鍋爐汽包水位計故障原因分析及防范措施探討

1、鍋爐汽包水位計故障原因分析及防范措施探討富海淵 許洪升 瞿瀟（浙江長興發(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為例，分析三種水位計的工作原理和常見故障及其原因，并重點對差壓式水位計的測量影響因素進行較為細(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 工作原理 影響因素和故障原因分析探討引言汽包水位計是現(xiàn)代火電廠最重要的監(jiān)視儀表之一，其測量準(zhǔn)確與否對生產(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，這不但降低了機組出力，而且

2、容易造成汽機末幾級葉片的水沖擊，造成軸向推力過大使推力軸承磨損; 含鹽量過多，使過熱器和汽機流通部分結(jié)垢，使機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)重缺水時還會發(fā)生爆管等事故。所以準(zhǔn)確測出汽包內(nèi)水位，以提高機組的安全性是技術(shù)人員重點關(guān)注的問題。1 三種水位計的工作原理 1.1 云母式雙色水位計云母式雙色水位計是一種直讀式高置汽包水位計。由于結(jié)構(gòu)簡單，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 電接點水位計電接點水位計是利用爐水和蒸汽的導(dǎo)電率差異的特性進行測量液位的。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，用幾對電極就可以模擬汽包水位的高度。1.3 差壓式水位計 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)取樣管進入差壓變送器，作為差壓變送器的信號端，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的因素及防范措施2.1 云母雙色水位計 HHLHttk w s w 圖 12.1.1 環(huán)境溫度對云母水位計的影響由于云母雙

4、色水位計處于環(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。防范措施是加強對云母水位計汽水連通管路和水位計本體的保溫。 來源2.1.2 鍋爐冷態(tài)啟動或更換云母片后對云母水位計的影響 機組冷態(tài)啟動時，當(dāng)汽包升壓到一定值時，水位工業(yè)電視系統(tǒng)CRT上看云母雙色水位計往往模糊不清。其原因是汽包受熱后，水位計汽水管路、支架發(fā)生膨脹，相對位置發(fā)生了變化，攝像頭與雙色水位計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水汽界面不清

5、的現(xiàn)象，后來把水位監(jiān)視攝像機改成了位置可移動式，攝像頭改成定焦自動光圈型后，調(diào)節(jié)就變得方便簡單，而且顯示更清楚。 2.2 電接點水位計 電接點水位計比較靈敏，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, 安裝在測量筒上的電接點，由于長期處于高溫高壓和具有強鹽分的爐水相接觸，電接點可能會失效，引起測量誤差。示意圖見圖2 測量筒電極顯示器電源降水閥圖22.2.1 汽包水質(zhì)對電接點水位計的影響汽包內(nèi)的水質(zhì)結(jié)垢，化學(xué)腐蝕及氣泡堆堵造成水側(cè)電接點與筒體的“開路”故障。會造成二次表顯示水位不準(zhǔn)，或水柱間斷顯示，誤發(fā)水位報警信號等異常現(xiàn)象。 水位計的電極掛水影響電接點水位計的測量筒

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，同樣會造成水位顯示的錯誤。 閥對電接點水位計的影響電接點水位計測量筒降水閥的作用是將測量筒與下降管構(gòu)成一個循環(huán)回路，將測量筒里的水不斷地引到下降管中去，以保持測量筒里的凝水溫度和密度與汽包內(nèi)一致。但在實際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)降水閥的開度對測量有很大的影響。降水閥開度大時測量出的水位偏低且水位不穩(wěn)；開度小時起不到降水閥的作用，而且多了降水閥后也增加了測量筒檢修的隔離難度,這樣設(shè)計的系統(tǒng)在更換電極時也較難判斷測量筒是否已可靠隔離。因此我們采取的措施是將測量筒到下降管的管路取消，增

7、加一路向空排汽閥。因此，防止以上幾個因素對電接點水位計的影響，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，以提高對爐水和蒸汽的分辨能力。同時我們也在#1爐上償試采用進口型電接點水位計，使用下來發(fā)現(xiàn)進口型無論在可靠性還是可維修性上都比國產(chǎn)型有明顯的優(yōu)勢。 2.3 壓式水位計通過合理的補償措施，差壓式水位計能較好地測量汽包重力水位。現(xiàn)在鍋爐汽包水位MFT及汽包水位自動調(diào)節(jié)的信號全都取自差壓式水位計。我廠使用的單平衡容器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(見圖3)。影響其測量準(zhǔn)確性的因素主要有以下幾點:圖3 水柱對差壓式水位計的影響鍋爐啟動時由于汽包內(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向平衡容器內(nèi)注水，同時，在汽包滿水時及時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，運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際水位相符。差壓式水位計平衡容器與其取樣點間連接的取樣管應(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。 安裝對差壓式水位計的影響變送器汽側(cè)取樣管上安裝有平衡容器。平衡容器也稱凝結(jié)容器，通常是一個球型容器或筒型容器。容器側(cè)面水平引出一個

