单室平衡容器汽包水位测量研究

张震

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东省济南市 250102

[摘要] 在火力发电厂，单室平衡容器作为汽包锅炉除云母水位计、电接点水位计之外相对独立的测量装置，在汽包水位测量方面有着广泛应用。汽包水位作为三冲量自动调节的重要参数，通常由平衡容器、差压仪表作为水位与差压信号的转换测量装置，经过DCS函数运算后，实现DCS内监视、控制。通常由于外界因素影响以及平衡容器自身散热情况等原因，单室平衡容器在实际测量水位方面存在很大误差，应予以补偿修正。

[关键词] 平衡容器；汽包水位测量；参比水注；误差分析

1 引言^

汽包水位是电厂的主要监控参数之一，正确测量汽包水位是锅炉安全运行的保证。汽包水位过高，降低了汽包内汽水分离器的分离效果，使供出的饱和蒸汽携带水分过多，含盐量也增多，由于蒸汽湿度大，过热蒸汽过热度降低，这样不仅降低了机组出力，而且也容易造成汽机末几级叶片的水冲击，造成轴向推力过大使推力轴承磨损；含盐量过多，使过热器和汽机流通部分结垢，使机组出力不足，易使受热面过热造成爆管。汽包水位过低，而破坏了锅炉的汽水自然循环，致使水冷壁管被烧坏，严重缺水时还会发生爆管事故。所以准确测量汽包水位，对于机组安全运行非常重要。

2 测量水位分析

平衡容器作为水位—差压转换装置，根据结构型式分为单室、双室两种。考虑到双室平衡容器在汽包压力下降时，易造成平衡容器内正、负压饱和水被蒸发，造成水位测量不准，甚至可能导致停炉，所以大机组一般不采用双室平衡容器测量汽包水位，而是采用单室平衡容器测量汽包水位。目前，单室平衡容器测量水位误差主要是由于参比水柱密度不确定引起的。单室平衡容器测量水位，与平衡容器的散热情况、环境温度等有很大关系。由于饱和蒸汽进入平衡容器不断凝结为水，容器内表面的水温接近于汽包内的饱和温度，平衡容器及其下部取样管受环境的冷却，温度不断下降，随着高度的下降，取样管内的温度将接近环境温度。参比水柱的水温高于环境温度，但远低于汽包内的饱和温度，造成上下温差较大，测量密度不均匀。

某电厂3×330MW亚临界燃煤机组，锅炉采用哈锅配供HG1194/17.5-HM3汽包炉，汽水水位测量采用单室平衡容器，每台炉3只独立取样装置。机组运行期间，对单室平衡容器正压侧参比水柱温度分布情况进行了红外线测量，温度分布如图1所示。

图1 参比水柱温度分布

从图1可以看出参比水柱自上而下温差较大，造成参比水柱上下密度不均匀。参比水柱的水温一般采用取平均值的方法，按照常数考虑，一般取50~60℃；一些电厂也采用直接测量参比水柱温度的方法进行密度修正。通常情况下DCS厂家汽水模块计算公式中参比水柱密度是一个固定值（按汽包额定压力、温度在一固定值下得出的）。为减小参比水柱密度误差的影响，电力建设施工技术规范[1]明确要求将正压侧引压管路水平至少引出400mm后再向下敷设，目的是消除参比水柱出现不可控的温度梯度。在水平段参比水柱温度逐渐接近环境温度，水平段以下参比水柱温度已基本恒定。可以根据季节气候等因素，设定3～4个参比水注测量筒温度点，通过人工选择进行温度修正。

3 误差分析及措施

3.1 管路安装

由于汽包水位计仪表引压管路敷设问题，给后来汽包水位差压信号的测量带来附加误差。在安装阶段，现场工作要注意以下几方面：

3.1.1 选择合适的取样管路管径，可以减小流通阻力，防止水位显示滞后。

3.1.2 对于汽侧单室平衡容器加装支吊架，便于校正汽、水侧取样管高度。

3.1.3 汽、水侧取样阀门必须为2个截止阀串联且使其门杆处于水平位置安装，防止积水或积汽。

3.2 测量仪表

差压仪表作为水位-差压信号的测量仪表，相应参数设置要符合现场实际情况，必要时要对汽、水管路间距进行实际测量。水位差压测量略有偏差，将会引起测量水位附加误差，要引起高度重视。在施工现场的工作中，要注意以下几方面：

3.2.1 仪表量程设置要以现场实际测量为准，同时要做好测量筒零水位冷、热态标定工作。

3.2.2仪表零点是否漂移，定期对仪表进行零点校验。

3.2.3 仪表引压管路上各阀门有无渗漏；平衡门、排污门是否内漏。由于汽包压力高，排污门有必要考虑2个阀门串联安装，同时根据锅炉不同压力等级合理选择螺纹式或焊接式截止阀。

3.3 伴热保温

合理的管路保温，既能保证介质的温度，又能充分散热。在仪表管路伴热保温方面，要注意以下几方面：

3.3.1 对封闭汽包房，从单室平衡容器及以下至水侧取样孔高度的管路不得施加伴热或者保温；而对半封闭、或露天汽包房，则考虑冬季季风影响，减少设备迎风面等不利因素。

3.3.2 由于传统伴热都是蒸汽媒介，伴热管路温度较高，对引压管路内凝结水影响很大，温度过高会引起汽化，产生气泡，特别是刚投入蒸汽伴热时，汽包水位波动很大。为此，做到伴热管路延仪表管路全程S弯均匀敷设，S弯宽度宜超过取样管并行敷设宽度；禁止伴热管路与仪表管路直接接触，仪表管路与伴热管路之间增设一层岩棉，保温层以10mm为宜。

3.4 修正补偿

汽包压力变化范围较大，机组DCS的补偿公式中，主要考虑以下几个方面：

3.4.1 平衡容器两个取样管参比水注高度L，汽包水位零点至水侧取样管高度 h0，现场测量时要正确，如图1所示。要考虑到汽包冷、热态不同状态下，L、h0是否有变化，尽量减少以上参数的附件误差。

3.4.2 由于参比水柱密度ρ1不确定，也会对汽包水位实际测量有很大影响。根据季节气候等因素，设定3～4个参比水注测量筒温度点，通过人工选择进行温度修正。此方法增加人为不可控因素。经多次启、停炉红外线测量平衡容器及以下至水侧取样孔高度的管路温度分布，如图2所示。实施技改方案，在参比水注高度L中点位置焊接温度固定导热块，实时监测平衡容器罐体温度。通过汽包压力、罐体温度计算ρ1，实现实时修正汽包水位。

4 结论

通过以上方面研究总结，单室平衡容器在汽包水位实际测量中，受各个方面影响较大。为此，在现场实际的工作中，严格按照相关规范要求进行施工、验收，工作要做细、做实，这样才能尽可能减小汽包水位测量误差，保证机组安全运行。

参考文献

[1] DL/T 5190.4—2012,电力建设施工技术规范 第4部分：热工仪表及控制装置[S].

DL/T 5190.4—2012,Technical specification for thermal power erection and construction Part 4: Instrumentation and control[S].

[2] 孙长生，蒋健，刘卫国，等.浙江省火电厂锅炉汽包水位测量问题分析及改进[J] .电力建设, 2010, 31(10):56-60.

SUN Changsheng, JIANG Jian, LIU Weiguo, et al.Analysis on the Problems in Drum Water Level Measurement of Zhejiang Thermal Power Plants[J]. Electric Power Construction , 2010, 31(10):56-60.

作者简介：

张 震 大学本科，工程师，现任中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司项目经理

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