新型汽包水位测量系统的成功应用

新型汽包水位测量系统的成功应用

王继帅 李建斌 赵有成 许岩飞

山东中华发电有限公司聊城发电厂 山东聊城 252000

摘要：本文分析了聊城发电厂原有汽包水位测量系统所存在的问题，继而简述了所引进的新型汽包水位测量系统所包含的内装平衡容器与高精度电极取样传感器。通过对其工作原理的详细的分析与实际运行情况的考察，得出其成功应用的结论。

关键词：锅炉汽包水位；测量系统；内装平衡容器；高精度电极取样传感器；

Abstract：This paper analyzes the existing problems of original drum level measurement system in Liaocheng Power Plant. And then a new drum level measurement system is briefly introduced in this paper, including Internal Constant Head Chamber and GJT steam Jacketed Probe Type Water Column. It is concluded that this application is very successful through the detailed analysis of its working principle and the investigation of the actual operation.

Keywords：Boiler drum level; Measurement system; Internal Constant Head Chamber; GJT steam Jacketed Probe Type Water Column.

0 引言

在热电厂锅炉运行过程中，锅炉汽包水位测量的准确性与抗干扰性具有着举足轻重的地位,然而目前国内较大多数热电厂锅炉运行状况均存在着较大的隐患。首当其冲的便是锅炉汽包水位测量系统无法保证测量精准度，致使运行人员无法准确判断锅炉汽包水位，导致锅炉长期高水位运行，出现蒸汽品质下降、受热面结盐，严重时导致汽轮机水冲击震动、叶片损坏，下图1为锅炉长期高水位运行水线。

图1 汽包内水线实图

其次，随着火电机组的不断增加，汽包水位测量误差大和启动时汽包水位保护不能及时投入的问题越来越突出，因而对汽包水位测量技术的要求越发严格^[1]。

1 聊城发电厂原有汽包水位测量系统所存在问题分析

1.1 传统差压水位计无法保证参比水柱温度恒定。

传统差压式水位计因其参比水柱的温度受环境温度和风向以及容器的结构、表管的走向布置影响较大，而水的密度与水的温度关系较大，因此温度变化将对差压测量产生影响。

1.2 连通管式水位计无法保证表体内部与汽包内部工况的一致性。

老式连通管式水位计表体内部水柱的密度随着汽包压力、汽包水位、汽包压力变动速度及复杂的环境因素都有关联^[2]，因此传统连通管式水位计若不采取有效技术手段进行改进，则在运行过程中将会出现较大误差。

2 新型汽包水位测量系统设备简述与原理阐述

2.1差压式水位计—内装平衡容器

目前汽包水位测量仪表工作原理有2种: 差压式和联通管式。差压式原理水位计主要包括外置平衡容器和内置平衡容器。此次应用在聊城发电厂的设备是选用秦皇岛华电测控设备有限公司专利产品—汽包水位内装平衡容器。

2.1.1内装平衡容器工作原理

秦皇岛华电测控有限公司研发的汽包水位内装平衡容器获得了国家专利（专利号ZL201420866749.X）,结构原理如下图2-1所示，参比水柱L的静压力为：

-----（1）

式中：L为平衡容器中参比水柱的高度；

为汽包实际水位高度；

为平衡容器中参比水柱(饱和水)的密度；

g为重力加速度；

为汽包内水的密度；

为汽包内饱和汽的密度。

相对参比水柱L的水侧仪表管压力为

变送器所测得的差压值为

------ (3)

由公式（3）得：

------（4）

图2-1 汽包水位内装平衡容器原理图

2.2连通管式水位计—高精度取样电极传感器

针对传统电接点水位计测量误差大、电极泄漏率高、传感可靠性差等缺点，聊城发电厂安装了秦皇岛华电测控设备有限公司的专利产品—汽包水位高精度取样电极传感器(专利号：ZL201010131477.5)。

2.2.1 高精度取样电极传感器工作原理。

其工作原理为连通管式，如下图所示。主要情况介绍如下：

图2-2 高精度取样电极传感器原理图

汽包水位高精度取样电极传感器是连通管式原理水位计的一种，它在传统电接点水位计的基础上对测量筒结构进行改进，加入了一套伴热循环系统，使测量效果更加接近真实水位，原理见图2-2。

