火力發(fā)電廠汽包水位測量系統配置分析及改進
日期：2015-03-20 閱讀數：
火力發(fā)電廠汽包水位測量系統配置分析及改進
（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(wěn)定性問題目前依然是多數火力發(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、
造成鍋爐多起重大水位事故，而保護動作事故更多。
汽包水位測量技術的進步，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儀表和
多測孔取樣技術的誕生，為完善汽包水位配置提供了技術依據。
通過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，實現汽包水位的準確、穩(wěn)定測量；
為機組運行和調節(jié)提供了可靠依據，避免了保護誤動和拒動，減少了鍋爐滿水和缺水事故的發(fā)生，確保機組安全穩(wěn)定運行。
一、目前火力發(fā)電廠汽包水位測量系統配置存在的問題及原因
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，一般的水位測量儀表配置為“5套配置”（見圖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”不能夠滿足監(jiān)視和停爐的需求，不能夠實現“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、保護信號問題
美國化學工程師協會（AICHE）指出：“在基本控制系統和安全聯鎖系統之間應在地理上和功能上分開”；
IECTC65WG10規(guī)定：“受控設備的控制系統應與安全相關系統及減小危險的外部設施相互分開和獨立”；
ISASP84標準也指出：“用于控制系統的傳感器不應用于安全系統”。
美國電力可靠性協會（NERC）規(guī)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套裝置同時失效的可能性”。
美國核工業(yè)系統有關規(guī)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”。
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，停爐后采用汽包滿水快冷。在給水系統臨時故障導致缺水保護停爐后，
若汽包內還有水，可及時補水恢復運行。其安全措施要求有能監(jiān)視滿、缺水的水位計。
而“5套配置”未能滿足這一特殊監(jiān)控需求，只能憑經驗操作和事故處理。
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題解決方案
利用汽包水位“多測孔接管技術”將汽包原有內孔較大的測孔接管（母管）作為取樣過道，
將新增取樣管插進汽包內部，在和母管取樣口有一定距離的地點取樣，從而不需在汽包上開孔而增加獨立取樣測孔。
一般情況下可增加4對汽、水測孔。該技術還可以將在汽包中段的測點移至汽包封頭，
為監(jiān)視主表和保護儀表提供優(yōu)質取樣點。
2、汽包水位測量準確性及保護信號問題解決方案。
（1)、采用技術先進，測量準確性高、信號穩(wěn)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調節(jié)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。
用于自動調節(jié)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(wěn)定的汽包水位產品。
(2）主表監(jiān)視系統配置2套GJT系列高精度取樣電極傳感器。
(3）輔表監(jiān)視系統：配置2套HDSC-WDP型無盲區(qū)低偏差云母水位計。
(4）“三選中”自動調節(jié)系統：三個差壓水位計，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、聯鎖、熱工報警系統信號取自二套電接點水位計和自動調節(jié)系統“三選中”開關量輸出信號。
(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。滿足特殊操作監(jiān)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題。
神華神東上灣電廠#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臺電接點水位計，
4臺差壓水位計?，F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，
不能滿足規(guī)程要求和鍋爐安全運行的需要，具體問題如下：
（1）汽包水位測量與保護系統誤差較大，汽包長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(jiān)測困難；
（3）汽包左、右兩側實際水位偏差大，水位監(jiān)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，不能正常觀測汽包水位，且維護量大； （6）電接點水位計測量誤差大，泄漏率高，可靠性差。
（7）汽包水位測量與保護系統穩(wěn)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和低水位保護拒動的安全隱患。
2、實施方案
（1）更換2套HDSC-WDP型無盲區(qū)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系進行分析研究。
3、實施效果
汽包水位精準測量項目的成功實施，為汽包水位的監(jiān)測、調節(jié)和保護提供了準確、 可靠的依據；
真實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圖，（圖中，補償后汽包水位2是磁致液位計曲線，
補償后汽包水位1、3、4為內置式差壓水位計曲線圖，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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