鍋爐汽包水位計(jì)故障原因分析及防范措施探討

1、鍋爐汽包水位計(jì)故障原因分析及防范措施探討富海淵 許洪升 瞿瀟（浙江長(zhǎng)興發(fā)電有限責(zé)任公司）摘 要 : 以巴威亞臨界B&W B-1025/17.5-M型鍋爐汽包三種水位計(jì)為例，分析三種水位計(jì)的工作原理和常見故障及其原因，并重點(diǎn)對(duì)差壓式水位計(jì)的測(cè)量影響因素進(jìn)行較為細(xì)致地分析，提出了防范措施及解決思路。關(guān)鍵詞 : 汽包水位計(jì) 工作原理 影響因素和故障原因分析探討引言汽包水位計(jì)是現(xiàn)代火電廠最重要的監(jiān)視儀表之一，其測(cè)量準(zhǔn)確與否對(duì)生產(chǎn)過程影響很大。汽包水位過高，降低了汽包內(nèi)汽水分離器的分離效果，使供出的飽和蒸汽攜帶水分過多，含鹽量也增多。由于蒸汽濕度大，過熱蒸汽過熱度降低，這不但降低了機(jī)組出力，而且

2、容易造成汽機(jī)末幾級(jí)葉片的水沖擊，造成軸向推力過大使推力軸承磨損; 含鹽量過多，使過熱器和汽機(jī)流通部分結(jié)垢，使機(jī)組出力不足且易使受熱面過熱而造成爆管。汽包水位過低，則破壞了鍋爐的汽水自然循環(huán)，致使水冷壁管被燒壞，嚴(yán)重缺水時(shí)還會(huì)發(fā)生爆管等事故。所以準(zhǔn)確測(cè)出汽包內(nèi)水位，以提高機(jī)組的安全性是技術(shù)人員重點(diǎn)關(guān)注的問題。1 三種水位計(jì)的工作原理 1.1 云母式雙色水位計(jì)云母式雙色水位計(jì)是一種直讀式高置汽包水位計(jì)。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，讀數(shù)直觀可信，一向是人們監(jiān)督汽包水位最信賴的儀表。它用耐高溫高壓的云母按連通器的原理制成。1.2 電接點(diǎn)水位計(jì)電接點(diǎn)水位計(jì)是利用爐水和蒸汽的導(dǎo)電率差異的特性進(jìn)行測(cè)量液位的。由于液位的變

3、化使部分電極浸入水中，部分電極置于蒸汽中。爐水含鹽量大,其電阻率小，相當(dāng)于導(dǎo)電狀態(tài);而飽和蒸汽的電阻率大，相當(dāng)于開路狀態(tài)，利用這一特性，用幾對(duì)電極就可以模擬汽包水位的高度。1.3 差壓式水位計(jì) 汽包內(nèi)的蒸汽通過取樣管在平衡容器中凝結(jié)成水，此水柱產(chǎn)生的壓力作用在差壓變送器上，作為差壓變送器的參比端；汽包內(nèi)的飽和水經(jīng)取樣管進(jìn)入差壓變送器，作為差壓變送器的信號(hào)端，在一定的壓力和溫度下，此水柱所產(chǎn)生的壓力與平衡容器水柱產(chǎn)生的壓力之差與汽包內(nèi)水平面的高度成正比。2 影響三種汽包水位計(jì)的因素及防范措施2.1 云母雙色水位計(jì) HHLHttk w s w 圖 12.1.1 環(huán)境溫度對(duì)云母水位計(jì)的影響由于云母雙

