火力發(fā)電廠汽包水位測量系統(tǒng)配置分析及改進(jìn)
日期：2015-03-20 閱讀數(shù)：
火力發(fā)電廠汽包水位測量系統(tǒng)配置分析及改進(jìn)
（秦皇島華電測控設(shè)備有限公司 楊廣宇）
汽包水位測量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性問題目前依然是多數(shù)火力發(fā)電廠不能夠解決的難題，
由其引發(fā)的安全事故占機(jī)組啟、停爐事故總量的30%以上，汽包水位測量及保護(hù)的重要性受到重視。
其中，不合理的汽包水位測量系統(tǒng)配置問題導(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、
造成鍋爐多起重大水位事故，而保護(hù)動作事故更多。
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(shè)備有限公司為代表的新型汽包水位測量儀表和
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(jù)。
通過機(jī)組汽包水位測量系統(tǒng)的改造，優(yōu)化配置，解決由于原理、結(jié)構(gòu)和配置上存在的缺陷，實(shí)現(xiàn)汽包水位的準(zhǔn)確、穩(wěn)定測量；
為機(jī)組運(yùn)行和調(diào)節(jié)提供了可靠依據(jù)，避免了保護(hù)誤動和拒動，減少了鍋爐滿水和缺水事故的發(fā)生，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。
一、目前火力發(fā)電廠汽包水位測量系統(tǒng)配置存在的問題及原因
1、汽包水位取樣測孔數(shù)量少
一些舊式鍋筒設(shè)計(jì)汽包水位取樣測孔少，一般為4-5對取樣測孔，一般的水位測量儀表配置為“5套配置”（見圖1），
即：2套就地水位計(jì)（云母水位計(jì)、牛眼水位計(jì)），其中1套可用電接點(diǎn)水位計(jì)替代；帶有壓力與溫度修正的3套獨(dú)立的差壓式水位計(jì)。
“5套配置”不能夠滿足監(jiān)視和停爐的需求，不能夠?qū)崿F(xiàn)“危險分散”優(yōu)化配置設(shè)計(jì)。
圖1 汽包水位測量系統(tǒng)分布
2、汽包水位取樣、保護(hù)信號問題
美國化學(xué)工程師協(xié)會（AICHE）指出：“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”；
IECTC65WG10規(guī)定：“受控設(shè)備的控制系統(tǒng)應(yīng)與安全相關(guān)系統(tǒng)及減小危險的外部設(shè)施相互分開和獨(dú)立”；
ISASP84標(biāo)準(zhǔn)也指出：“用于控制系統(tǒng)的傳感器不應(yīng)用于安全系統(tǒng)”。
美國電力可靠性協(xié)會（NERC）規(guī)定：“保護(hù)裝置設(shè)計(jì)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套裝置同時失效的可能性”。
美國核工業(yè)系統(tǒng)有關(guān)規(guī)定也指出：“安全系統(tǒng)應(yīng)考慮冗余，冗余系統(tǒng)應(yīng)相互獨(dú)立，并在地理上和功能上互相分開”。
顯然，自調(diào)與保護(hù)信號是按“危險集中”設(shè)計(jì)，還是按“危險分散”設(shè)計(jì)，令電廠和設(shè)計(jì)院難以確定。
二、特殊工況需求
為防止汽包壁上下溫差超限，停爐后采用汽包滿水快冷。在給水系統(tǒng)臨時故障導(dǎo)致缺水保護(hù)停爐后，
若汽包內(nèi)還有水，可及時補(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，只能憑經(jīng)驗(yàn)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(nèi)孔較大的測孔接管（母管）作為取樣過道，
將新增取樣管插進(jìn)汽包內(nèi)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孔而增加獨(dú)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(jiān)視主表和保護(hù)儀表提供優(yōu)質(zhì)取樣點(diǎn)。
2、汽包水位測量準(zhǔn)確性及保護(hù)信號問題解決方案。
（1)、采用技術(shù)先進(jìn)，測量準(zhǔn)確性高、信號穩(wěn)定的汽包水位計(jì)。
（2）、優(yōu)化保護(hù)邏輯。
鍋爐汽包水位保護(hù)與自動調(diào)節(jié)信號應(yīng)按“三重冗余”和“危險分散”原則設(shè)計(jì)。取樣測量端彼此獨(dú)立。
用于自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的取樣孔和傳感器不應(yīng)再用于保護(hù)系統(tǒng)。
3、推薦配置方案
(1）選用測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定的汽包水位產(chǎn)品。
