汽包水位測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)合理配置

PAGE1PAGE4發(fā)表于《中國(guó)電力》2004第4期，本文由熱工自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)主任侯子良教授審稿汽包水位測(cè)量系統(tǒng)的合理配置收稿日期：2003-09-19；修回日期：2004-02-05發(fā)表于《中國(guó)電力》2004第4期，本文由熱工自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)主任侯子良教授審稿收稿日期：2003-09-19；修回日期：2004-02-05作者簡(jiǎn)介：高維信（1942－），男，江蘇睢寧人，高級(jí)工程師（教授級(jí)），從事火電廠熱工自動(dòng)化工作。E-mail:webmaster@高維信1，荊予華2淮安維信儀器儀表有限公司，江蘇淮安223001；2.焦作電廠，河南焦作454001)摘要：分析汽包水位監(jiān)控保護(hù)測(cè)量系統(tǒng)按2套就地水位表、3套差壓水位計(jì)配置（簡(jiǎn)稱“5套配置”）的缺陷及采用“5套配置”的客觀原因。介紹“多測(cè)孔接管”技術(shù)不需在汽包上開(kāi)孔而增加獨(dú)立取樣測(cè)孔，解決了汽包原有水位測(cè)孔過(guò)少影響合理配置的難題，以及新型電接點(diǎn)水位測(cè)量筒高精度取樣、高可靠性傳感，使電接點(diǎn)水位計(jì)可靠地用于監(jiān)視主表和保護(hù)。簡(jiǎn)介汽包水位測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)化配置原則與效果，建議盡早修訂有關(guān)“5套配置”的規(guī)定。關(guān)鍵詞：電廠鍋爐；汽包水位；監(jiān)控保護(hù)；測(cè)量系統(tǒng)；優(yōu)化配置中圖分類號(hào)：TK316文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1004-9649（2004）04-0000-000引言大型鍋爐汽包內(nèi)各局部汽流、水流及汽水混合物的流速分布往往不均勻，導(dǎo)致水位高低不平，水位測(cè)量易受各種干擾。這是準(zhǔn)確、穩(wěn)定測(cè)量水位的困難之處及要實(shí)施多點(diǎn)測(cè)量的原因所在。汽包水位監(jiān)控的任務(wù)是：將水位準(zhǔn)確控制在0線附近，使飽和蒸汽品質(zhì)最佳；事故水位時(shí)手動(dòng)或自動(dòng)停爐；特殊操作監(jiān)控，如停爐后汽包滿水快冷的上水操作和滿水狀態(tài)的監(jiān)視，缺水停爐后及時(shí)判斷可否補(bǔ)水，盡快恢復(fù)運(yùn)行等。滿足汽包水位安全監(jiān)控和事故處理的需求是水位測(cè)量技術(shù)進(jìn)步的動(dòng)力。儀表行業(yè)采取化難為易的策略，針對(duì)監(jiān)視、自動(dòng)調(diào)節(jié)、保護(hù)的不同功能系統(tǒng)要求，研制了各種水位計(jì)，其性能又各有長(zhǎng)短，形成在用水位計(jì)多樣化。顯然，監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)針對(duì)水位計(jì)的現(xiàn)狀，揚(yáng)長(zhǎng)避短，按不同功能需求優(yōu)選、冗余配置水位計(jì)［1］。長(zhǎng)期以來(lái)，水位計(jì)測(cè)量與配置問(wèn)題導(dǎo)致運(yùn)行人員誤判斷、誤操作，水位預(yù)警失靈，停爐保護(hù)拒動(dòng)，造成鍋爐多起重大水位事故，而保護(hù)誤動(dòng)事故更多。因此要求盡快解決水位測(cè)量問(wèn)題的呼聲很高。借助于分散控制系統(tǒng)（DCS）技術(shù)，差壓水位計(jì)在一定程度上提高了性能，所以2001年《國(guó)家電力公司電站鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)配置、安裝和使用若干規(guī)定（試行）》正式出臺(tái)。盡管這一規(guī)定中的“安裝和使用”等條款對(duì)防止重大水位事故有重要作用，但由于受到汽包水位測(cè)孔少、普通電接點(diǎn)水位計(jì)不足以用于監(jiān)視主表（基準(zhǔn)表）和保護(hù)儀表等客觀技術(shù)條件的限制，對(duì)于至關(guān)重要的測(cè)量系統(tǒng)配置問(wèn)題，采取了簡(jiǎn)化處理（按“5套配置”），遺留問(wèn)題較多，難以收到預(yù)期效果。