4、色水位計(jì)處于環(huán)境溫度下，溫度較低。其冷凝水密度高于汽包內(nèi)飽和水密度，因此指示水位必低于汽包內(nèi)重力水位(見圖 1 )。環(huán)境溫度越低，冷卻水平均密度越大，故誤差越大。防范措施是加強(qiáng)對(duì)云母水位計(jì)汽水連通管路和水位計(jì)本體的保溫。 來源2.1.2 鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)或更換云母片后對(duì)云母水位計(jì)的影響 機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)汽包升壓到一定值時(shí)，水位工業(yè)電視系統(tǒng)CRT上看云母雙色水位計(jì)往往模糊不清。其原因是汽包受熱后，水位計(jì)汽水管路、支架發(fā)生膨脹，相對(duì)位置發(fā)生了變化，攝像頭與雙色水位計(jì)的角度偏離了最佳視角所致。另外更換了云母片后也有相同現(xiàn)象發(fā)生。防范措施是適時(shí)適當(dāng)調(diào)準(zhǔn)。我廠多次發(fā)生在CRT上看云母雙色水位計(jì)水汽界面不清

5、的現(xiàn)象，后來把水位監(jiān)視攝像機(jī)改成了位置可移動(dòng)式，攝像頭改成定焦自動(dòng)光圈型后，調(diào)節(jié)就變得方便簡(jiǎn)單，而且顯示更清楚。 2.2 電接點(diǎn)水位計(jì) 電接點(diǎn)水位計(jì)比較靈敏，反映水位變化無遲延，理論上與汽包工作壓力和環(huán)境溫度無關(guān)。但仍存在不足, 安裝在測(cè)量筒上的電接點(diǎn)，由于長(zhǎng)期處于高溫高壓和具有強(qiáng)鹽分的爐水相接觸，電接點(diǎn)可能會(huì)失效，引起測(cè)量誤差。示意圖見圖2 測(cè)量筒電極顯示器電源降水閥圖22.2.1 汽包水質(zhì)對(duì)電接點(diǎn)水位計(jì)的影響汽包內(nèi)的水質(zhì)結(jié)垢，化學(xué)腐蝕及氣泡堆堵造成水側(cè)電接點(diǎn)與筒體的“開路”故障。會(huì)造成二次表顯示水位不準(zhǔn)，或水柱間斷顯示，誤發(fā)水位報(bào)警信號(hào)等異?，F(xiàn)象。 水位計(jì)的電極掛水影響電接點(diǎn)水位計(jì)的測(cè)量筒

6、因隨環(huán)境溫度的快速冷凝及水浪沖擊，造成高導(dǎo)電的爐水沿電極和筒壁濺延，導(dǎo)致電極上形成 “掛水” 短路現(xiàn)象。掛水后形成電極間連通，同樣會(huì)造成水位顯示的錯(cuò)誤。 閥對(duì)電接點(diǎn)水位計(jì)的影響電接點(diǎn)水位計(jì)測(cè)量筒降水閥的作用是將測(cè)量筒與下降管構(gòu)成一個(gè)循環(huán)回路，將測(cè)量筒里的水不斷地引到下降管中去，以保持測(cè)量筒里的凝水溫度和密度與汽包內(nèi)一致。但在實(shí)際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)降水閥的開度對(duì)測(cè)量有很大的影響。降水閥開度大時(shí)測(cè)量出的水位偏低且水位不穩(wěn)；開度小時(shí)起不到降水閥的作用，而且多了降水閥后也增加了測(cè)量筒檢修的隔離難度,這樣設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在更換電極時(shí)也較難判斷測(cè)量筒是否已可靠隔離。因此我們采取的措施是將測(cè)量筒到下降管的管路取消，增

7、加一路向空排汽閥。因此，防止以上幾個(gè)因素對(duì)電接點(diǎn)水位計(jì)的影響，主要措施是采取合理的保溫措施，確保汽包小室的環(huán)境溫度、采用數(shù)字邏輯判斷電路等方法，以提高對(duì)爐水和蒸汽的分辨能力。同時(shí)我們也在#1爐上償試采用進(jìn)口型電接點(diǎn)水位計(jì)，使用下來發(fā)現(xiàn)進(jìn)口型無論在可靠性還是可維修性上都比國(guó)產(chǎn)型有明顯的優(yōu)勢(shì)。 2.3 壓式水位計(jì)通過合理的補(bǔ)償措施，差壓式水位計(jì)能較好地測(cè)量汽包重力水位?，F(xiàn)在鍋爐汽包水位MFT及汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的信號(hào)全都取自差壓式水位計(jì)。我廠使用的單平衡容器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(見圖3)。影響其測(cè)量準(zhǔn)確性的因素主要有以下幾點(diǎn):圖3 水柱對(duì)差壓式水位計(jì)的影響鍋爐啟動(dòng)時(shí)由于汽包內(nèi)溫度低、壓力低，平衡容器內(nèi)可能無水

