汽包水位測量專題

1、汽包水位測量專題2008.3.291主要內(nèi)容：汽包水位測量現(xiàn)狀及存在的問題常用方法介紹：云母水位計（水位TV） 帶單室平衡容器水位計 電接點(diǎn)水位計帶雙室平衡容器水位計各水位計常見缺陷2汽包水位測量現(xiàn)狀及存在的問題汽包水位測量監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、運(yùn)行維護(hù)等管理存在一系列嚴(yán)重問題，是導(dǎo)致一些重大缺水、滿水事故的主要原因之一。長期以來汽包水位一次測量技術(shù)進(jìn)步緩慢，沒有較大技術(shù)突破。而在2000年以前，出現(xiàn)了“汽包與測量裝置之間多測孔接管”（簡稱汽包水位多測孔接管）和“汽包水位高精度取樣電接點(diǎn)測量筒”等新技術(shù)，可以解決監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)普遍存在的一些難題，但應(yīng)用不廣，影響不大。 3汽包水位保護(hù)是機(jī)組運(yùn)

2、行中嚴(yán)禁退出的保護(hù)項目，其重要性應(yīng)為機(jī)組所有保護(hù)項目之最。相當(dāng)多的超高壓、亞臨界鍋爐采用差壓式保護(hù)，主要問題有：（1）相當(dāng)多鍋爐在點(diǎn)火階段，甚至在小于30%額定負(fù)荷階段，不敢投入水位停爐保護(hù)；（2）只能進(jìn)行冷態(tài)水位實(shí)際傳動校驗，傳動校驗保護(hù)動作實(shí)測值與高壓運(yùn)行時的實(shí)測值可能有很大差異，校驗結(jié)果模糊；（3）保護(hù)動作實(shí)測值漂移因素多，可信性較低，2個信號同時失準(zhǔn)概率較大，信號異常排查難度大，保護(hù)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性相應(yīng)較低。4自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)“合用”三個信號，形成危險集中。如果水位失控發(fā)展為水位事故原因在于自動調(diào)節(jié)信號測量系統(tǒng)異常，那么保護(hù)信號系統(tǒng)必然異常，保護(hù)與自調(diào)系統(tǒng)將同時失靈，設(shè)備安

3、全處于危險狀態(tài)。水位測孔數(shù)量不足是形成危險集中的主要原因，構(gòu)成為監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)改進(jìn)的最主要障礙。5WDP系列無盲區(qū)低偏差雙色水位計云母水位計WDP系列無盲區(qū)低偏差雙色水位計，是秦皇島華電測控設(shè)備有限公司針對云母水位計測量負(fù)誤差大、顯示易模糊等長期存在問題，開發(fā)的最新專利產(chǎn)品。該產(chǎn)品利用汽包內(nèi)的飽和蒸汽給水位計表體加熱，阻止表計內(nèi)的飽和水向外傳熱，再利用冷凝器內(nèi)冷凝后的飽和水給表計內(nèi)的水置換，加速表計內(nèi)的水循環(huán)，從而使表計內(nèi)的水溫接近與飽和水溫度，從而使得水位計內(nèi)的水位在任何時候任何工況下接近與汽包內(nèi)的真實(shí)水位，達(dá)到了正確監(jiān)視汽包水位的目的。利用冷凝器內(nèi)冷凝后的飽和水置換表計內(nèi)的水，加速了表計內(nèi)的

4、循環(huán)，由于置換的新水為飽和蒸汽冷凝后的飽和水，含鹽低，這樣減少了云母片結(jié)垢，無形中延長了表計的排污周期；由于表體溫度變化小，從而減少了表計的熱變形，也就減少了表體的泄漏，延長了表體的檢修周期，降低了維護(hù)費(fèi)用。 6測量原理：本系列云母水位計主要由1汽側(cè)取樣閥門、3光源箱、4水位計表體、9平衡管、10排污管、11雙色水位計、13水側(cè)取樣閥門、15飽和汽伴熱管、17排水管、19冷凝罐等組成。原有云母水位計的表體內(nèi)只有云母水位計11，本系列雙色水位計又加工了飽和汽伴熱管，而且在安裝時將排水管延長接至汽包下大于15米的汽包下降管處，當(dāng)進(jìn)入飽和汽伴熱管的飽和蒸汽在其中冷凝后流到下降管中，由于排水管與汽包下

