火力發(fā)電廠(chǎng)汽包水位測量系統配置分析及改進(jìn)
日期：2015-03-20 閱讀數：
火力發(fā)電廠(chǎng)汽包水位測量系統配置分析及改進(jìn)
（秦皇島華電測控設備有限公司 楊廣宇）
汽包水位測量的準確性、穩定性問(wèn)題目前依然是多數火力發(fā)電廠(chǎng)不能夠解決的難題，
由其引發(fā)的安全事故占機組啟、停爐事故總量的30%以上，汽包水位測量及保護的重要性受到重視。
其中，不合理的汽包水位測量系統配置問(wèn)題導致運行人員誤判斷、誤操作、水位預警失靈、停爐保護拒動(dòng)、
造成鍋爐多起重大水位事故，而保護動(dòng)作事故更多。
汽包水位測量技術(shù)的進(jìn)步，特別是以秦皇島華電測控設備有限公司為代表的新型汽包水位測量?jì)x表和
多測孔取樣技術(shù)的誕生，為完善汽包水位配置提供了技術(shù)依據。
通過(guò)機組汽包水位測量系統的改造，優(yōu)化配置，解決由于原理、結構和配置上存在的缺陷，實(shí)現汽包水位的準確、穩定測量；
為機組運行和調節提供了可靠依據，避免了保護誤動(dòng)和拒動(dòng)，減少了鍋爐滿(mǎn)水和缺水事故的發(fā)生，確保機組安全穩定運行。
一、目前火力發(fā)電廠(chǎng)汽包水位測量系統配置存在的問(wèn)題及原因
1、汽包水位取樣測孔數量少
一些舊式鍋筒設計汽包水位取樣測孔少，一般為4-5對取樣測孔，一般的水位測量?jì)x表配置為“5套配置”（見(jiàn)圖1），
即：2套就地水位計（云母水位計、牛眼水位計），其中1套可用電接點(diǎn)水位計替代；帶有壓力與溫度修正的3套獨立的差壓式水位計。
“5套配置”不能夠滿(mǎn)足監視和停爐的需求，不能夠實(shí)現“危險分散”優(yōu)化配置設計。
圖1 汽包水位測量系統分布
2、汽包水位取樣、保護信號問(wèn)題
美國化學(xué)工程師協(xié)會(huì )（AICHE）指出：“在基本控制系統和安全聯(lián)鎖系統之間應在地理上和功能上分開(kāi)”；
IECTC65WG10規定：“受控設備的控制系統應與安全相關(guān)系統及減小危險的外部設施相互分開(kāi)和獨立”；
ISASP84標準也指出：“用于控制系統的傳感器不應用于安全系統”。
美國電力可靠性協(xié)會(huì )（NERC）規定：“保護裝置設計必須避免同一元件用于2套裝置，
2套裝置的共同部分必須保持到最小程度，以便減小由于單一事故使2套裝置同時(shí)失效的可能性”。
美國核工業(yè)系統有關(guān)規定也指出：“安全系統應考慮冗余，冗余系統應相互獨立，并在地理上和功能上互相分開(kāi)”。
顯然，自調與保護信號是按“危險集中”設計，還是按“危險分散”設計，令電廠(chǎng)和設計院難以確定。
二、特殊工況需求
為防止汽包壁上下溫差超限，停爐后采用汽包滿(mǎn)水快冷。在給水系統臨時(shí)故障導致缺水保護停爐后，
若汽包內還有水，可及時(shí)補水恢復運行。其安全措施要求有能監視滿(mǎn)、缺水的水位計。
而“5套配置”未能滿(mǎn)足這一特殊監控需求，只能憑經(jīng)驗操作和事故處理。
三、配置優(yōu)化方案
1、汽包水位取樣測孔不足及汽包水位取樣問(wèn)題解決方案
利用汽包水位“多測孔接管技術(shù)”將汽包原有內孔較大的測孔接管（母管）作為取樣過(guò)道，
將新增取樣管插進(jìn)汽包內部，在和母管取樣口有一定距離的地點(diǎn)取樣，從而不需在汽包上開(kāi)孔而增加獨立取樣測孔。
一般情況下可增加4對汽、水測孔。該技術(shù)還可以將在汽包中段的測點(diǎn)移至汽包封頭，
為監視主表和保護儀表提供優(yōu)質(zhì)取樣點(diǎn)。
2、汽包水位測量準確性及保護信號問(wèn)題解決方案。
（1)、采用技術(shù)先進(jìn)，測量準確性高、信號穩定的汽包水位計。
（2）、優(yōu)化保護邏輯。
