1、全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉255汽包多测孔技术在 600MW 机组上的应用陈元良 杨笑峰（上海吴泾第二发电有限责任公司 上海 200241）【摘 要】本文以吴泾二发电汽包水位测量系统为改造对象，主要讲述了吴泾二发电汽包水位测量系统的现状、存在的问题，并以此为突破点提出改造方案，一步步加以实施，并最终完成目标，达到了安评的要求，消除了机组运行的安全隐患，提高了机组运行安全性及可靠性。【关键词】汽包水位；多测孔技术；二十五项反措；单室平衡容器1 引言众所周知，单室平衡容器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
2、关系较大，这样就造成了水位测量的附加误差。而一个较小的附加差压误差，经补偿计算后会增加 2 倍左右的水位测量误差。DWZ 系列汽包水位外置平衡容器，它通过延长平衡容器出口正压侧水平引管使参比水柱温度保持为环境温度，降低了环境因素对单室平衡容器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，结果更准确，从而使汽包水位测量更加真实可信。2 原理介绍汽包运行过程中，饱和蒸汽进入到平衡容器中冷凝成饱和水回流保持 L 高度参比水柱不变，参比水柱 L 所形成的静压通过正压侧引出管引到差压变送器的正压侧，汽包内的水通过负压侧取样管引到差压变送器的负压侧，这样差压变送器输出差压信号给二次表或 DCS
3、，通过温度压力补偿计算4 72615 、 外 置 平 衡 容 器、 汽 侧 取 样 管3、 正 压 侧 引 出 管、 负 压 侧 引 出 管、 二 次 表 或 DCS、 差 压 变 送 器、 汽 包L： 汽 侧 管 内 下 边 沿 到 水 侧取 样 管 中 心 线 的 距 离H0： 设 计 水 位 线 到 水 侧 取 样 管 中 心 线 的 距 离 ： 现 在 水 位 相 对 于设 计 水 位 线 的 差 值 W： 饱 和 水 的 密 度 S： 饱 和 汽 的 密 度 a： 参 比 水 柱 的 密 度 W S a汽 包 水 位 外 置 平 衡 容 器 测 量 系 统 原 理 图全国火电 600
4、MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉256得出汽包内的水位。通过汽包压力并从密度表中查出的密度 W、S，通过设定的参比水柱温度（50，若环境温度超过 60则应增加温度补偿）查出密度 a，代入外置平衡容器公式即可计算出水位。由于将正压侧引出管水平延长 1 米左右，解决了原有技术中单室平衡容器沿引出管向下传热不能保证参比水柱温度的相对恒定的问题，使参比水柱的温度与密度相对稳定，这样在进行补偿计算时就有相对稳定的参数，可以准确计算出汽包水位。3 改造前汽包水位测量系统现状概述我公司两台机组的锅炉为上海锅炉厂生产的 2008T/H 强制循环汽包炉。汽包 0 水位在汽包几何中心线下 0.533m
5、m，汽、水侧取样管规格为 4810mm。汽包水位测孔共计 4 对，其中 A 侧两对测孔，其中一对测孔接一台云母水位计，另一对测孔并联一台电极点水位计和一个连通管，同时连通管中部取样并联 2 个单室平衡容器；B 侧两对测孔，其中一对测孔接一台云母水位计，另一对测孔并联一台电极点水位计和一个连通管，从连通管中部取样 1 个单室平衡容器，具体水位计分布见下图。其中单室平衡容器 A、B 的安装如图片 A 所示。标注 A：单室平衡容器 A、B 正压侧并联取样，中部取样；标注 B：单室平衡容器 A、B 正压侧与电接点并联取样；标注 C：单室平衡容器 A、B 负压侧与电接点并联取样。全国火电 600MW 机
6、组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉257图片 A4 汽包水位测量系统存在问题及分析4.1 每对测孔带有多台水位测量装置，为普通管路并联取样，#2 炉分别装有 3 台单室平衡容器，共带 3 台差压变送器，其中左侧两台单室平衡容器与一台电接点水位计共用同一测孔（如图片 A圆形标示） ，右侧一台单室平衡容器与一台电接点水位计取自同一测孔，违背了国电发（2001）95号文“关于印发国家电力公司电站锅炉汽包水位测量系统配置安装和使用若干规定（试行） 的通知” （简称规定 ）第 3.1 条“每个水位测量装置都应具有独立的取样孔。不得在同一取样孔上并联多个水位测量装置，以避免相互影响，降低水位测量的可靠性