5、降管的連接處處于汽包下大于15米的地方，排水管中的水位不會上升到水位計表體內(nèi)部，使得飽和汽伴熱管中始終充滿飽和蒸汽，起到對表體和水位管中的水進(jìn)行加熱的目的。 7安裝示意圖：8優(yōu)點(diǎn)：低偏差（由于加入飽和汽伴熱管和飽和水置換，能夠真實(shí)反映汽包中的水位）無盲區(qū)（有兩側(cè)水位管的五窗云母，使得水位只要在五窗云母上下邊界內(nèi)，水位即可清晰可見）使用壽命長，泄漏率低，維護(hù)費(fèi)用低9GJTD雙恒單室平衡容器簡介差壓水位計測量原理是：由平衡容器形成參比水柱，比較汽包內(nèi)水柱與參比水柱的高度差，將高度差轉(zhuǎn)換為靜壓差P1，從而實(shí)現(xiàn)“水位差壓”變換，再由傳輸環(huán)節(jié)將差壓送至變送器，測量顯示水位。差壓變送器準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性很高，

6、故差壓水位計測量系統(tǒng)問題主要在于，傳統(tǒng)單、雙室平衡容器不能為“水位差壓”變換提供準(zhǔn)確穩(wěn)定的參比水柱，即參比水柱密度變化較大，參比水柱高度不恒定。1011配套凝結(jié)球式單室平衡容器的差壓式水位計測量系統(tǒng)主要問題是，必須進(jìn)行參比水柱平均溫度修正。而準(zhǔn)確修正難度之大由下式可見。平均溫度Tc p(t h /m L)(1- e- m L)T c -（1）式中：t h 飽和水溫度；Tc環(huán)境溫度；m(U)/(S)0.5 ，是參比水柱管放熱系數(shù)，S、D、U是參比水柱管的幾何參數(shù)，S截面積，D直徑，U周長；導(dǎo)熱系數(shù)；L參比水柱高度；t h、又與汽包壓力有關(guān)，放熱系數(shù)是變量、且量值不易確定。所以，以參比水柱平均溫度

7、計算法確定溫度修正參數(shù)，既困難，又不實(shí)用。目前只能以簡單的溫度給定，或以簡易的溫度測量進(jìn)行溫度修正初步設(shè)定,投入運(yùn)行后按云母水位計、電接點(diǎn)水位計指示進(jìn)行修正參數(shù)調(diào)整?，F(xiàn)場試驗調(diào)整工期長，工作量大，修正誤差大。因此，參比水柱溫度修正是差壓水位計準(zhǔn)確測量主要難點(diǎn)。 12為了給汽包水位差壓式測量提供準(zhǔn)確穩(wěn)定的參照物參比水柱，淮安維信儀器儀表有限公司獨(dú)家研發(fā)、獨(dú)家制造的最新專利產(chǎn)品，研制出GJTD雙恒單室平衡容器，可使使參比水柱溫度恒等于汽包內(nèi)的飽和水溫度，避開普通單室平衡容器參比水柱溫度修正的難點(diǎn)，即在實(shí)現(xiàn)“水位差壓”測量變換中不需要進(jìn)行參比水柱本身溫度的修正，只需要進(jìn)行熱工人員都已熟悉的壓力修正即

8、可；使參比水柱高度恒定，不受壓力變化的影響?！半p恒”的含義就在于此。GJTD雙恒單室平衡容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是設(shè)置有叉式參比水柱組件和伸高自冷凝室。測量系統(tǒng)見圖。1314參比水柱溫度恒等于汽包內(nèi)飽和水溫度的機(jī)理：叉式參比水柱組件置于平衡容器飽和汽室中，來自汽包的飽和汽經(jīng)平衡容器汽側(cè)取樣管進(jìn)入飽和蒸汽室中，加熱或冷卻參比水柱組件，使參比水柱溫度等于汽包內(nèi)飽和水溫度。雙恒單室平衡容測量系統(tǒng)平衡容器的器壁散熱，使飽和汽室中的飽和汽凝結(jié)成水，凝結(jié)水經(jīng)排水管流至汽包下降管。由于排水管裸露在空氣中，其中水的密度大于飽和水密度，合理選擇排水管道與下降管的連接點(diǎn)標(biāo)高(距汽包中心線20米)，可使汽包壓力很低時排水管中