鍋爐汽包水位保護與自動(dòng)調節信號應按“三重冗余”和“危險分散”原則設計。取樣測量端彼此獨立。
用于自動(dòng)調節系統的取樣孔和傳感器不應再用于保護系統。
3、推薦配置方案
(1）選用測量準確、穩定的汽包水位產(chǎn)品。
(2）主表監視系統配置2套GJT系列高精度取樣電極傳感器。
(3）輔表監視系統：配置2套HDSC-WDP型無(wú)盲區低偏差云母水位計。
(4）“三選中”自動(dòng)調節系統：三個(gè)差壓水位計，配套HDSC-DNZ內置式單室平衡容器，全智能差壓變送器。
(5）保護系統：“三取二”水位停爐、聯(lián)鎖、熱工報警系統信號取自二套電接點(diǎn)水位計和自動(dòng)調節系統“三選中”開(kāi)關(guān)量輸出信號。
(6）配置全量程高精度取樣電極傳感器或全量程單室平衡容器，滿(mǎn)足汽包水位全程升降的監視需要。
4、配置效果
在燃燒和鍋內設備正常情況下，可消除水位計嚴重誤差，使各水位計之間的偏差不大于30mm。
利于運行人員儀表在線(xiàn)對比分析，診斷汽包內部設備故障和燃燒中心偏移等異常現象。
水位儀表冗余度高，彼此偏差小，水位異常預警信號準確可信，提高了停爐準確性、可靠性和果斷性。
水位歷史記錄齊全，便于水位事故分析與處理。滿(mǎn)足特殊操作監控需求。
四、案例分析
神華神東電力有限責任公司上灣熱電廠(chǎng)2012年9月完成汽包水位測量系統改造工程。
1、原汽包水位測量系統問(wèn)題。
神華神東上灣電廠(chǎng)#2鍋爐汽包共有8對水位計安裝測孔，現有汽包水位測量裝置包括2臺云母水位計、2臺電接點(diǎn)水位計，
4臺差壓水位計。現有汽包水位測量與保護系統在結構和設計上存在較大安全隱患，
不能滿(mǎn)足規程要求和鍋爐安全運行的需要，具體問(wèn)題如下：
（1）汽包水位測量與保護系統誤差較大，汽包長(cháng)期偏離正常水位運行；
（2）各汽包水位計之間偏差較大，汽包水位監測困難；
（3）汽包左、右兩側實(shí)際水位偏差大，水位監測和保護困難，嚴重影響機組安全運行；
（4）差壓水位計結構不合理，易出現水位飛升現象，嚴重影響機組安全運行；
同時(shí)差壓水位計測量受環(huán)境溫度變化和汽包內爐水欠飽和影響較大。
（5）云母水位計顯示不清晰，不能正常觀(guān)測汽包水位，且維護量大； （6）電接點(diǎn)水位計測量誤差大，泄漏率高，可靠性差。
（7）汽包水位測量與保護系統穩定性和可靠性低。
（8）汽包水位測量與保護系統存在高水位保護誤動(dòng)和低水位保護拒動(dòng)的安全隱患。
2、實(shí)施方案
（1）更換2套HDSC-WDP型無(wú)盲區低偏差云母水位計。
（2）更換2套GJT系列汽包水位高精度取樣電極傳感器。
（3）更換3臺HDSC-DNZ汽包水位內裝單室平衡容器和1套HDSC-CZYW汽包水位磁致液位計。
（4）對汽包兩端水位偏差的形成原因進(jìn)行分析研究。
（5）汽包單側給水結構對水位測量影響的分析研究。
（6）對汽包水位和機組效率之間的關(guān)系進(jìn)行分析研究。
3、實(shí)施效果
汽包水位精準測量項目的成功實(shí)施，為汽包水位的監測、調節和保護提供了準確、 可靠的依據；
真實(shí)反映了汽包水位運行情況，為機組運行優(yōu)化、提高設備使用壽命提供了依據，
消除了安全隱患，有較高的安全效益和經(jīng)濟效益。
圖2 一側水位計的運行情況
（圖中，左側為低偏差云母水位計，右側為高精度取樣電極傳感器）
圖3 一側水位計的運行情況
神華神東集團運行曲線(xiàn)圖，（圖中，補償后汽包水位2是磁致液位計曲線(xiàn)，
補償后汽包水位1、3、4為內置式差壓水位計曲線(xiàn)圖，1、2為同側水位計，3、4為對側水位計）
2013年3月發(fā)表于《Today’s Boiler》
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