)確性。
1 萊城電廠(chǎng)汽包水位測(cè)量的原理
如圖 1 所示,由汽包進(jìn)入凝結(jié)球的蒸汽不斷凝結(jié)成水,多余的水會(huì)溢流到汽包內(nèi),從而保持一個(gè)恒定水位,稱(chēng)其為參比段水柱,其壓力用 p + 表示。汽包內(nèi)水位也形成一個(gè)壓力,用 p - 來(lái)表示。 差壓式水位計(jì)就是利用測(cè)量參比水柱產(chǎn)生的壓力和汽包內(nèi)水柱產(chǎn)生的壓力差值來(lái)測(cè)量汽包水位的 [ 2 ] 。 以設(shè)計(jì)零水位 H 0 作為作為汽包水位的零刻度, 超過(guò)零刻度的為正水位( +ΔH ),低于零刻度的為負(fù)水位( -ΔH )。 根據(jù)以上原理和圖 1 所示,得到水位與差壓的關(guān)系如下:p + =p+Lρ a g ( 1 )
p - =p+ ( L-H 0 -ΔH ) ρ s g+ ( H 0 +ΔH ) ρ w g ( 2 )
Δp=p + -p - =L ( ρ a -ρ s ) g-H 0 ( ρ w -ρ s ) g-ΔH ( ρ w -ρ s ) g ( 3 )
式中: H 0 - 設(shè)計(jì)汽包零水位 mm ; ΔH- 汽包水位偏差正常水位的值, mm ; Δp- 對(duì)應(yīng)汽包水位的差壓值, mmH 2 O ;
ρ s - 飽和蒸汽的密度, kg/m 3 ; ρ w - 飽和水的密度, kg/m 3 ; ρ a - 參比水柱在平均水溫時(shí)的密度,kg/m 3 。
汽包正常水位 ( Normal Water Level , NWL )指的是鍋爐正常運(yùn)行過(guò)程中汽包中的水位應(yīng)該保持的高度,一般稱(chēng)為汽包零水位。
上式中, L 和 H 0 都是常數(shù); ρ s 和 ρ w 是汽壓的函數(shù),在特定汽壓下均為定值; ρ a 除了受汽壓影響外,還和平衡容器的散熱條件與環(huán)境溫度有關(guān),當(dāng)汽壓和環(huán)境溫度不變時(shí),其值也為定值,這時(shí),差壓只是汽包水位的函數(shù)。利用
差壓變送器將測(cè)得的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于遠(yuǎn)傳的 4~20 mA DC 電信號(hào), 送到DCS 內(nèi)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、 判斷, 輸出控制指令并在CRT 上顯示水位信號(hào)。
2 異常情況分析與處理
萊城電廠(chǎng) 3# 機(jī)組汽包水位裝有 3 臺(tái)變送器,面向鍋爐右側(cè)( A 側(cè))裝一臺(tái),編號(hào) LT0902A ,面向鍋爐左側(cè)( B 側(cè))裝兩臺(tái),編號(hào) LT0902B 、 LT0903 ,運(yùn)行中 B 側(cè)的 LT0902B 和 LT0903 偏差在 20 mm 以?xún)?nèi)屬于正,F(xiàn)象, 但是和 A 側(cè)的 LT0902A 偏差在40~70 mm 之間,偶爾還會(huì)偏差更大,經(jīng)常造成自動(dòng)解除,協(xié)調(diào)解除,對(duì)安全穩(wěn)定生產(chǎn)造成較為被動(dòng)局面。 為此根據(jù)汽包水位測(cè)量的原理,進(jìn)行了一系列的分析和研究,并不斷開(kāi)展工作,步步逼近原因真相,成功消除了該隱患。
2.1 變送器排查
針對(duì)此現(xiàn)象,結(jié)合式( 3 )所述的汽包水位和差壓的關(guān)系, shou先懷疑右側(cè)的 LT0902A 變送器本身存在誤差, 安排專(zhuān)業(yè)人員對(duì)該變送器進(jìn)行了校驗(yàn),但經(jīng)過(guò)校驗(yàn)變送器符合 0.5 級(jí)的要求,在此情況下又先后對(duì) LT0902B 、 LT0903 進(jìn)行了校驗(yàn), 兩臺(tái)變送器均滿(mǎn)足 0.5 級(jí)的測(cè)量精度,同時(shí)對(duì)變送器進(jìn)行0~16.6 MPa 耐靜壓試驗(yàn), #大偏差為 0.030 4 mA 。誤差符合要求,因此排除變送器測(cè)量異常。