汽包水位測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步必然促進(jìn)監(jiān)控保護(hù)測(cè)量系統(tǒng)配置的更新。先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)與裝置如多測(cè)孔接管技術(shù)和新一代電接點(diǎn)水位計(jì)的成功應(yīng)用，使得原本認(rèn)為相對(duì)合理的配置有了新的認(rèn)識(shí)。目前來(lái)看，“5套配置”及相應(yīng)的原則性條款已限制了汽包水位測(cè)量系統(tǒng)更合理的配置改進(jìn)，影響監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)一步滿足運(yùn)行需求，這一問(wèn)題已引起電廠和熱控專家的密切關(guān)注。1“5套配置”的缺陷“5套配置”的主要內(nèi)容是：監(jiān)視輔表有2套(老式)就地水位表，其中1套可用電極式水位測(cè)量裝置替代；3套差壓水位計(jì)用于監(jiān)視主表（基準(zhǔn)表）、“三取二”保護(hù)（含報(bào)警）、“三選中”自動(dòng)調(diào)節(jié)。1監(jiān)視系統(tǒng)缺陷1.1.1指示偏差大與經(jīng)過(guò)壓力溫度理想化修正的差壓水位計(jì)相比，電接點(diǎn)水位計(jì)、云母水位計(jì)在超高壓、亞臨界壓力下0水位顯示分別偏低80、140mm。使各水位計(jì)0位一致的2種做法：（1）進(jìn)行電接點(diǎn)、云母水位計(jì)0位定點(diǎn)修正，則低壓運(yùn)行時(shí)或滿水、缺水時(shí)仍會(huì)有較大的顯示偏差。（2）2套就地水位計(jì)不進(jìn)行定點(diǎn)修正，下調(diào)差壓水位計(jì)實(shí)測(cè)值，將使汽包嚴(yán)重高水位運(yùn)行。2監(jiān)視基準(zhǔn)問(wèn)題“5套配置”“以差壓水位計(jì)為準(zhǔn)”的規(guī)定依據(jù)不充分，可操作性較差，有風(fēng)險(xiǎn)：（1）參比水柱溫度準(zhǔn)確修正難度大，不易消除正負(fù)壓管傳輸附加差壓，使實(shí)測(cè)值易隨機(jī)性大幅度漂移，誤差模糊、可信度低，在點(diǎn)火升負(fù)荷階段尤為明顯［2］。這些缺陷降低了基準(zhǔn)認(rèn)定的合理性。（2）規(guī)定中的“應(yīng)定期根據(jù)環(huán)境溫度變化對(duì)修正回路進(jìn)行設(shè)定”，“以（老式）就地水位表為準(zhǔn)，每班校正0水位”，是對(duì)基準(zhǔn)認(rèn)定的自行否定。（3）運(yùn)行人員難以掌握就地式和差壓式2個(gè)“基準(zhǔn)”的應(yīng)用尺度，易導(dǎo)致事故判斷猶豫和處理混亂。（4）低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)須升壓至額定壓力才能校正，故0位監(jiān)督易流于形式。不能有效核對(duì)全量程線性誤差。1.1.3未滿足特殊監(jiān)控需求為防止汽包壁上下溫差超限，停爐后采用汽包滿水快冷。在給水系統(tǒng)臨時(shí)故障導(dǎo)致缺水保護(hù)停爐后，若汽包內(nèi)還有水，可及時(shí)補(bǔ)水恢復(fù)運(yùn)行。其安全措施要求有能監(jiān)視滿、缺水的水位計(jì)，而“5套配置”未能滿足這一特殊監(jiān)控需求。1.2危險(xiǎn)集中“三取二”保護(hù)和“三選中”自動(dòng)調(diào)節(jié)合用3套差壓水位計(jì)信號(hào)，形成信號(hào)“危險(xiǎn)集中”。文獻(xiàn)［3］指出，“不應(yīng)混淆DCS信息共享與合用信號(hào)概念，DCS對(duì)信息的處理與應(yīng)用是分等級(jí)的，其精髓是危險(xiǎn)分散”。保護(hù)和自調(diào)“合用”信號(hào)，不符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DL／T5175－2003）關(guān)于“保護(hù)用的接點(diǎn)信號(hào)應(yīng)取自專用的開(kāi)關(guān)量?jī)x表”，不符合《25項(xiàng)反措》中“汽包水位高、低保護(hù)應(yīng)采用獨(dú)立測(cè)量的三取二的邏輯判斷方式”的規(guī)定。