8、而無法建立參比水柱。因此采用鍋爐上水時(shí)向平衡容器內(nèi)注水，同時(shí)，在汽包滿水時(shí)及時(shí)排出取樣管路中的空氣泡和雜質(zhì)，使差壓變送器的取樣管路全部充滿清潔的水。同時(shí)，運(yùn)行人員升降汽包水位，觀察差壓水位表顯示值變化是否與實(shí)際水位相符。差壓式水位計(jì)平衡容器與其取樣點(diǎn)間連接的取樣管應(yīng)合理保溫,否則平衡容器的溫度越低,其冷凝水密度增大,水位計(jì)輸出差壓增大,使顯示值偏低.但平衡容器罐體不應(yīng)保溫,以產(chǎn)生足夠的冷凝水量而保證參比水柱的穩(wěn)定。引到差壓變送器的兩根儀表管道應(yīng)平行敷設(shè)、共同保溫。 安裝對(duì)差壓式水位計(jì)的影響變送器汽側(cè)取樣管上安裝有平衡容器。平衡容器也稱凝結(jié)容器，通常是一個(gè)球型容器或筒型容器。容器側(cè)面水平引出一個(gè)

9、管口接到汽包上的汽側(cè)取樣孔。容器底部垂直引出一個(gè)管口接到差壓變送器的負(fù)壓側(cè)（屬正接方式）。進(jìn)入平衡容器的飽和蒸汽不斷凝結(jié)成水，多余的凝結(jié)水自取樣管流回汽包使容器內(nèi)的水位保持恒定。為了確保平衡容器內(nèi)的凝結(jié)水能可靠地流回汽包，平衡容器前的汽側(cè)取樣管應(yīng)向汽包側(cè)下傾斜。由于同一汽包三個(gè)平衡容器的汽連通管及容器安裝高度不一致，會(huì)使汽側(cè)取樣管的參比水柱高度不同（變送器均安裝在同一高度），從而造成三個(gè)汽包水位測(cè)量值之間存在較大偏差.解決的辦法是待鍋爐啟動(dòng)且熱膨脹穩(wěn)定后核對(duì)三個(gè)平衡容器的高度是否一致，并核對(duì)平衡容器與汽包幾何中心線（零水位線）間高度是否有變化，否則應(yīng)在DCS修正。應(yīng)水位差壓信號(hào)比較小，變送器的

10、接頭漏水或平衡閥內(nèi)漏對(duì)信號(hào)影響很大，根據(jù)目前變送器的受壓能力，我們?nèi)∠似胶忾y，并將多次彈出的卡套式變送器接頭改為標(biāo)準(zhǔn)壓力表式接頭。2.3.3電伴熱帶對(duì)差壓式水位計(jì)的影響電伴熱帶是冬季防止汽包水位測(cè)量管路結(jié)冰的一項(xiàng)措施，正常時(shí)水位變送器正壓負(fù)壓側(cè)伴熱帶的發(fā)熱量基本一致，對(duì)水位測(cè)量的影響較小，但當(dāng)正壓負(fù)壓側(cè)的發(fā)熱量不一致時(shí)，伴熱帶就會(huì)對(duì)汽包水位的正確測(cè)量產(chǎn)生重大影響。我廠#3爐曾發(fā)生過這樣一個(gè)故障：汽包雙色水位計(jì)、電接點(diǎn)水位計(jì)均顯示正常，但原本誤差穩(wěn)定的三個(gè)差壓式水位計(jì)中有一個(gè)與另外兩路信號(hào)偏差加大。檢查后發(fā)現(xiàn)，由于差壓式水位變送器取樣管路上纏繞的伴熱帶溫控失靈使正負(fù)壓側(cè)水柱溫度和密度偏差加大,