2.2 兩側(cè)平衡容器安裝高度一致性核定
由圖 1 看出如果由于安裝工藝出了偏差,造成左右兩側(cè)凝結(jié)球安裝高度不同,則會(huì)造成汽包兩側(cè)水位測(cè)量的“ L ”值不同,由式( 3 )可以看出就會(huì)造成汽包數(shù)位測(cè)量出現(xiàn)偏差。 為此,用乳膠管和玻璃桿進(jìn)行組合,通過(guò)灌水,利用聯(lián)通器原理,對(duì)左右兩側(cè)的凝結(jié)球高度進(jìn)行了標(biāo)定,經(jīng)標(biāo)定發(fā)現(xiàn)兩側(cè)高度誤差在 5 mm 之內(nèi),符合汽包水位測(cè)量要求。
2.3 驗(yàn)證汽包內(nèi)汽水運(yùn)行情況
對(duì) A 、 B 兩側(cè)水位的零點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定, 兩側(cè)零點(diǎn)在 5 mm 之間,符合要求,從運(yùn)行情況來(lái)看,兩側(cè)偏差在 10~20 mm 之間, 說(shuō)明汽包內(nèi)汽水運(yùn)行正常,不存在“燒偏”情況。
2.4 對(duì)汽包水位測(cè)量回路進(jìn)行實(shí)際上水傳動(dòng)試驗(yàn)
在機(jī)組檢修后,通過(guò)上水,將汽包凝結(jié)球灌滿(mǎn)水,然后將變送器進(jìn)行排水、排氣、串水,確保變送器管路內(nèi)充滿(mǎn)水,無(wú)氣泡。然后進(jìn)行鍋爐放水,觀(guān)察汽包水位變化情況,發(fā)現(xiàn) 3 個(gè)水位變送器誤差范圍在 10 mm 內(nèi), 說(shuō)明汽包水位測(cè)量系統(tǒng)在冷態(tài)的情況下,是完全正常的。
通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)變送器測(cè)量精度和整個(gè)測(cè)量回路沒(méi)有較大問(wèn)題,汽包水位冷態(tài)傳動(dòng)試驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)也正常。 但經(jīng)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),汽包水位偏差在點(diǎn)火后,隨著汽壓的增加,特別是汽壓在12 MPa 以后,偏差逐漸增大。 還發(fā)現(xiàn),偏差在投伴熱的情況下小,停伴熱的情況下大。 說(shuō)明有一個(gè)因素通過(guò)影響汽包水位測(cè)量管路而影響了汽包水位測(cè)量偏差,據(jù)此把排查的重點(diǎn)放在汽包水位測(cè)量管路上。
3 汽包水位取樣管路排查
利用伴熱改造的機(jī)會(huì),將所有汽包水位取樣管路的保溫全部拆開(kāi),對(duì)管路進(jìn)行全程檢查,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)漏、滲現(xiàn)象,對(duì)汽包水位參比段管路進(jìn)行檢查,參比段管路沒(méi)有保溫, 符合二十五項(xiàng)反措的要求,但是對(duì)參比段的溫度進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)了異常情況,A 、 B 兩側(cè)溫度差距較大,具體見(jiàn)圖 2 、圖 3 。
