提高2機(jī)組汽包水位保護(hù)的穩(wěn)定性

1、 發(fā)布人:張曉東北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司臨河熱電廠生檢部熱工主控班QC小組QC小組簡介QC小組成員表汽包水位重要性：保持汽包正常水位是保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要條件之一，汽包水位過高，蒸汽空間縮小，將會(huì)增加蒸汽帶水，使蒸汽品質(zhì)惡化，容易造成過熱器積鹽、超溫和汽輪機(jī)通流部分結(jié)垢。 汽包水位嚴(yán)重過高或滿水時(shí)，蒸汽大量帶水，會(huì)使主汽溫度急劇下降，蒸汽管道和汽輪機(jī)內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重水沖擊，甚至造成汽輪機(jī)葉片損壞事故。汽包水位過低會(huì)引起鍋爐水循環(huán)的破壞，使水冷壁管超溫過熱；嚴(yán)重缺水而又處理不當(dāng)時(shí)，則會(huì)造成爐管大面積爆破的重大事故。 選題理由我廠情況：我廠汽包水位測量裝置主要采用雙色水位計(jì)、電接點(diǎn)水位計(jì)和差壓

2、水位計(jì)。雙色水位計(jì)直觀、可靠，但精度不夠且不能量化，只能作為判斷水位的輔助手段；電接點(diǎn)水位計(jì)相對(duì)可靠、準(zhǔn)確，其示值是運(yùn)行人員主要的參數(shù)；差壓水位計(jì)是鍋爐汽包水位的主要測量設(shè)備之一，是通過把液位高度變化轉(zhuǎn)換成差壓變化來測量水位。 我廠水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的水位信號(hào)由每臺(tái)爐的4臺(tái)外置式平衡容器式差壓水位計(jì)提供。由于外置式差壓水位計(jì)在低負(fù)荷時(shí)不能正常投入使用，因此在低負(fù)荷或啟停爐過程中，水位自動(dòng)調(diào)節(jié)需切為手動(dòng)，并解列鍋爐汽包水位保護(hù)，防止保護(hù)誤動(dòng)。在正常運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)汽包水位和電接點(diǎn)或雙色水位計(jì)存在較大偏差，并且4臺(tái)外置式差壓水位計(jì)之間也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大偏差。外置式差壓水位計(jì)的這種運(yùn)行狀況直接威脅著鍋

3、爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并給運(yùn)行人員操作和監(jiān)視帶來諸多不便。 通過分析我QC小組決定將提高我廠作為本次QC活動(dòng)的課題. 小組對(duì)2013年11月-2014年2月#2機(jī)組汽包水位的缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出：結(jié)論：汽包水位差壓計(jì)測量的不準(zhǔn)確為汽包水位缺陷的主要原因。目標(biāo)確定目標(biāo)確定目標(biāo)值依據(jù)分析：目標(biāo)值依據(jù)分析：2.目標(biāo)值分析結(jié)果：目標(biāo)值分析結(jié)果：要因確認(rèn) 確認(rèn)一 要因確認(rèn) 確認(rèn)二 要因確認(rèn) 確認(rèn)三 要因確認(rèn) 確認(rèn)四 要因確認(rèn) 確認(rèn)五 按照流體靜力學(xué)原理，當(dāng)汽包水位在正常水位H0(即零水位)時(shí)，平衡容器的差壓輸出P0P0=Lr-H0r2-（L-H0）rs （1-1）式中 rs飽和蒸汽重度,其它符號(hào)的意義如圖1-1

4、所示。當(dāng)汽包水位偏離正常水位變化H時(shí)，平衡容器的差壓輸出為PP=P0-（ r2- rs）H （1-2）L、H0為確定值，若r1、r2和rS為已知的確定值時(shí)，正常水位時(shí)的差壓輸出P0就是常數(shù)，也就是說差壓式水位計(jì)的零水位差壓是穩(wěn)定的。平衡容器的輸出差壓P0則是汽包水位變化H的單值函數(shù)。水位增高，輸出差壓減小。應(yīng)當(dāng)指出，上述平衡容器在實(shí)際應(yīng)用中，由于存在下列問題，造成差壓式水位計(jì)指示不準(zhǔn)。（1）由于平衡容器向外散熱，正、負(fù)壓容器中的水溫由上至下逐步降低，且溫度分布不易確定。因此用式（1-1）、（1-2）分度差壓計(jì)時(shí)，因重度r1和r2的數(shù)值很難準(zhǔn)確確定 ，使得分度好的差壓式水位計(jì)裝到現(xiàn)場后與云母水位

