关键词：改造；实施；安全；测量；汽包水位

    吴志远（1968－）
男，吉林松原人，工程师，工学学士，研究方向为自动化控制。

1     存在的问题及解决的途径

    汽包水位是锅炉运行是否正常的重要标志之一。维持汽包水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的必要条件。水位过高，直接影响汽包内汽水分离效果，使蒸汽带水造成过热器中盐类沉积，恶化过热器的工作条件，严重时还可能引起汽轮机水冲击，盐类将在汽轮机叶片和过热器管壁上结垢，导致过热器管爆破，汽轮机通流面积减少而降低出力；水位过低，则破坏了锅炉的汽水自然循环，导致水冷壁被烧坏等恶性事故。

    一直以来，汽包水位保护控制问题一直困扰热工专业，多次发生保护误动的事故，虽然采取了应急措施，但终究不是解决问题的良方，尤以吉林石油集团热电厂锅炉分厂2003年7月＃704机组和9月＃705机组汽包水位保护误动为甚。汽包水位由于采用液位转换器而带来的误发信号、维护工作量大等问题依然存在。

    此次该厂＃5机组在大修期间进行改造，控制系统采用北京和利时系统工程股份有限公司（以下简称和利时公司）第四代DCS产品—HOLLias-MACS控制系统，经过电厂与和利时公司工程技术人员的充分交流，双方研究确定了解决此问题的方案，并经调试过程中的完善，并充分利用DCS系统这个现代化的手段和方法对汽包水位信号进行科学处理，取得了良好的效果。

2     改造的依据及方案

    2.1   改造的依据

    本次汽包水位改造以《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”）为宗旨：

    2.1.1水位计设置的依据

    （1）汽包锅炉应至少配置两只彼此独立的就地汽包水位计和两只远传汽包水位计。水位计的配置应采用两种以上的工作原理共存的配置方式，以保证在任何运行工况下锅炉汽包水位的正确监视。

    （2）水位计设置的方案

    该厂保留就地两台云母水位计，并且针对甲侧水位计观测困难的问题改进，将就地水位监视摄像机移入环境较好的汽包房。

    在马赛克盘上安装乙侧电接点汽包水位显示表，以利运行人员比对监视水位。

    将原有另三套就地测量元件进行改造，换成单室平衡容器，管路引入锅炉变送器室。

    2.1.2汽包水位计安装的依据和方案
 
    取样管应传过汽包内壁隔层，管口应尽量避开汽包内水汽工况不稳定区，若不能避开，应在汽包内取样管加装稳流装置。

    汽包水位计水侧取样管孔位置应低于锅炉汽包水位停炉保护动作值，一般应有足够的裕量。

    水位计、水位平衡容器或变送器与汽包连接的取样管，一般应至少有1：100的斜度，汽侧取样管应向上向汽包方向倾斜，水侧取样管应向下向汽包包方向倾斜。

    差压式计严禁采用将汽水取样管引到一个连通器，再在平衡容器中段引出差压水位计的汽水侧取样的办法。

    此次改造在施工方案中严格按照以上要求进行施工。实践证明，严格按照《二十五项反措》的这一条款进行施工是保障此次改造成功的基础。

    2.1.3差压式水位计补偿及保护方案实现的依据

    （1）对于过热器出口压力为13.5MPa及以上的锅炉，其汽包水位计应以差压式（带压力修正回路）水位计为基准。汽包水位信号应采用三选中值的方法进行优选。

    （2）差压水位计应采用压力补偿。汽包水位测量应充分考虑平衡容器的温度变化造成的影响，必要时采用补偿措施。

    （3）锅炉高、低水位保护。

    锅炉汽包水位高、低保护应采用独立测量的三取二的逻辑判断方式。当有一点因某种原因须退出运行时，应自动转为二取一的逻辑判断方式，并办理审批手续，限期恢复；当有两点因某种原因须退出运行时，应自动转为一取一逻辑判断方式，应制定相应的安全运行措施，经总工程师批准，限期恢复，如逾期不能恢复，应立即停止锅炉运行。

    锅炉汽包水位保护在锅炉启动前和停炉前应进行实际传动试验。用上水方法进行高水位保护试验，用排污放水的方法进行低水位试验，严禁用信号短接的方法进行模拟传动试验。

    锅炉水位保护定值时，应充分考虑因环境温度不同而造成的实际水位与水位计中水位差值的影响。
                
    2.2   改造的方案

    改造从两方面入手，一是改造原来的水位测量方式；第二是采用新的补偿方式对汽包水位进行温度压力补偿，以达到改造效果。

    原自动控制系统汽包水位测量采用两路水位信号，仅有汽包压力补偿，没有温度补偿措施。原汽包水位测量图如图1所示。

图1  原汽包水位测量图

    但汽包中的水在不同压力下比重会发生变化，变送器测量的差压信号要经过压力、温度修正后才能反映汽包的真正水位。为此，经过电厂和和利时公司工程人员共同确定，通过软件对汽包水位进行修正，修正公式如下：

    h=（（ρ凝－ρS）×g×L－ΔP）/（ρW－ρS）×g

    其中，h为水位（单位：m）；ΔP为差压（单位：Pa）；ρw为饱和水密度（单位：kg/m3）；ρS为饱和蒸汽密度（单位：kg/m3）；ρ凝为汽包外水柱密度（单位：kg/m3）；g为重力加速度。

