汽包水位多測孔接管的技術改造案例

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基于華能平涼發電公司1號爐汽包水位多測孔技術改造的成功經驗，分析了汽包水位測量的原理和提高測量準確性的方法。改造無需在汽包壁上開孔，可使各水位計測量互不干擾，減少了測量偏差，提高了汽包水位保護控制的可靠性。

一、汽包水位計的配置

華能平涼發電公司1號機組鍋爐為HG-1025/18.2-YM11型亞臨界、自然循環汽包爐，汽包設計4對位取樣也，共配置6套水位測量裝置（圖1）。汽包甲、乙側各配置1套就地雙色水位計，由水位電視監視裝置（TV）送至集控室進行監視。乙側配置1套獨立于DCS供電的電接點水位計，信號送至集控室進行監視和報警。3套水位差壓變送器各輸出（4~20）mA信號至DCS，經三取一邏輯判斷后，用于汽包水位的監視和自動調節控制。3套水位差壓變送器的信號經三取二高、低邏輯判斷后。3套水位差壓變送器的信號經三取二高、低邏輯判斷后。作為汽包水位MFT條件實現鍋爐跳閘保護。原設計中，乙側就地雙色水位計和電接點水位計共用一對測孔。

二、存在問題

從圖1配置可知，在6套水位計全部正常時，完全能夠滿足運行和保護的要求，但當其中的1套水位計故障，特別是汽包乙側有1套水位計故障時，將影響水位測量的準確性保護控制的可靠性。例如，汽包乙側就地雙色水位計發生爆管時，由于雙色水位計和電接點水位計共用一對測量取樣孔和一次門，隔離雙色水位計的同時必須隔離電接點水位計，此時汽包水位計僅剩4套在運行。又如，汽包乙側1臺差壓變送器發生滲漏后必須隔離一次門和二次門，此時汽包乙側的2臺差壓變送器須同時退出運行，僅有甲側的1臺差壓變送器須同時退出運行，僅有甲側的1臺差壓變送器參與水位保護和調節控制，將危機組的安全運行。汽包水位計的這種配置，雖然在數量和測量種類上滿足要求，但測孔的不獨立性和存在相互影響，違反了文獻中每個水位測量裝置都應具有獨立的取樣孔，不得在同一取樣孔上并聯多個水位測量裝置，以免互相影響，降低水位測量可靠性的要求。

華能平涼發電公司自2000年10月投產至今，由于鍋爐鋼架出現不平衡下沉，以汽包中心線的位置來看，汽包的水平面是個斜面，因此應重新測定汽包中心線和參比水柱的高度，以便在DCS邏輯算法中進行確定，修改，提高測量的準確性。

三、改造的可行性分析及造型

鍋爐汽包屬超厚大型高壓容器，在其上進行增孔強度計算必須準確，工藝要求嚴格，施工工藝與局部熱處理稍有疏忽，將留下潛在的安全隱患。另外，增孔數量受汽包承壓強度的限制。

經過調研比較，擬采用秦皇島華電測控設備生產的汽包水位多側孔接管技術。該技術是利用汽包原較大的測量取樣孔接管通道（d51mm×10mm），插管到汽包內部取樣，接管增加獨立的測量取樣孔，所增加的測量取樣孔與原取樣孔有一定的距離，并帶有穩流取樣器。這樣，在汽包壁無需要重新開孔的情況下，增加了新的測量取樣孔。多測孔接管上的新增測量孔能滿足測量裝置取樣要求，且不影響原水位測量裝置取樣要求。

四、技術改造

4.1差壓變送器取樣改造

（1）拆除原汽包水位測量平衡容器和有關取樣管閥門，對切除后的取樣管切口進行平整處理，使其滿足金屬焊接的要求。

（2）在原測量取樣孔（d51mm×10mm）內，插入d28mm×4mm的20G鋼管，插入的鋼管比原測量取樣孔至少長10cm，以避免相互影響。取樣管引出汽包壁后通過變徑和高壓截止閥，分別與2個平衡容器焊接，形成獨立取樣管路。