5、計(jì)的指示對(duì)不起來。即使在現(xiàn)場對(duì)照云母水位計(jì)的指示調(diào)整好刻度值，隨著使用情況的變化，還會(huì)由于r1和r2數(shù)值改變而使差壓式水位計(jì)指示不準(zhǔn)。為解決這個(gè)問題，可通過改進(jìn)平衡容器結(jié)構(gòu)，設(shè)法使r1 和r2為已知確定值。例如，用蒸汽套保溫，可使r1和r2都等于汽包壓力下飽和水的重度rw，這時(shí)，差壓P和水位H有以下關(guān)系式：P=L（rw- rS）-H（rw- rS） (1-3)其中 H=H0H。（2）一般，差壓式水位計(jì)是在汽包額定工作壓力下分度的，因此差壓式水位計(jì)只有在汽包額定工作壓力下運(yùn)行時(shí)其指示才正確。當(dāng)汽包壓力變化時(shí)，飽和水重度和飽和蒸汽重度隨之變化，使差壓式水位計(jì)的指示發(fā)生很大誤差。（rw- rS）隨壓

6、力變化的關(guān)系在不同的壓力范圍內(nèi)是不同的，如圖1-2所示，從圖中可見，在30-130Kg/cm2壓力范圍內(nèi)，壓力和重度差（rw- rS）的關(guān)系非常接近線性，隨著壓力的降低，重度差（rw- rS）增大。由于雙室平衡容器的結(jié)構(gòu)尺寸L總是大于H，所以從式1-3可知，當(dāng)汽包壓力低于額定值時(shí)，（rw- rS）增大，使輸出P增大，因而使差壓式水位計(jì)指示偏低。由此產(chǎn)生的水位指示誤差還與水位H、平衡容器結(jié)構(gòu)尺寸L有關(guān)。（L-H）愈大，指示誤差也愈大，也就是說，低水位比高水位誤差大。這種誤差在中壓鍋爐可達(dá)40-50mm，在高壓鍋爐可達(dá)100mm以上，使差壓式水位計(jì)在機(jī)組啟、或滑壓運(yùn)行時(shí)不能使用。平衡容器平衡容器自

7、身計(jì)算自身計(jì)算復(fù)雜復(fù)雜對(duì)環(huán)境溫對(duì)環(huán)境溫度依賴性度依賴性較大較大制定對(duì)策制定對(duì)策要消除或減小因汽包壓力變動(dòng)而造成的誤差，可進(jìn)一步改進(jìn)平衡容器的結(jié)構(gòu)，或者采用汽包壓力補(bǔ)償措施，可以減小差壓式水位測量誤差 內(nèi)置式平衡容器根據(jù)差壓計(jì)原理而設(shè)計(jì)的，克服了平衡容器內(nèi)正壓側(cè)水柱高度的重度r1和負(fù)壓側(cè)水柱高度的重度r2受環(huán)境溫度的影響?？梢圆捎檬剑?-3）對(duì)平衡容器差壓值進(jìn)行壓力補(bǔ)償，因?yàn)椴顗篜是rw- rS的單值函數(shù)，rw- rS是汽包壓力的單值函數(shù)。 汽包內(nèi)置水位平衡容器工作原理 汽包內(nèi)置水位平衡容器是根據(jù)多年來的工程實(shí)踐而開發(fā)的，它克服了環(huán)境溫度對(duì)單室平衡容器及參比水柱內(nèi)水密度的影響，使信號(hào)更穩(wěn)定，測量

8、的附加誤差更小，補(bǔ)償公式更簡單，結(jié)果更準(zhǔn)確。眾所周知，單室平衡容器及參比水柱內(nèi)水的溫度受環(huán)境溫度和風(fēng)向以及容器的結(jié)構(gòu)、表管的走向布置影響較大，而水的密度與水的溫度關(guān)系較大，一個(gè)較小的差壓誤差，經(jīng)補(bǔ)償計(jì)算后會(huì)增加近2倍的誤差，給水位測量帶來較大的一個(gè)隨機(jī)誤差。汽包內(nèi)置水位平衡容器，將平衡容器置于汽包內(nèi)部，使其水容器和參比水柱永遠(yuǎn)處于飽和環(huán)境下，克服了參比水柱水溫難以測量的不足，從而使信號(hào)更加穩(wěn)定。汽包內(nèi)置水位平衡容器提供了一個(gè)更加穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確的差壓信號(hào)，從而使汽包水位測量、調(diào)節(jié)和保護(hù)更加真實(shí)可信。 汽包內(nèi)置水位平衡容器的原理如圖1-3所示：4 L87263151、冷凝罐2、汽側(cè)管3、正壓取樣