9、的冷水不會進(jìn)入飽和汽室，不會降低參比水柱平均溫度。而傳統(tǒng)雙室平衡容器的安裝，按某些規(guī)定，排水管道與下降管的連接點(diǎn)標(biāo)高距汽包中心線10米，會導(dǎo)致壓力在1-6Mpa時排水管中水上升到平衡容器中，降低水柱下部溫度，降低整段參比水柱平均溫度。15雙恒單室平衡容器本身帶有伸高自冷凝器，可產(chǎn)生的大量的凝結(jié)水，其溫度為飽和水溫度。大量凝結(jié)水由底部進(jìn)入?yún)⒈人?，從管口溢出，?8以上的參比水柱為向上流動的飽和水柱。根據(jù)飽和水和飽和汽的物理特性知，飽和汽與飽和水的溫度與壓力是一一對應(yīng)的。當(dāng)汽包壓力變化時，飽和汽的溫度跟隨壓力突變。注入?yún)⒈人艿娘柡推Y(jié)水溫度也發(fā)生突變。由于伸高式冷凝室高度較高，冷凝面積大

10、，注入凝結(jié)水流量大，那么，對原有參比水柱的置換率也大，極有利于參比水柱溫度快速跟蹤汽包內(nèi)的飽和水溫度。從飽和汽與參比水柱的熱交換角度分析。當(dāng)汽包壓力P升高時，飽和汽溫度T升高，則飽和汽加熱參比水柱；當(dāng)P降低時，飽和汽溫度T降低，則冷卻參比水柱。由于叉管的管壁薄，蓄熱量較小，則參比水柱溫度變化遲延小。上述兩種作用使參比水柱溫度過渡到對應(yīng)壓力下飽和汽溫的時間短，測量動態(tài)特性好。那么，參比水柱如同在汽包內(nèi)一樣，溫度恒等于飽和水溫度。則不需溫度修正補(bǔ)償，只需壓力修正即可。由于參比水柱處于飽和汽室中，水柱溫度不受環(huán)境溫度影響。 16參比水柱高度恒定的機(jī)理：在保證參比水柱管口始終有較大流量的凝結(jié)水溢出條件

11、下，管口標(biāo)高就鉗制住了流動的參比水柱長度，維持參比水柱高度的恒定。當(dāng)汽包壓力從P0階躍升高P1 ，飽和汽溫度從T0階躍升到T1時，則平衡容器內(nèi)飽和汽加熱參比水柱，使其溫度由t升到t1= T1，水柱密度減小而膨脹，只是增加水柱溢出量而已，仍維持參比水柱高度的恒定。在此過程中，參比管中水柱溫度t低于或等于周圍的飽和汽溫度，參比水柱不會出現(xiàn)內(nèi)沸騰而影響參比水柱(正壓室)的靜壓輸出。17當(dāng)汽包壓力從P0階躍降低至P2，飽和汽溫度從T0階躍降到T2時，則平衡容器內(nèi)飽和汽冷卻參比水柱，使其溫度由t降到t2= T2，水柱密度增大而收縮，但由于從參比管不斷有新凝結(jié)水注入，只不過是減小了短臂口的溢出量而已，仍能

12、維持參比水柱設(shè)計高度。在此過程中，雖然參比水柱溫度t高于周圍的飽和汽溫度T2，但GJTD雙恒單室平衡容器的整體設(shè)計可有效抑制參比水柱內(nèi)沸騰，不影響參比水柱(正壓室)的靜壓輸出。解釋如下：1，飽和汽溫度是隨壓力突降而階躍下降到T2，T2低于或等于t2，飽和汽不斷冷卻參比水柱；2，伸高式自冷凝器內(nèi)的飽和汽及其凝結(jié)水溫度也突降而階躍下降到T2，大量的低溫（T2）凝結(jié)水從管底部更換溫度高的參比水柱；3，注入管和參比管實(shí)際上是雙參比水柱管，在過度過程開始的瞬間即便有內(nèi)沸騰，但由于注入管中沸騰水柱將瞬時升高，不會極快從參比管溢出，此時注入管水柱靜壓為雙恒單室平衡容器的輸出，可大大減小壓力階躍降低對測量的影

13、響。18GJT-2000型高精度取樣電極傳感（測量筒） GJT-2000A高精度取樣電極測量筒采用綜合技術(shù)原理，使水樣平均溫度逼近汽包內(nèi)飽和水溫，取樣水柱逼近汽包內(nèi)水位，使電極如同在汽包內(nèi)部一樣檢測，實(shí)現(xiàn)水位高精度測量。 在測量筒內(nèi)部設(shè)置籠式內(nèi)加熱器，利用飽和汽加熱水樣。加熱器由不同傳熱元件構(gòu)成。加熱方式有內(nèi)熱和外熱。內(nèi)熱既有水柱徑向傳熱元件，又有軸向分層傳熱元件。飽和蒸汽在加熱器中放出汽化潛熱，其凝結(jié)水由排水管引至下降管，以下降管與汽包為一側(cè)，以排水管與加熱器為另一側(cè)構(gòu)成連通器。裸露的排水管中平均水溫低于下降管水溫，水位則低于下降管側(cè)。連通點(diǎn)標(biāo)高愈低，壓力愈高，水位差愈大。為保證排水管側(cè)水位