也不符合許多國(guó)外權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于“在基本控制系統(tǒng)和安全聯(lián)鎖系統(tǒng)之間應(yīng)在地理上和功能上分開(kāi)”、“用于基本控制系統(tǒng)的傳感器不應(yīng)用于安全系統(tǒng)”等規(guī)定的原則［4］。環(huán)境溫度與附加差壓變化、壓力與溫度修正參數(shù)設(shè)定不當(dāng)?shù)仁峭瑫r(shí)影響3個(gè)差壓信號(hào)測(cè)量的共同因素，可能使2個(gè)測(cè)量值大幅同向漂移，導(dǎo)致監(jiān)視嚴(yán)重失準(zhǔn)、自調(diào)失靈、保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)事故同時(shí)發(fā)生。2002年11月，國(guó)電發(fā)電集團(tuán)安徽某廠1025t/h鍋爐缺水事故是最新案例：1個(gè)平衡容器管路泄漏,使鄰近平衡容器參比水柱溫度升高，形成2個(gè)差壓水位計(jì)檢測(cè)水位升高，自調(diào)緩慢減少給水，導(dǎo)致汽包缺水，保護(hù)拒動(dòng)，CRT顯示未見(jiàn)嚴(yán)重異常。因管路堵塞，水位TV指示下降緩慢，與CRT顯示相差不大。幸虧后來(lái)發(fā)現(xiàn)2個(gè)監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)至少有1種測(cè)量準(zhǔn)確、實(shí)測(cè)可信，無(wú)需經(jīng)常核對(duì)校正，常顯示、醒目直觀的主表。新型電接點(diǎn)水位計(jì)綜合性能優(yōu)于差壓水位計(jì)，可首選按3重冗余配置。保護(hù)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)間及系統(tǒng)內(nèi)部的3個(gè)信號(hào)應(yīng)從取樣端彼此獨(dú)立。“三取二”保護(hù)需要的是定點(diǎn)測(cè)量的開(kāi)關(guān)量。2個(gè)信號(hào)同時(shí)失靈的幾率，電極式比差壓式小得多?！拔ｋU(xiǎn)分散”原則強(qiáng)調(diào)基本控制系統(tǒng)與安全系統(tǒng)分開(kāi)，未強(qiáng)調(diào)監(jiān)視與保護(hù)分開(kāi)，故保護(hù)儀表可首選新型電接點(diǎn)水位計(jì)。自動(dòng)調(diào)節(jié)所需信號(hào)是小范圍內(nèi)水位相對(duì)變量，對(duì)水位計(jì)要求盡管相對(duì)較低，但為提高調(diào)節(jié)品質(zhì)和手動(dòng)停爐的準(zhǔn)確性，可優(yōu)選雙恒單室平衡容器。測(cè)孔少，應(yīng)增加測(cè)孔。若取樣點(diǎn)干擾大，應(yīng)將取樣點(diǎn)移至最佳點(diǎn)，或加裝屏蔽裝置。主表和保護(hù)儀表選用封頭測(cè)孔，自動(dòng)調(diào)節(jié)和監(jiān)視輔表可使用中段測(cè)孔。保護(hù)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)部的3個(gè)信號(hào)取樣點(diǎn)不應(yīng)選在汽包同一端。5優(yōu)化配置效果焦作電廠、馬頭發(fā)電總廠、華能淮陰電廠［6］等電廠采用多測(cè)孔接管技術(shù)增加汽包封頭測(cè)孔，陽(yáng)泉二電廠、衡水電廠等電廠充分利用原有測(cè)孔，增加儀表冗余度，實(shí)現(xiàn)了汽包水位測(cè)量系統(tǒng)合理優(yōu)化配置和保護(hù)與自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)危險(xiǎn)分散，解決了主表與保護(hù)儀表不能充分滿足運(yùn)行需求的矛盾，安全效果顯著。（1）GJT-2000型測(cè)量筒解決了實(shí)際水位監(jiān)控不準(zhǔn)的難題：焦作電廠、陽(yáng)泉二電廠、衡水電廠測(cè)量水柱溫度為飽和汽溫度［5］，理論上間接證實(shí)了測(cè)量準(zhǔn)確、可信。以新型電接點(diǎn)水位計(jì)為準(zhǔn)監(jiān)控水位三四年后，比較汽包水線與0線偏差：馬頭發(fā)電總廠8號(hào)爐2002年9月實(shí)測(cè)偏低23mm；華能淮陰電廠2號(hào)爐2003年10月12日實(shí)測(cè)偏低10mm。運(yùn)行證實(shí)，測(cè)量已逼近汽包內(nèi)實(shí)際水位。（2）新型電接點(diǎn)水位計(jì)解決了差壓水位計(jì)校核調(diào)整問(wèn)題：電接點(diǎn)水位計(jì)除提供準(zhǔn)確的監(jiān)視手段外，還從點(diǎn)火起提供差壓水位計(jì)全工況、全量程準(zhǔn)確校核手段。