9、管4、負(fù)側(cè)取樣管5、DCS6、差壓變送器7、汽包8、平衡罐9、備用正壓取樣管LH0H129汽包內(nèi)置水位平衡容器主要由1冷凝罐、3正壓取樣管、5 DCS、6差壓變送器、8平衡罐等組成。汽包運(yùn)行過程中飽和蒸汽進(jìn)入到冷凝罐中冷凝成飽和水回流到平衡罐中，參比水柱所形成的靜壓通過正壓取樣管引到差壓變送器的正端，汽包內(nèi)的水通過水側(cè)取樣管引到差壓變送器的負(fù)端，這樣差壓變送器輸出差壓信號(hào)給DCS，在DCS中通過壓力補(bǔ)償計(jì)算得出汽包內(nèi)的水位。這樣做沒有了環(huán)境溫度對(duì)參比水柱密度的影響，計(jì)算出來的結(jié)果就更接近于汽包中的實(shí)際水位，能夠真正反映汽包真實(shí)水位。原理圖中：L為平衡罐上邊沿到水側(cè)取樣管中心線的距離，H0為汽包

10、設(shè)計(jì)0水位線到水側(cè)取樣管中心線的距離，H為現(xiàn)在水位線相對(duì)于0水位線的差值，1為飽和水的密度， 2為飽和汽的密度。由此我們可以列出下列公式：H=L- H0-P/（1-2）。從公式中我們可以看出，水位只與飽和水和飽和汽的密度有關(guān)，而密度與壓力有關(guān)，我們只要測出汽包壓力就可以從密度表中查出密度，代入公式即可計(jì)算出水位。 原平衡容器的水位變送器送出的是水位信號(hào)，改造后水位變送器送出的為差壓信號(hào)，并且水位計(jì)算公式有不同汽包壓力下飽和水密度不同的修正公式，所以汽包平衡容器改造后需對(duì)原組態(tài)的水位計(jì)算公式進(jìn)行修改，修改后組態(tài)公式如下： 內(nèi)置式平衡容器計(jì)算水位與電接點(diǎn)水位計(jì)，在改造前后相比較可明顯的發(fā)現(xiàn)，兩者之

11、間的水位偏差變得很小，與外置式相比內(nèi)置式平衡容器測量的水位精確性有了明顯的提高。汽包內(nèi)置水位平衡容器的優(yōu)點(diǎn)： 由于將平衡罐安裝在汽包內(nèi)，使平衡罐及引出管中的水的溫度為汽包內(nèi)飽和水的溫度，其密度為飽和水的密度，這樣在進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算時(shí)就有相對(duì)穩(wěn)定的參數(shù)，可以準(zhǔn)確計(jì)算出汽包水位。 由于在汽包的汽側(cè)取樣管上焊接有冷凝罐，可以及時(shí)向平衡罐中補(bǔ)充冷凝后的飽和水，可以保證在起爐不久就投入汽包水位。 備用正壓取樣管，防止內(nèi)置式平衡罐出現(xiàn)意外后可將正壓表管與之相連。這樣就與現(xiàn)行的外置式單室容器一樣，以防萬一。結(jié)論：這次QC活動(dòng)圓滿完成了 預(yù)定目標(biāo)。 通過內(nèi)置式平衡容器計(jì)算水位與電接點(diǎn)水位計(jì)，在改造前后相比較通過內(nèi)

12、置式平衡容器計(jì)算水位與電接點(diǎn)水位計(jì)，在改造前后相比較可明顯的發(fā)兩者之間的水位偏差，由以前最大的可明顯的發(fā)兩者之間的水位偏差，由以前最大的75mm75mm減小到了減小到了5mm,5mm,與外與外置式相比內(nèi)置式平衡容器測量的水位精確性有了明顯的提高置式相比內(nèi)置式平衡容器測量的水位精確性有了明顯的提高, ,使平衡容使平衡容器計(jì)算出的水位與汽包的實(shí)際水位幾乎一致。器計(jì)算出的水位與汽包的實(shí)際水位幾乎一致。據(jù)調(diào)查據(jù)調(diào)查 1 1 將將修改后的水位計(jì)算公式修改后的水位計(jì)算公式邏輯組態(tài)編入臨河熱電廠邏輯組態(tài)編入臨河熱電廠300MW300MW機(jī)機(jī)組邏輯組態(tài)組邏輯組態(tài)備份備份中。中。 2 2 定期調(diào)取汽包水位曲線，對(duì)不合理的組態(tài)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整定期調(diào)取汽