11、造成正壓和負(fù)壓取樣管的水柱壓差增大。另外我廠也曾發(fā)生因伴熱帶短路跳閘和管路結(jié)冰引起差壓式水位計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)的故障.解決此問題的措施是根據(jù)季節(jié)溫度及時(shí)投用和停用電伴熱裝置，并將伴熱帶檢查作為入冬前的常規(guī)安全檢查項(xiàng)目。 2.3.4 鍋爐啟動(dòng)初期差壓式水位計(jì)的實(shí)際使用情況 鍋爐啟動(dòng)初期差壓式水位計(jì)一般較難準(zhǔn)確測(cè)量水位，出現(xiàn)的問題也比較多，我們認(rèn)為這是由于鍋爐啟動(dòng)初期由于汽包內(nèi)溫度低、壓力低，平衡容器內(nèi)較難建立參比水柱及儀表管積存空氣雜質(zhì)等原因所致。2006年1月30日，#1爐小修后準(zhǔn)備首次點(diǎn)火。凌晨點(diǎn)火前運(yùn)行按要求用上水及放水方法進(jìn)行汽包高低水位MFT保護(hù)試驗(yàn)，但整個(gè)試驗(yàn)過程沒有完全成功，具體情況如下：

12、啟動(dòng)前汽包水位差壓變送器3臺(tái)均校驗(yàn)正常，420mA對(duì)應(yīng)335mm.H2O335mm.H2O，機(jī)務(wù)對(duì)變送器一次門前平衡容器后6根儀表管重新排管。鍋爐上水時(shí)CRT 3點(diǎn)水位都顯示滿水位，期間LT10105-COM、LT10107-COM顯示始終保持在滿水位，運(yùn)行通知儀控檢查，期間反復(fù)幾次上水放水及變送器排污，5：07時(shí)鍋爐放水，只有LT10106-COM有變化。經(jīng)運(yùn)行、機(jī)務(wù)、儀控討論后，模擬進(jìn)行水位保護(hù)試驗(yàn)并確認(rèn)正常，然后強(qiáng)制LT10105-COM、LT10107-COM汽包高低水位MFT保護(hù)信號(hào)，7：19時(shí)鍋爐開始點(diǎn)火，9：05時(shí)左右汽包壓力由“0” 開始上升，11：20時(shí)左右汽包壓力已升至2.

13、37MPa，LT10105-COM、LT10107-COM顯示開始逐步恢復(fù)正常，幾小時(shí)后完全恢復(fù)正常。 之前2005年12月20日#2爐小修后水位傳動(dòng)試驗(yàn)時(shí)也出現(xiàn)了問題。LT20106-COM顯示不準(zhǔn)（顯示低水位，管路排水、變送器都正常，但顯示始終不變），而LT20105-COM、LT20107-COM兩點(diǎn)一致性較好，9：07時(shí)開始點(diǎn)火，12時(shí)左右LT20106-COM顯示開始逐步恢復(fù)正常，當(dāng)時(shí)汽包壓力還未開始明顯上升。 從現(xiàn)象及最終結(jié)果分析，#1爐上水時(shí)LT10105-COM（A側(cè)靠后墻）、LT10107-COM（B側(cè)）平衡容器當(dāng)時(shí)可能還未罐滿水，因?yàn)闄C(jī)務(wù)在確認(rèn)一次門開啟后儀控?cái)Q開變送器“H

14、”側(cè)時(shí)，只有LT10106-COM（A側(cè)靠前墻）變送器能排出連續(xù)較大水流，而LT10105-COM、LT10107-COM變送器“H”側(cè)只有滴水，運(yùn)行巡檢人員認(rèn)為水位已上得夠高且不能再上。如技術(shù)許可，水位傳動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，運(yùn)行必須確保上水至350mm.H2O，并盡可能再稍高一些，盡量在3只變送器“H”側(cè)都能排出連續(xù)較大水流且保持幾分鐘后再停止上水。因汽包水位測(cè)量為微差壓測(cè)量，測(cè)量管路中存在空氣一般將造成測(cè)量值波動(dòng)而不準(zhǔn)。變送器放氣應(yīng)在汽包起壓后且壓力較高時(shí)進(jìn)行，這樣效果較好。汽包未起壓時(shí)變送器放氣是無多大效果的。管路結(jié)垢也是個(gè)問題。本次#1爐上水時(shí)，發(fā)現(xiàn)3只變送器除LT10106-COM排污門暢通外