在测量筒内部设置内置式敞口汽笼加热器，利用饱和汽加热水柱。加热器由不同传热元件构成，加热方式有内热和外热，内热既有水柱径向传热元件，又有轴向分层传热元件。加热汽水流程是：饱和汽水进入加热器，放出汽化潜热所生产的凝结水，由补偿调整管流至下降管。补偿调整管裸露，合理选择补偿调整管与下降管联通点的标高，可保证在汽包压力大于1MPa时，补偿调整管中的水位在筒体以下，加热器内充满饱和蒸汽。所以加热系统能够适应锅炉参数运行，能保证全工况真实取样。

汽包水位高精度取样电极传感器设置有伸高冷凝器，在取样系统所形成水样置换流程是：饱和汽进入伸高冷凝器，冷凝产生的大量凝结饱和水经疏水管进入水室，再经水侧取样管流向汽包。

3 新型汽包水位测量系统的优势

聊城发电厂自完成汽包水位测量系统改造以后，经实践证明汽包水位内装平衡容器和高精度取样电极传感器使用可靠，性能完美。

3.1内装平衡容器所具有的优势

从公式（3）可以看出变送器所测得的差压值△P为汽段参比水柱（饱和水）和相同高度的饱和汽静压之差，这一点与以往的任何一种外置式平衡容器不同，而采用外置式平衡容器测量汽包水位不仅受平衡容器下参比水柱温度变化的影响，而且由于补偿公式是假定汽包内水是饱和状态下推算出来，而实际上汽包内的水是欠饱和的，而且随着负荷变化欠饱和度也是变化的，由此可见，采用内装平衡容器的测量精确度远比老式外置式差压式水位计要高。

1）由于将平衡容器安装在汽包内，使平衡容器及参比水柱中的水的温度为饱和温度，其密度为饱和密度，这样在进行补偿计算时就有准确的参数，可以准确计算出汽包水位。

2）取样点一直汽包端头或其它汽、水稳定区，避开汽包内汽、水不稳定区，并在汽包内取样管口加装稳流装置，提高了准确性和稳定性。

3）由于在汽包的汽侧取样管上安装有冷凝罐，可以及时向平衡容器中补充冷凝后的饱和水，起炉不久即可投入汽包水位保护。

3.2高精度取样电极传感器所具有的优势

1）测量准确。蒸汽伴热循环系统可消除压力与环境温度影响，能适应变参数运行，全量程范围内、全工况下取样水位与汽包内的实际水位相同，仪表的监视与报警可信，起炉即可投入汽包水位保护。

2）无泄漏。电极与测量筒之间采用柔性自密封技术(专利号：ZL2006 30085541.5)，无泄漏，预紧密封力小，电极拆装方便。

图3-1 RDJ型电极安装示意图

3）自冲洗功能。水质自优化，测量筒内水质好，排污周期长，信号可靠。

4）响应速度快。压力变化响应快，水位升、降时动态附加误差小。

5）电极无挂水。电极上仰安装，加之循环凝结水由疏水管输送，可有效防止挂水。

6）传动校验方便。可不必升、降汽包水位进行水位保护实际传动校验，通过操作阀门快速实现传动校验。

7）有稳定热源。对取样管道长度要求宽松，便于现场安装布置和维护。

5 结论

经过长期监视，确定了内装平衡容器和高精度取样电极传感器在聊城发电厂锅炉汽包水位测量系统中所起的重要作用。稳定运行的内装平衡容器和高精度取样电极传感器测量得到的运行曲线，偏差在要求范围内，满足满足《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规程》、《防止电力生产重大事故的二十五项要求》和《国家电力公司电站锅炉汽包水位测量系统配置、安装和使用若干规定（试行）》的要求。

参考文献

[1] 侯子良,刘吉川,侯云浩等.锅炉汽包水位测量系统[M].北京:中国电力出版社,2005. 

[2] 刘吉川，于剑宇,褚得海等.汽包水位测量新技术[J].中国电力,2006,39(3):102～104.

[3] DL/T 1393-2014《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规程》

2