（3）汽側平衡容器高出汽側取樣孔，且有一定的傾斜度，滿足安裝技術規定的要求。

（4）平衡容器正壓管從側面引出后，水平延伸1m左右。

（5）水側取樣管水平引出，無向上傾斜部分。

（6）整個取樣管路無垂直方向彎曲的部分。

（7）所有的截止閥桿均成水平方向。

（8）汽包內水側取樣管端頭安裝取樣器，以減小水位波動帶來的影響。

4.2參比水柱高度的測定

找出汽包的幾何中心線及汽包零水位線，并測出水側取樣管中心到平衡容器取樣管底部的距離，此高度即為參比水柱高度L。

4.3差壓補償公式的修正

水位補償公式：

H={[（r3-r1）]}L-△P]（r2-r1）}-H0（1）

式中：H——汽包內的水平面距水側取樣點的高度，mm；

L——外置單室平衡容器的參比水柱高度，mm；

H0——汽包零水位線距水側取樣點的高度，635mm；

r1——飽和汽的密度，kg/m3；

r2——飽和水的密度，kg/m3；

r3——參比水柱的密度，kg/m3；

△P——水位變送器正負壓側測得的差壓，Pa。

改造前3臺變送器的外置單室平衡容器的參比水柱高度均按L1，L2，L3=1270mm進行組態，根據實測值，在算法中修改為：L1=1265mm，L2=1282mm，L3=1273mm。

對應12個不同的汽包壓力點，在DCS邏輯算法中對公式（1）中的r3-r1和r2-r1進行修正（參比水柱密度r3按50℃時飽和水的密度計算），對應關系見表1。

4.4補償調試

首先檢查智能變送器功能參數設置的正確性，并清零。采用模擬信號發生器在差壓變送器和壓力變送器上加入對應的汽包壓力和水位差壓的電流信號。壓力選取1/4、3/4汽包額定壓力，水位差壓選取為5.9kPa（12.441mA），測量值與理論計算值誤差在允許范圍內。

4.5冷態上水高度

機組起動前，通過汽包上水向各平衡容器充水，在水位達到汽側量取樣孔位置時，打開汽水側一次門、二次門及排污門進行排污，排污完畢后關閉排污門投入各平衡容器。進行升降水試驗，記錄各平衡容器的水位指示值，同側平衡容器之間的水位偏差在20mm以內，滿足要求投入水位變送器。

4.6乙側雙色水位計和電接點水位計改造

乙側雙色水位計和電接點水位計改造與差壓水位計改造相同。取樣孔伸出汽包壁后，留出適當的接口，分別與雙色水位計和電接水位計測量筒匯通。安裝后的水位計測量筒根據汽包水位中心線以下規定距離對汽包水位計進行零點調整。機組起動前，在差壓水位計排污的同時對電接點水位計測量筒進行排污，觀察計顯示，檢查合格后投入電接點水位計。

五、結語

在華能平涼電廠汽包水位多側孔技術改造中增加了2對測量取樣孔，使水位取樣孔達到6對，有效避免了排污、滲漏時各水位計之間的相互影響。從汽包外觀看，多測孔接管與在母管上并聯小接管相同，但就獨立取樣而言，有本質的區別：多測孔接管上的幾個測量取樣孔為獨立取樣，所連接的測量裝置互不影響，而并聯取樣使得一個裝置泄漏或排污會影響另一測量裝置取樣。根據現場實際安裝確定的數據，對算法邏輯做了進一步優化，提高了測量的準確性。機組負荷從0升到300MW的過程中，同側水位顯示值之間的偏差在15mm以內，汽包兩端水位顯示值之間的偏差在30mm以內，偏差范圍滿足要求。

造成汽包水位測量偏差的原因是多方面。當鍋爐燃燒出現偏差時，由于兩側水冷壁熱強度不同會造成兩側水位偏差，出現這種情況時應進行燃燒調整，消除火焰偏差。各接口的一次門、二次門及排污門，接頭滲漏是引起水位測量發生較大偏差的主要因素，只要在安裝中確保密封合格，就能達到長期準確測量汽包水位的目的。實踐證明，由于智能變送器的應用以及DCS具有的強大功能，使得鍋爐汽包水位的測量準確性和控制可靠性大大提高，具有獨立測量取樣孔的智能差壓變送器能夠滿足汽包水位監視、調節及保護控制的要求。

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