7、。 ” a) “标注 A”中，每台单室平衡容器带一台变送器，而且两台单室平衡容器共用同一个一次门。这样就会存在极大的安全隐患，如果一次门发生泄漏，两台单室平衡容器就不能正常显示，其所带的变送器形同虚设，根本不能发挥其作用，其自动调节、指示、记录和机械水位计完全是错误的，这样极易造成汽包满、缺水事故。b) 同理“标注 B、C”中的错误与“标注 A”中一样，一旦正、负压侧有一个一次门发生泄漏或故障，其所带两台变送器全都不能正常工作。所以应采取适当措施防止各个取样系统互相干扰。不宜采用加连通管的方法增加取样点，应予以更正。c) 单室平衡容器与电接点水位计并联取样，当电接点水位计或单室平衡容器水位计中
8、任意一台水位计进行排污，都将对其它两台水位计产生影响，严重影响水位计正常运行，威胁安全生产。4.2 现有单室平衡容器式汽包水位计其构造使参比水柱中水的平均密度具有很大的不确定性，这会造成较大的测量误差，应予以更正。4.3 差压水位计汽水侧取样在连通管中段取样，违背了防止电力生产重大事故的二十五项重点要求 （以下简称“二十五项反措” ）第 8.2.5 条：“差压式水位计严禁采用将汽水取样管引到一个连通容器(平衡容器),再在平衡容器中段引出差压水位计的汽水侧取样的方法” 。所以：当汽包上水位测量取样孔不够时，可采用在汽包上已提供的大口径取样管中插入 12全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届
9、年会论文集 锅炉258个取样管的技术增多取样点。当采用此方法时，应采取适当措施防止各个取样系统互相干扰。不宜采用加连通管的方法增加取样点。并联取样存在着较大的安全隐患，一旦 A 侧电接点水位计发生电极泄露，可能会引起同侧二台差压水位计测量误差，引起汽包水位保护的误动作，给机组的运行带来较大的安全隐患。5 汽包水位系统改造方案为了消除上述安全隐患，确保锅炉安全运行及安全性评价要求，我公司与秦皇岛华电测控设备有限公司合作利用“多测孔技术”对现有汽包水位系统进行了改造。在 A 侧利用“多测孔”增加 2对水位测孔，保留原就地水位计和电接点水位计，更换二台 DWZ 型差压水位计。B 侧保留原就地水位计不
10、动，利用“多测孔”增加一对水位测孔，安装原电接点水位计和 DWZ 型差压水位计。“多测孔技术”是利用汽包原有测孔接管通道，插管到汽包内部取样，增加独立取样测孔，从而不用在汽包壁重新开孔而增加新的测孔。利用“多测孔技术”增加了独立取样孔，新增测孔满足水位测量装置取样动态要求。从汽包外部看，多测孔接管与在母管上并联小接管相同，但就独立取样而言，却有本质的区别：多测孔接管上的几个测孔取样独立，所连接的测量装置泄漏或排污互不影响；并联则不然，一个装置泄漏或排污必然影响其它测量装置取样。 “多测孔技术”避开了在汽包壁上钻孔、焊接、局部热处理、金相检查等关键问题，不影响汽包寿命与原强度设计，风险很小。6
11、施工中注意的问题a) 所有管路的焊口应使用氩弧焊，保证焊口不堵塞，压力传递准确。b) 汽、水侧取样管管路上的阀门安装时应使阀杆处于水平位置，以避免在阀门内形成水塞现象，影响测量准确性。c) 为避免操作阀门对管路产生的影响，应用支架对阀门进行支撑。制作支架时，应考虑汽包热膨胀的影响。d) 引到差压变送器的表管应平行敷设，不得靠近热源，保证正、负压侧表管所处的环境温度一致。若环境要求必须保温时，必须保证管路加热的温度一致，否则会造成附加误差。管路敷设应全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉259符合施工标准要求，不得有 U 型弯等易于形成气塞的部分，并用角铁作支架，用管卡子进