14、不會升至加熱段而減小加熱面積，要求連通點(diǎn)選在汽包中心線下15 m。19這樣可使壓力為6.0 MPa時，排水管中水位在加熱器之下0.5 m，當(dāng)壓力低于1.0 MPa時水位才會接近加熱器底部影響加熱，而1.0 MPa以下壓力時的取樣誤差很小，可忽略不計。所以，加熱系統(tǒng)能適應(yīng)鍋爐變參數(shù)運(yùn)行，保證全工況真實(shí)取樣。設(shè)置冷凝器使新型測量筒比普通測量筒高出許多，這是專利產(chǎn)品最重要的外形特征。來自汽側(cè)取樣管的飽和蒸汽在冷凝器中冷凝，大量凝結(jié)水（溫度為飽和水溫）高倍率置換水樣中，將低溫水樣置換出測量筒，提高了水樣平均溫度，并使之上下均勻分布。經(jīng)計算，由于冷凝器冷凝，在汽側(cè)取樣管中引起流速增加很小，取樣附加誤差可

15、小至忽略不計 20以上2種技術(shù)的綜合使進(jìn)入水樣的熱流密度比普通測量筒大得多，熱平衡過渡過程時間短。當(dāng)壓力變化引起汽包內(nèi)水位變化時，熱流密度隨之變化，水樣溫度變化快，故取樣對壓力變化動態(tài)響應(yīng)快。大量凝結(jié)水的生成，在水側(cè)取樣管中形成連續(xù)流向汽包的高溫水流。當(dāng)汽包水位大幅度升高時返回測量筒的水樣少，且水溫與飽和溫度相差小，故對汽包水位升高的取樣動態(tài)誤差小?；\式內(nèi)加熱器在測量筒內(nèi)占有相當(dāng)大比例的空間，與舊型測量筒相比，水柱截面積小得多，故對汽包水位變化響應(yīng)快。GJT-2000測量筒內(nèi)有穩(wěn)定熱源，故對取樣管道長度、截面、測量筒現(xiàn)場布置等安裝要求寬松于舊型測量筒。21GJT-2000測量筒獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：免排污

16、。水質(zhì)好，減輕了對電極的污染。初裝徹底沖洗后，在34a大修周期內(nèi)免排污，既減少了維護(hù)量，又可避免熱態(tài)排污加快電極壽命損耗，減少由此而引起的保護(hù)切投次數(shù)?？稍龃笏畼与娮杪?，利于減小工作電流，減緩電極的電腐蝕而延長壽命。水質(zhì)穩(wěn)定，水樣上下水阻率分布較均勻，利于提高二次儀表測量的穩(wěn)定性，不必經(jīng)常調(diào)整儀表臨界水阻。水側(cè)取樣管中有連續(xù)流向汽包的高溫水流，當(dāng)汽包水位大幅度升降時，電極承受的熱沖擊較小。22電極裝置組件特點(diǎn)：RDJ-2000型柔性自密封電極組件是GJT-2000測量筒另一重要外形技術(shù)特征，電極安裝機(jī)械密封原理是利用筒內(nèi)壓力增加密封緊力，自緊力與壓力成正比，壓力愈高，自緊力愈大。加上安裝預(yù)緊力

17、，有足夠緊力保證密封不泄漏。電極冷態(tài)可靠密封試驗壓力可達(dá)40 MPa。柔性密封材料可耐1000高溫，承壓強(qiáng)度高，回彈性能與熱緊性能好。電極帶有拆卸螺紋，拆卸方便，一般女工即可操作。而國內(nèi)外現(xiàn)用電極組件的密封緊力隨壓力增加而減小，需要預(yù)緊力很大，加之硬靠機(jī)械密封，密封可靠性低，熱緊性能差。RDJ-2000電極安裝有仰角，可防止電極掛水與水漬。 23保護(hù)報警性能：由于測量筒內(nèi)水柱平均溫度、相對標(biāo)高與汽包內(nèi)飽和水一致，報警電極如同在汽包內(nèi)部定點(diǎn)檢測一樣，取樣水質(zhì)又優(yōu)于汽包內(nèi)飽和水，故儀表全工況報警準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可信度之高，是差壓式水位報警無法達(dá)到的。鍋爐運(yùn)行中，不需升降汽包水位即可進(jìn)行測量筒“滿水