图2  原汽包水位温度压力补偿图

    2.2.1改进后的汽包水位补偿方案

    改进后的汽包水位采用三路差压信号，甲侧有两个：甲1、甲2（与＃4机组相邻）、乙侧有一个（朝扩建端，迎风侧），根据如图2所示的补偿原理，对这三个信号分别装设相应的汽包压力变送器进行水位信号的压力补偿，同时设有温度补偿措施（方案略），如图3所示。

    在DCS系统对水位信号处理中，首先对汽包压力信号、汽包水位信号的品质进行判断，在水位信号品质正常的前提下，每个汽包水位信号经过以上温度、压力补偿后，补偿后的汽包水位信号经过三选中处理用于给水自动调节中。

    2.2.2汽包水位保护高低报警控制原理

    首先根据汽包水位设定的高低定值，对各个补偿（温度及压力）后的水位信号（首先保证信号是好的前提）输出报警。

    图4以第一个补偿（温度及压力）后的水位信号为例来说明水位信号越限的逻辑实现过程，第二、三个信号同理。将补偿后的水位信号实施如图5所示。

    在汽包水位保护中特别做了通道故障的报警，在有任何数量的通道坏时，光字牌会有报警显示，以提醒运行人员注意，通知相关人员及时处理，保障安全。如图6所示为有三个通道坏的逻辑，其它不再一一赘述。

    在汽包水位保护的设计中，水位高一值时，热工信号光字牌、DCS光字牌等应发出声光报警，提醒运行人员注意。

    汽包水高二值时，锅炉汽包事故放水门在联锁投入的情况下，开事故放水门；热工信号光字牌、DCS光字牌等同时发出声光报警。

    汽包水位高三值时，延时5s，MFT动作；延时3s后,运行给水泵跳闸；热工信号光字牌、DCS光字牌等同时发出声光报警。

    水位低一值时，锅炉汽包事故放水门在联锁投入的情况下，关事故放水门；热工信号光字牌、DCS光字牌等应发出声光报警，提醒运行人员注意。

    汽包水低二值时，热工信号光字牌、DCS光字牌等应发出声光报警。

    汽包水位低三值时，延时5s，MFT动作；热工信号光字牌、DCS光字牌等应发出声光报警。

3     改造效果

    改造后，发现补偿处理后的汽包水位指示比电接点水位高，而且三者相差较大，经查发现，就地水位环境温度测量有问题，甲1的环境温度用红外线测温仪测得取样引出管不同段温度，有一点测得离测点远的温度比其他离得近的要高出近20度左右，而迎风面的乙侧温度有时要比甲侧温度高出50－60度，有时又差不多。以上因素导致补偿后单个汽包水位值变化较大且三信号间相差也较大，后在工程多方共同配合下，进行如下处理：

    （1）对改造后的汽包水位系统进行测量引压管排污处理。

    （2）在DCS系统中对三个汽包水位进行经验参数修正。

    （3）水位经过修正后，发现水位波动仍比较大，经过检查和对比，发现冷端温度变化异常，如5月24日18：04的温度甲1为128.33℃，甲2为145.53℃，乙1为111.27℃，当日21：50甲1为145.01℃，甲2为152.13℃，乙1为138.07℃，通过用红外线测温仪测量结果分析，冷端温度过高，且变化无规律，实际补偿效果不理想，故改为定温60℃折线补偿。

    经过以上处理后，补偿后的汽包水位信号比较稳定，在5月26日实际汽包水位记录见表1。

表1

    通过一段时间观察，DCS系统中汽包水位指示与电接点水位相差在20mm以内，自动、保护相继投入，运行稳定。汽包水位的顺利整改，为机组安全稳定运行提供了有利的保障，取得了良好的经济效益和社会效益。

4     经验推广  

    电厂的汽包水位测量的准确性是机组安全运行的一个非常重要的指标。特别在电厂运行中要求严格按照“二十五项反措”执行，汽包水位测量的准确性就显得更加重要，而在用常规仪表对某些重要参数进行运行监视、自动控制及提供保护要求的场合下，较难做到信息共享以及复杂算法的实现，而在控制系统采用DCS系统后，就可以较容易的实现整个系统的资源整合和利用率，实现机组综合目标。

其它作者：

    常东宇（1971－），男，吉林松原人，工程师，工学学士，研究方向为锅炉管理。李元生（1972－），男，吉林乾安人，工程师，研究方向为电厂自动化控制。

参考文献：

    [1]  防止电力生产重大事故的二十五项重点要求. 国家电力公司.2000年9月28日

    [2]  国家电力公司发输电运营部.  防止电力生产重大事故的二十五项重点要求辅导教材.   中国电力出版社，2001.