4～20mA階梯模擬量引進(jìn)DCS水位歷史記錄系統(tǒng)，不僅可準(zhǔn)確了解水位事故過(guò)程，還可實(shí)時(shí)核對(duì)差壓水位計(jì)測(cè)量誤差，便于壓力溫度修正參數(shù)整定與調(diào)試。解決了最為關(guān)注的2種主要的遠(yuǎn)傳水位計(jì)偏差問(wèn)題。（3）解決了汽包全程水位監(jiān)視問(wèn)題：GJT－2000Q全程電接點(diǎn)水位計(jì)在揚(yáng)州二電廠600MW機(jī)組鍋爐的運(yùn)行證實(shí)，鍋爐運(yùn)行中能全程全工況顯示實(shí)際水位，能監(jiān)視到主表量程外的事故水位值，停爐后能監(jiān)視滿水與缺水具體數(shù)值，指導(dǎo)滿水安全快冷和缺水事故處理。（4）手動(dòng)停爐可靠性高：3個(gè)新型電接點(diǎn)水位計(jì)為主表、3個(gè)按電接點(diǎn)水位計(jì)準(zhǔn)確調(diào)校的CRT水位計(jì)為輔表、2個(gè)云母水位計(jì)還有全程或大量程水位計(jì)，焦作電廠、馬頭電廠、華能淮陰電廠3個(gè)電廠按這種配置方式，可確保事故水位準(zhǔn)確判斷，果斷手動(dòng)停爐。（5）“三取二”保護(hù)動(dòng)作測(cè)量值準(zhǔn)確，保護(hù)可靠：GJT-2000型測(cè)量筒水柱溫度等于飽和溫度，使高低1、2、3信號(hào)電極如同在汽包內(nèi)檢測(cè)，保證6個(gè)“三取二”邏輯判斷網(wǎng)絡(luò)輸出信號(hào)準(zhǔn)確。幾年來(lái)，近百臺(tái)測(cè)量筒運(yùn)行從未發(fā)生機(jī)械密封泄漏事故，沒(méi)有發(fā)生過(guò)保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)事故。較高的保護(hù)可靠性使得從點(diǎn)火起即可投入停爐保護(hù)、聯(lián)鎖與報(bào)警。采用新型測(cè)量筒后，水位實(shí)際傳動(dòng)校驗(yàn)不需升降汽包水位，易操作、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)，校驗(yàn)準(zhǔn)確、可信，可定期校驗(yàn)。且因測(cè)量故障使“三取二”保護(hù)和“三選中”自調(diào)系統(tǒng)同時(shí)癱瘓的幾率極小。6結(jié)論（1）新型電接點(diǎn)水位計(jì)可解決主表與保護(hù)儀表不能充分滿足運(yùn)行需求的矛盾，比差壓水位計(jì)更適合用作監(jiān)視主表(基準(zhǔn)表)和保護(hù)儀表。（2）多測(cè)孔技術(shù)能可靠解決水位測(cè)孔少問(wèn)題，從而避免保護(hù)與自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)合用測(cè)孔、合用信號(hào)的“危險(xiǎn)集中”。（3）愈來(lái)愈多的電廠在超高壓、亞臨界壓力各種容量鍋爐上突破“5套配置”框框，采用GJT-2000型汽包水位電接點(diǎn)測(cè)量筒和以多測(cè)孔接管為代表的關(guān)鍵性新技術(shù)，進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)化配置和選型，經(jīng)幾年的工業(yè)應(yīng)用證明，安全效果顯著。（4）以上情況表明，已基本具備調(diào)整汽包水位測(cè)量系統(tǒng)配置技術(shù)政策的條件，建議盡早修訂“5套配置”規(guī)定。參考文獻(xiàn)：高維信.汽包水位監(jiān)控保護(hù)測(cè)量系統(tǒng)配置優(yōu)化[J].熱工自動(dòng)化信息，2003

，（1）：頁(yè)碼7-12.高維信，董

強(qiáng)，荊予華，等.鍋爐汽包水位監(jiān)視基準(zhǔn)表和保護(hù)儀表選型[J].中國(guó)電力，2003，36（7）：51-55.高天云.上海電網(wǎng)火電機(jī)組2002年度熱控保護(hù)概況及分析[J].

中國(guó)電力，2003，36（5）：56-59.張晉斌，張徐亮.火電廠安全保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].中國(guó)電力，1998，31（5）：69－71[J].高澎，滕會(huì)英，傅剛，等.汽包水位高精度取樣電極傳感器及其應(yīng)用[J].中國(guó)電力，2002，35（10）：65－69.李劉軍，高維信，傅剛，等