從以上溫度分布可以看出,兩側(cè)汽包水位的高壓側(cè)取樣管,都是從凝結(jié)球的溫度大于 300 ℃ 開(kāi)始下降, A 側(cè)沿管路由上到下逐漸降低到 50 ℃ , B 側(cè)在降低到 60 ℃ 后,沒(méi)有繼續(xù)降低,反而不斷抬升溫度,到底部分別達(dá)到 80 ℃ 和 90 ℃ ,這種溫度梯度不符合離熱源越遠(yuǎn)溫度越低的傳熱學(xué)規(guī)律 [ 2 ] ,這提醒我們,在下部的保溫層里肯定有一個(gè)熱源對(duì)兩路取樣管進(jìn)行了加熱,為此聯(lián)系工作人員將底部的保溫層打開(kāi),發(fā)現(xiàn)如圖 4 、圖 5 所示現(xiàn)象。
可以看出 A 側(cè)汽包水位的高、 低壓側(cè)取樣管在圈處交接后,垂直下行,而 B 側(cè)汽包水位,高、低取樣管在圈處交接后,平行走敷設(shè)了一段距離后才垂直下行。由于汽包水位的低壓側(cè)取樣管離平衡容器還很近,溫度還很高,在交接處溫度達(dá) 120 ℃ , B側(cè)汽包水位在交接后,平行走的部分管路,高壓側(cè)管路在上,低壓側(cè)管路在下,而且管路之間非常緊密,低壓側(cè)管路相當(dāng)于一個(gè)高溫?zé)嵩矗粩鄬?duì)高壓側(cè)管路加熱, 這就是 B 側(cè)汽包水位高壓側(cè)取樣管在降低到 60 ℃ 后,沒(méi)有繼續(xù)降低,反而不斷抬升溫度的根本原因。 而 A 側(cè)汽包水位取樣管在交接后,垂直下行,管路之間空間較大,這種管路敷設(shè)方式低壓側(cè)對(duì)高壓側(cè)的傳熱量很少,所以其溫度沒(méi)有出現(xiàn)“反升”現(xiàn)象。
4 汽包水位管路溫差大對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)影響與處理
通過(guò)以上分析, 發(fā)現(xiàn)了 B 側(cè)汽包水位取樣管由于管路敷設(shè)的原因,導(dǎo)致高壓側(cè)取樣管溫度異常升高,管路中的水溫度也必將相應(yīng)升高,水的密度隨溫度的上升而降低,水的密度降低后,差壓變送器的高壓側(cè)靜壓力就會(huì)相應(yīng)降低。而低壓側(cè)靜壓力不變,變送器的輸出差壓( Δp )就會(huì)降低,從式( 3 )可以看出, Δp 與 ΔH 成反比,所以隨著變送器輸出差壓的非正常降低, 汽包水位在 DCS 里的顯示值就會(huì)非正常偏高, 這就是 A 、 B 兩側(cè)汽包水位在DCS 里顯示偏差大的根本原因。 而通過(guò)將 B 側(cè)汽包水位水平段的保溫打開(kāi),加強(qiáng)通風(fēng),使高壓側(cè)取樣管的溫度降下來(lái), 也驗(yàn)證了以上分析的正確性。
圖 6 是保溫打開(kāi)前后的汽包水位歷史曲線(xiàn)。
雖然通過(guò)保溫拆除加強(qiáng)通風(fēng)降溫,暫時(shí)消除了汽包水位偏差,但在冬季還要考慮防凍問(wèn)題,因此拆除保溫只是臨時(shí)措施, 要從根本上解決此問(wèn)題,還需要在停機(jī)的時(shí)候,對(duì) B 側(cè)取樣管路進(jìn)行改造,按照高低取樣管相互間影響#小的原則,科學(xué)設(shè)計(jì)走向,嚴(yán)格敷設(shè)工藝,才能從根本上解決此問(wèn)題。
5 結(jié)束語(yǔ)
汽包水位測(cè)量,從原理上來(lái)看比較簡(jiǎn)單,但影響因素眾多,特別是面對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng),有很多不可預(yù)知的問(wèn)題, 對(duì)水位的測(cè)量值造成或高或低的誤差,對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行、自動(dòng)投入、實(shí)時(shí)監(jiān)控帶來(lái)較大影響,對(duì)于類(lèi)似的汽包水位的偏差問(wèn)題,都可以從基本的原理入手,從安裝、補(bǔ)償和保溫等方面查找問(wèn)題。 希望本文的分析,能夠給大家在汽包水位測(cè)量方面帶來(lái)一點(diǎn)啟發(fā)。
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