18、和缺水實(shí)際傳動校驗”。關(guān)閉水側(cè)取樣截門后，測量筒內(nèi)水位逐漸上升，幾分鐘（額定工況下）后可“滿水”。關(guān)閉排水門，緩慢開啟排污門，水位逐漸下降至“缺水”。其間儀表應(yīng)發(fā)出高低1、2、3值報警信號。因此，水位保護(hù)實(shí)際傳動校驗快、準(zhǔn)、易行，并可在鍋爐運(yùn)行中定期校驗。此獨(dú)特性能使電接點(diǎn)水位計最適用于停爐保護(hù)。 24目前，在用的各種水位計測量的并不是汽包內(nèi)實(shí)際水位，而是假想的飽和水位，以測量飽和水位為手段，按水位計0水位顯示值監(jiān)控汽包內(nèi)實(shí)際水位運(yùn)行，按水位計測量值處理實(shí)際水位事故。而實(shí)際水位長期運(yùn)行會在汽包壁上留下水跡線。那么，水跡線中心線（簡稱水線）與水位計一次測量裝置0位的差值，可定義為實(shí)際水位測量誤差

19、。 25典型配置：0，多測孔接管；1，GJT2000-A高精度電接點(diǎn)測量筒 ； 2，DS2000電測就地表，3，DS2000電測遠(yuǎn)程表（或配套直接測量電極對地電阻檢測水位電測二次表） ； 4， 單室平衡容器（GJTD雙恒單室平衡容器，或DNZ內(nèi)置式單室平衡容器） ； 5， 差壓變送器 ；6，汽包壓力變送器 ；7， 云母水位計（普通云母水位計，或WDP無盲區(qū)低偏差雙色水位計） ；8，攝像頭 ；9，GJT2000-M（或Q）型大量程電接點(diǎn)測量筒 ； P1、P2壓力取樣點(diǎn)。26 GJTD雙恒雙室平衡容器為了提高水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的差壓水位計信號穩(wěn)定性，有的用戶要求在GJTD雙恒單室平衡容器增加負(fù)壓管，

20、那么GJTD雙恒單室平衡容器演變成GJTD雙恒雙室平衡容器，圖如下：27安裝要求：安裝須保證平衡容器垂直，汽、水側(cè)取樣管水平。從平衡容器引出的正負(fù)壓管水平段不小于600mm。為安裝排水管，需要在下降管開孔為10、或8。經(jīng)計算，開孔遠(yuǎn)小于未加強(qiáng)孔最大直徑，不影響下降管承壓強(qiáng)度。開孔點(diǎn)距汽包幾何中心線所在平面至少20m。排水管應(yīng)選擇能承受高溫高壓，耐腐蝕管材質(zhì)，可選用本鍋爐所用熱工儀表管。在水平走向的排水管，朝向下降管側(cè)應(yīng)有明顯下傾，不允許中間有U形彎，以防止停爐后積水和冬季結(jié)冰、臟污積堵管路，保證加熱系統(tǒng)可靠工作。28說明：正壓室水柱設(shè)計高度大于汽水側(cè)取樣孔中心距，以保證汽包水位接近測量上限或接

21、近汽側(cè)取樣管時平衡容器依然有差壓輸出。提供壓力校正水位表達(dá)式和壓力校正框圖，以便一般熱工技術(shù)人員都可以查水和水蒸氣的密度表（、與壓力的函數(shù)關(guān)系用列表法表示），用12-20條折線條（直線函數(shù)式）逼近水位與平衡容器輸出差壓的非線性函數(shù)，在DCS軟件中實(shí)現(xiàn)壓力校正。提供平衡容器與配套差壓變送器的實(shí)驗室校驗的各點(diǎn)輸人差壓和輸出對應(yīng)值。293031各水位計常見缺陷：云母水位計（水位TV）0水位負(fù)誤差在汽包壓力為18.4019.60 MPa時達(dá)到150 mm，已不能用來校核差壓水位計。降低儀表安裝0位（或下移刻度標(biāo)尺）雖能實(shí)現(xiàn)0位定點(diǎn)校正，但在汽包水位升高接近滿水停爐值時讀數(shù)依然偏低很多，接近缺水停爐值時反而偏高150 mm，