15、，其余均不通，在汽包壓力2MPa時(shí)仍排不出水。這說明儀表管路結(jié)垢現(xiàn)象比較嚴(yán)重，因此建議在停爐或起壓期間，當(dāng)汽包壓力45MPa左右時(shí)對(duì)汽包水位變送器排污門進(jìn)行帶壓排污，以免造成管路堵塞的誤判斷。因此，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行熱工自動(dòng)化檢修規(guī)程“設(shè)備大小修后，投用前應(yīng)沖洗測(cè)量管路。其中汽、水壓力測(cè)量系統(tǒng)的取樣管采用排污沖洗。有隔離容器的壓力測(cè)量系統(tǒng)，不許采用排污沖洗。沖洗油壓測(cè)量系統(tǒng)的取樣管時(shí)，應(yīng)有排污收集裝置和防火措施”的規(guī)定。另外，機(jī)務(wù)更換測(cè)量系統(tǒng)一次門時(shí)必須注意清潔，防止雜物進(jìn)入儀表管而堵管。在上水時(shí)如CRT有汽包水位顯示不準(zhǔn)（不準(zhǔn)的原因可能為儀表管內(nèi)有較多排不出的空氣或管路因雜質(zhì)而不暢）并不能判定該水位

16、測(cè)量系統(tǒng)有問題，如確認(rèn)DCS邏輯準(zhǔn)確、變送器校驗(yàn)準(zhǔn)確、平衡容器已灌滿水，待汽包起壓后測(cè)量值一般都會(huì)逐步趨于正常，但若平衡容器水灌得不夠滿，則恢復(fù)時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，鍋爐啟動(dòng)時(shí)以電接點(diǎn)水位計(jì)或就地水位計(jì)為準(zhǔn)，運(yùn)行控制汽包水位使電接點(diǎn)不顯示至MFT的最高最低水位，當(dāng)鍋爐負(fù)荷較高時(shí)差壓變送器水位測(cè)量裝置才投入使用，這種方法比較實(shí)用且具可操作性。上水時(shí)有可能存在CRT上3點(diǎn)水位都不準(zhǔn)的情況，如確認(rèn)DCS邏輯準(zhǔn)確、變送器校驗(yàn)準(zhǔn)確、平衡容器已灌滿水，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在撤除汽包水位保護(hù)后仍可以點(diǎn)火（但經(jīng)請(qǐng)示領(lǐng)導(dǎo)），此時(shí)可用汽包水位工業(yè)電視監(jiān)視就地雙色水位計(jì)或就地電接點(diǎn)水位計(jì)（可將電接點(diǎn)水位計(jì)顯示表裝至集控室并增加±50 mm.H2O點(diǎn)），待汽包起壓后觀察測(cè)量值是否逐步趨于正常，若平衡容器水灌得不夠滿，則恢復(fù)時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)。 因上水時(shí)CRT差壓變送器水位不準(zhǔn)的幾率較高，故“鍋爐汽包水位保護(hù)在鍋爐啟動(dòng)前應(yīng)進(jìn)行實(shí)際傳動(dòng)試驗(yàn)”是否必須執(zhí)行？如果CRT水位都不準(zhǔn)是否就不再點(diǎn)火？仔細(xì)查閱火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定（電力行業(yè)熱工自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)DRZ/T 01-2004），再針對(duì)我廠實(shí)際情況，我們認(rèn)為規(guī)定的一些地方是矛盾的或很難操作的。比如5.1條提出“鍋爐啟動(dòng)時(shí)應(yīng)以電極式汽包水位測(cè)量裝置為