(2）主表監(jiān)視系統(tǒng)配置2套GJT系列高精度取樣電極傳感器。
(3）輔表監(jiān)視系統(tǒng)：配置2套HDSC-WDP型無盲區(qū)低偏差云母水位計(jì)。
(4）“三選中”自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)：三個差壓水位計(jì)，配套HDSC-DNZ內(nèi)置式單室平衡容器，全智能差壓變送器。
(5）保護(hù)系統(tǒng)：“三取二”水位停爐、聯(lián)鎖、熱工報(bào)警系統(tǒng)信號取自二套電接點(diǎn)水位計(jì)和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)“三選中”開關(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，滿足汽包水位全程升降的監(jiān)視需要。
4、配置效果
在燃燒和鍋內(nèi)設(shè)備正常情況下，可消除水位計(jì)嚴(yán)重誤差，使各水位計(jì)之間的偏差不大于30mm。
利于運(yùn)行人員儀表在線對比分析，診斷汽包內(nèi)部設(shè)備故障和燃燒中心偏移等異常現(xiàn)象。
水位儀表冗余度高，彼此偏差小，水位異常預(yù)警信號準(zhǔn)確可信，提高了停爐準(zhǔn)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。滿足特殊操作監(jiān)控需求。
四、案例分析
神華神東電力有限責(zé)任公司上灣熱電廠2012年9月完成汽包水位測量系統(tǒng)改造工程。
1、原汽包水位測量系統(tǒng)問題。
神華神東上灣電廠#2鍋爐汽包共有8對水位計(jì)安裝測孔，現(xiàn)有汽包水位測量裝置包括2臺云母水位計(jì)、2臺電接點(diǎn)水位計(jì)，
4臺差壓水位計(jì)。現(xiàn)有汽包水位測量與保護(hù)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上存在較大安全隱患，
不能滿足規(guī)程要求和鍋爐安全運(yùn)行的需要，具體問題如下：
（1）汽包水位測量與保護(hù)系統(tǒng)誤差較大，汽包長期偏離正常水位運(yùn)行；
（2）各汽包水位計(jì)之間偏差較大，汽包水位監(jiān)測困難；
（3）汽包左、右兩側(cè)實(shí)際水位偏差大，水位監(jiān)測和保護(hù)困難，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行；
（4）差壓水位計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，易出現(xiàn)水位飛升現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行；
同時差壓水位計(jì)測量受環(huán)境溫度變化和汽包內(nèi)爐水欠飽和影響較大。
（5）云母水位計(jì)顯示不清晰，不能正常觀測汽包水位，且維護(hù)量大； （6）電接點(diǎn)水位計(jì)測量誤差大，泄漏率高，可靠性差。
（7）汽包水位測量與保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性低。
（8）汽包水位測量與保護(hù)系統(tǒng)存在高水位保護(hù)誤動和低水位保護(hù)拒動的安全隱患。
2、實(shí)施方案
（1）更換2套HDSC-WDP型無盲區(qū)低偏差云母水位計(jì)。
（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(nèi)裝單室平衡容器和1套HDSC-CZYW汽包水位磁致液位計(jì)。
（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(cè)給水結(jié)構(gòu)對水位測量影響的分析研究。
（6）對汽包水位和機(jī)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(zhǔn)測量項(xiàng)目的成功實(shí)施，為汽包水位的監(jiān)測、調(diào)節(jié)和保護(hù)提供了準(zhǔn)確、 可靠的依據(jù)；
真實(shí)反映了汽包水位運(yùn)行情況，為機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化、提高設(shè)備使用壽命提供了依據(jù)，
消除了安全隱患，有較高的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。
圖2 一側(cè)水位計(jì)的運(yùn)行情況
（圖中，左側(cè)為低偏差云母水位計(jì)，右側(cè)為高精度取樣電極傳感器）
圖3 一側(cè)水位計(jì)的運(yùn)行情況
神華神東集團(tuán)運(yùn)行曲線圖，（圖中，補(bǔ)償后汽包水位2是磁致液位計(jì)曲線，
補(bǔ)償后汽包水位1、3、4為內(nèi)置式差壓水位計(jì)曲線圖，1、2為同側(cè)水位計(jì)，3、4為對側(cè)水位計(jì)）
2013年3月發(fā)表于《Today’s Boiler》
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