锅炉汽包差压式水位计测量分析及改进

锅炉汽包差压式水位计测量分析及改进

曹宏伟

陕西北元化工集团有限公司热电分公司陕西榆林神木锦界719319

摘要：汽包水位是电厂的主要监控参数之一，正确测量汽包水位是锅炉安全运行的保证，陕西北元化工集团热电分公司现采用外置单室平衡容器水位计，一直不能稳定运行。锅炉启动后水位计显示偏差较大，水位保护不能及时投入，且锅炉正常运行当中繁发生水位计显示偏差，致使锅炉汽包水位保护不能连续投入，严重影响锅炉的安全运行。本文阐述了内置式平衡容器主要优点，解决了汽包水位测量外置式双室平衡容器和单室平平衡容器外界环境温度补偿问题，提高了高温高压汽包炉汽包水位测量准确性。

关键词：内置式平衡容器汽包水位应用

自从北元热电投产以来，锅炉汽包水位计一直运行不稳定，尤其是锅炉启动时水位计显示偏差较大汽包水位计经常显示满水或没水的状态，所以在锅炉启动时汽包水位计根本不能用作运行人员运行参考的依据，正常运行中汽包水位的偏差最大能达到50mm-140mm，导致汽包水位保护不能连续投运，如果汽包水位保护误动作、拒动作都将严重影响锅炉汽轮机、化工的安全运行；汽包水位高、低保护误动作都将导致锅炉MFT动作，锅炉灭火，化工降负荷；汽包水位高保护拒动作将导致汽包满水，严重将造成汽轮机水冲击；汽包水位低保护拒动作将导致汽包缺水，严重将造成锅炉干锅，水冷壁爆管。

1、内置平衡容器工作原理

DNZ系列汽包内置水位平衡容器是根据多年来的工程实践而开发的，它克服了环境温度对单室平衡容器及参比水柱内水密度的影响，使信号更稳定，测量的附加误差更小，补偿公式更简单，结果更准确。众所周知，单室平衡容器及参比水柱内水的温度受环境温度和风向以及容器的结构、表管的走向布置影响较大，而水的密度与水的温度关系较大，一个较小的差压误差，经补偿计算后会增加近2倍的误差，给水位测量带来较大的一个随机误差。汽包内置水位平衡容器，将单室容器置于汽包内部，使其水容器和参比水柱永远处于饱和环境下，克服了参比水柱水温难以测量的不足，从而使信号更加稳定。DNZ系列汽包内置水位平衡容器提供了一个更加稳定、可靠、准确的差压信号，从而使您的汽包水位测量、调节和保护更加真实可信。

汽包内置水位平衡容器的原理如图1所示

老式单室平衡容器

下面就单室平衡容器的测量误差作一简要分析：如图所示：

当ΔＰ2＝0时，有公式(5)成立

H＝（r’-r”）g.Ｌ-ΔＰ１-----（5）

g(r’-r”)

式中ΔＰ１：变送器所测参比水柱与汽包内水位的差压值（ΔＰ2＝0时）

Ｌ：参比水柱高度

r：参比水柱的平均密度

ΔＰ2：正、负压侧仪表管路的附加差压

这里饱和蒸汽和饱和水的密度（r//、r/）是汽包压力Ｐ的单值非线性函数，通过测量汽包压力可以得到，而参比水柱中水的平均密度r通常是按50℃时水的密度来计算的，而实际的r具有很大的不确定性与50℃时水的密度相差很大是造成测量误差的主要原因之一。

单室平衡容器参比水柱温度与DCS修正补偿的50℃或60℃相差很大，带来不确定的附加误差，其误差在100mm以上。

由于云母水位计和单室平衡容器的误差方向不一致，所以要保证各水位计之间的偏差在30mm以内是不可能的，现行是以云母水位计为准，通过改变变送器或DCS软件修正来拼凑的，只能从数值上在一个特定的工况和小范围内使其偏差在30mm以内，是自欺欺人的做法，不能保证锅炉的安全运行。