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管口接到差壓變送器的負(fù)壓側(cè)（屬正接方式）。進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。由于同一汽包三個平衡容器的汽連通管及容器安裝高度不一致，會使汽側(cè)取樣管的參比水柱高度不同（變送器均安裝在同一高度），從而造成三個汽包水位測量值之間存在較大偏差.解決的辦法是待鍋爐啟動且熱膨脹穩(wěn)定后核對三個平衡容器的高度是否一致，并核對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)水位差壓信號比較小，變送器的

10、接頭漏水或平衡閥內(nèi)漏對信號影響很大，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電伴熱帶對差壓式水位計的影響電伴熱帶是冬季防止汽包水位測量管路結(jié)冰的一項措施，正常時水位變送器正壓負(fù)壓側(cè)伴熱帶的發(fā)熱量基本一致，對水位測量的影響較小，但當(dāng)正壓負(fù)壓側(cè)的發(fā)熱量不一致時，伴熱帶就會對汽包水位的正確測量產(chǎn)生重大影響。我廠#3爐曾發(fā)生過這樣一個故障：汽包雙色水位計、電接點水位計均顯示正常，但原本誤差穩(wěn)定的三個差壓式水位計中有一個與另外兩路信號偏差加大。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測量不準(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)安全檢查項目。 2.3.4 鍋爐啟動初期差壓式水位計的實際使用情況 鍋爐啟動初期差壓式水位計一般較難準(zhǔn)確測量水位，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)備首次點火。凌晨點火前運行按要求用上水及放水方法進行汽包高低水位MFT保護試驗，但整個試驗過程沒有完全成功，具體情況如下：

12、啟動前汽包水位差壓變送器3臺均校驗正常，420mA對應(yīng)335mm.H2O335mm.H2O，機務(wù)對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CRT 3點水位都顯示滿水位，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時鍋爐放水，只有LT10106-COM有變化。經(jīng)運行、機務(wù)、儀控討論后，模擬進行水位保護試驗并確認(rèn)正常，然后強制LT10105-COM、LT10107-COM汽包高低水位MFT保護信號，7：19時鍋爐開始點火，9：05時左右汽包壓力由“0” 開始上升，11：20時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爐小修后水位傳動試驗時也出現(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兩點一致性較好，9：07時開始點火，12時左右LT20106-COM顯示開始逐步恢復(fù)正常，當(dāng)時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LT10105-COM（A側(cè)靠后墻）、LT10107-COM（B側(cè)）平衡容器當(dāng)時可能還未罐滿水，因為機務(wù)在確認(rèn)一次門開啟后儀控擰開變送器“H

14、”側(cè)時，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，水位傳動試驗時，運行必須確保上水至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。因汽包水位測量為微差壓測量，測量管路中存在空氣一般將造成測量值波動而不準(zhǔn)。變送器放氣應(yīng)在汽包起壓后且壓力較高時進行，這樣效果較好。汽包未起壓時變送器放氣是無多大效果的。管路結(jié)垢也是個問題。本次#1爐上水時，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左右時對汽包水位變送器排污門進行帶壓排污，以免造成管路堵塞的誤判斷。因此，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行熱工自動化檢修規(guī)程“設(shè)備大小修后，投用前應(yīng)沖洗測量管路。其中汽、水壓力測量系統(tǒng)的取樣管采用排污沖洗。有隔離容器的壓力測量系統(tǒng)，不許采用排污沖洗。沖洗油壓測量系統(tǒng)的取樣管時，應(yīng)有排污收集裝置和防火措施”的規(guī)定。另外，機務(wù)更換測量系統(tǒng)一次門時必須注意清潔，防止雜物進入儀表管而堵管。在上水時如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、測量系統(tǒng)有問題，如確認(rèn)DCS邏輯準(zhǔn)確、變送器校驗準(zhǔn)確、平衡容器已灌滿水，待汽包起壓后測量值一般都會逐步趨于正常，但若平衡容器水灌得不夠滿，則恢復(fù)時間會較長。根據(jù)經(jīng)驗，鍋爐啟動時以電接點水位計或就地水位計為準(zhǔn)，運行控制汽包水位使電接點不顯示至MFT的最高最低水位，當(dāng)鍋爐負(fù)荷較高時差壓變送器水位測量裝置才投入使用，這種方法比較實用且具可操作性。上水時有可能存在CRT上3點水位都不準(zhǔn)的情況，如確認(rèn)DCS邏輯準(zhǔn)確、變送器校驗準(zhǔn)確、平衡容器已灌滿水，根據(jù)經(jīng)驗在撤除汽包水位保護后仍可以點火（但經(jīng)請示領(lǐng)導(dǎo)），此時可用汽包水位工業(yè)電視監(jiān)視就地雙色水位計或就地電接點水位計（可將電接點水位計顯示表裝至集控室并增加±50 mm.H2O點），待汽包起壓后觀察測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)時間會較長。 因上水時CRT差壓變送器水位不準(zhǔn)的幾率較高，故“鍋爐汽包水位保護在鍋爐啟動前應(yīng)進行實際傳動試驗”是否必須執(zhí)行？如果CRT水位都不準(zhǔn)是否就不再點火？仔細(xì)查閱火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定（電力行業(yè)熱工自動化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會標(biāo)準(zhǔn)DRZ/T 01-2004），再針對我廠實際情況，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“鍋爐啟動時應(yīng)以電極式汽包水位測量裝置為