12、行固定。7 汽包水位计算公式及焓熵关系根据外置平衡容器公式及焓熵关系图，在 DCS 控制逻辑中重新设计计算公式/外置平衡容器公式为： h =（L（ a- S）g - P ）/（ W- S）g-H 0其中：h： 汽包水位 单位：米L： 正压侧参比水柱高度 单位：米（L1=1.293，L2=1.283，L3=1.294） H0： 水侧取样管中心线距汽包 0 水位线的距离 单位：米 h 0=0.533P： 水位差压变送器来的差压值 单位：PaP/g： 水位差压变送器来的差压值 单位：mmH 2O (0-1300mmH2O) a： 冷凝水的密度 单位： kg/m 3 W： 饱和水的密度 单位： kg/
13、m 3 S： 饱和汽的密度 单位： kg/m 3序号 汽包压力（MPa） 饱和水密度 W(kg/m3) 饱和汽密度 S(kg/m3)1 0.1 958.41 0.59012 0.2 942.68 1.12883 0.3 931.53 1.65054 0.4 922.59 2.16255 0.5 915.08 2.66806 1.0 887.00 5.14677 1.5 866.70 7.59598 2.0 849.91 10.0479 2.5 835.28 12.51510 3.0 822.17 15.01111 3.5 810.04 17.53812 4.0 798.66 20.105全国火
14、电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉260序号 汽包压力（MPa） 饱和水密度 W(kg/m3) 饱和汽密度 S(kg/m3)13 4.5 787.96 22.71714 5.0 777.73 25.37415 6.0 758.32 30.85516 7.0 739.97 36.57617 8.0 722.39 42.57118 9.0 705.27 48.87619 10.0 688.42 55.55620 11.0 671.73 62.61721 12.0 655.01 70.17522 13.0 638.16 78.30923 14.0 620.96 87.03224
15、15.0 603.14 96.61825 16.0 584.76 107.1826 17.0 565.29 119.0327 18.0 544.07 132.7328 19.0 519.99 149.2529 20.0 490.68 170.2730 21.0 454.24 199.0831 22.0 374.35 268.24注：1、汽包压力为绝对压力。2、50时冷凝水密度 a（按照额定压力向下并取整进行选择）序号 压力 a序号 压力 a序号 压力 a序号 压力 a序号 压力 a1 10MPa 992.08 3 12MPa 992.87 5 14MPa 993.76 7 16MPa 994.
16、65 9 18MPa 995.442 11MPa 992.48 4 13MPa 993.36 6 15MPa 994.15 8 17MPa 995.04 10 19MPa 995.898 改造后的效果a) 自#2 炉汽包水位改造后，三台差压水位计测量准确，各个水位计之间均独立取样，各水位计取样互不干扰，满足了“二十五项反措”及安评要求，消除了机组运行的安全隐患，大大提高了机组运行的安全性及可靠性，达到了改造的预期效果。b) 4 月 16 日水位资料（并网提升负荷阶段）：4 月 16 日 5:1310:30 三台差压信号趋势图。本阶段工况：压力约为 212MPa，负荷50249MW。全国火电 6
17、00MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉261图中显示，5:139:00 过程中三台差压变送器测量的数据趋势基本一致。9:00 之后 B 端的#0903 变送器测得的差压值偏低，从而使计算出的水位值高于 A 端两台水位计 70mm 左右，A 端两台水位计示值差距在 10mm 以内。上图表示当日 9:00 后各变送器差压值产生的偏差，绿色线条代表 B 端#0903 变送器，其差压值明显低于 A 端两台变送器#0901、#0902。作者简介： 陈元良 热控专业工程师 上海吴泾第二发电有限责任公司工作杨笑峰 热控专业工程师 上海吴泾第二发电有限责任公司工作上海龙吴路 5100 号，邮编：200241