从上可见要全过程全范围的实现汽包各水位计之间的偏差小于30mm是不可能的。

由于汽包水位测量不准，造成汽包长期高水位运行，降低了旋风分离器的工作效率，使饱和蒸汽带水过多，增加了过热器和汽轮机的结垢，降低了机组的工作效率，加速了过热器的爆管泄漏，存在着很大的事故隐患。

内置平衡容器

H=L-ΔP/g(r’-r”)

式中，参比水柱的平均密度r等于饱和水的密度r’转换而来，L、g为常数，r’-r”是汽包压力的单值函数，ΔP是变送器测得的差压值，故此消除环境温度对参比水柱密度的影响，从而克服了这一误差。

内置式平衡容器特点：

1）、精确度高，不受汽包内水欠饱和以及外置平衡容器参比水柱温度变化的影响，从公式可以看出变送器所测得的差压值为汽段参比水柱（饱和水）和相同高度的饱和汽静压之差，这一点与以往的任何一种外置式平衡容器不同，而采用外置式平衡容器测量汽包水位不仅受平衡容器下参比水柱温度变化的影响，而且由于补偿公式是假定汽包内水是饱和状态下推算出来，而实际上汽包内的水是欠饱和的，而且随着负荷变化欠饱和度也是变化的，由此可见，采用内装平衡容器的测量精确度远比外置式平衡容器要高。

2）、由于汽包的汽侧取样管上焊接有冷凝罐，可以及时向平衡容器中补充冷凝后的饱和水，因而可以保证锅炉点火不久就可投入汽包水位测量。

3、改进方案

通过对锦界国华电厂锅炉水位计调研、了解，其将原来外置的双室平衡容器改为内置式单室平衡容器，效果比原来的外置式双室平衡容器效果好.

汽包内置式平衡容器，克服了环境温度对单室平衡容器及参比水柱内水密度的影响，众所周知，单室平衡容器及参比水柱内水的温度受环境温度以及容器的结构、表管的走向布置影响较大，而水的密度与水的温度关系较大，一个较小的差压误差，经补偿计算后会增加近2倍的误差，给水位测量带来较大的一个随机误差。汽包水位内装平衡容器，它将平衡容器置于汽包内部，使平衡容器内的水和参比水柱永远处于饱和温度环境下，克服了传统单室平衡容器的参比水柱水温变化造成的测量附加误差，使差压信号更加稳定、准确、可靠，从而使汽包水位测量、调节和保护更加真实可信。

4、结束语

根据№2锅炉改造情况来看，改造后的内置式平衡容器在测量汽包水位时，能够准确的反应汽包的真实水位，提高汽包水位计的可靠性，保证汽包水位运行在合适的范围，给锅炉的安全运行提供了保障。我公司计划在№1、3、4锅炉汽包上也安装内置式平衡容器，同时也意味着内置式平衡容器在我公司得到了广泛的使用，为汽包水位的测量开创了一条心的道路。

参考文献

[1]孙长生，刘卫国等浙江省火电厂锅炉汽包水位测量问题分析及改进[J]电力建设，2010（10）；

[2]吴京罩，周雯，高庆文等减少差压式汽包水位测量偏差的一种分析方法[J]江西电力职业技术原因2012[2]；

[3]刘卫国，黄河，孙长生等600MW机组汽包水位偏差分析及整改措施[J]电力技术，2010（11）。

作者简介：

姓名：曹宏伟，出生年月：1984年8月5日，籍贯：陕西省清涧县，学历：大学本科，职称：电气工程师，研究方向:内置式平衡容器在测量汽包水位时，能够准确的反应汽包的真实水位，提高汽包水位计的可靠性，保证汽包水位运行在合适的范围，给锅炉的安全运行提供了保障，同时内置式平衡容器得到了广泛的使用，为汽包水位的测量开创了一条心的道路。