HDSC锅炉汽包水位测量和保护系统

秦皇岛华电测控设备有限公司和淮安维信仪表有限公司经过多年自主研究开发，推出的HDSC锅炉汽包水位测量和保护系统，成功的消除了锅炉汽包水位运行方面的隐患，而且已经有了较为丰富的成功应用业绩，标志着锅炉汽包水位测量技术已经取得了重大突破，在这个领域里，我国的这些技术真正做到了在世界上处于领先位置。

产品名称

HDSC锅炉汽包水位测量和保护系统

所属品牌

HDSC

产品简介

秦皇岛华电测控设备有限公司和淮安维信仪表有限公司经过多年自主研究开发，推出的HDSC锅炉汽包水位测量和

保护系统，成功的消除了锅炉汽包水位运行方面的隐患，而且已经有了较为丰富的成功应用业绩，标志着锅炉汽包水

位测量技术已经取得了重大突破，在这个领域里，我国的这些技术真正做到了在世界上处于领先位置。

具体体现在以下三个方面：

1） HDSC锅炉汽包水位测量和保护系统对汽包水位计进行了重大改进，大大减小测量误差小，真正做到了各汽包水

位计间偏差全程可以控制在30mm以内，汽包水位保护可以从点炉开始可靠投入运行。传统汽包水位测量系统的测量

误差大，而且具有很大的不确定性，各水位计偏差较大，给汽包水位的运行监视和控制带来困难，存在较大安全隐

患。

2）HDSC锅炉汽包水位测量和保护系统可靠性高、维护性强。而传统的汽包水位测量系统可靠性和可维护性较差、监

视困难。

3）HDSC锅炉汽包水位测量和保护系统在世界上使锅炉汽包水位测量现场基准仪表取得突破。内置电极式汽包水位计

可直接测量汽包水位，作为基准仪表标定其他水位计。而传统的汽包水位测量系统没有可以信赖的基准仪表用于标定

各种汽包水位表。

HDSC锅炉汽包水位测量和保护系统主要包括以下几部分：

1、一系列新型汽包水位测量仪表和装置：1）汽包水位内置电极传感器；2）汽包水位内装平衡容器；3）汽包水位高

精度取样电极传感器；4）汽包水位低偏差云母水位计；5）汽包与测量装置之间多测孔接管技术。

2、研究和提出了锅炉汽包水位测量和保护系统的优化配置及其技术。

一、汽包水位测量仪表和装置

1、汽包水位内置电极传感器

汽包水位内置电极传感器主要由传感器、机械密封装置、显示仪表三部分组成。

传感器部分主要由固定支架、电极以及延长电缆等组成。该装置是基于汽包内汽、水的电导率不同，通过在汽包内


安装多个电极，并采用二次仪表识别其电导率，而成功测量出此时的水位值。

1.2特点：

1）精度高，可以作为汽包水位测量的现场基准仪表和试验仪表。

该装置安装在汽包内部，电极传感器直接感应汽包内的实际水界面，取样误差小，测量准确，可作为汽包水位测量

的现场基准仪表和试验仪表。与国内外同类技术相比，汽包水位内置电极传感器的成功应用结束了汽包水位测量没有

现场基准表，不能实时标定其它水位计的历史，被国内专家和东方自动化等专业网站誉为：“在汽包现场基准测量仪表

方面取得世界性突破”。

2）安全可靠性高，汽包水位内置式电极传感器的关键技术在于其引出线的绝缘和密封，采用不锈钢铠装线在电缆芯与

不锈钢管之间填充绝缘材料，使其绝缘超过20MΩ。采用不锈钢金属胀环经软化处理后，两道密封确保它在高温、高

压情况时不泄漏，保证锅炉的安全运行。

2、汽包水位内装平衡容器

传统单室平衡容器内的水及参比水柱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2倍多的误差，给水位测量带来一个较大的随机

误差。汽包水位内装平衡容器，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状态下，克服

了参比水柱水温难以测量和炉水欠饱和所引起的测量误差，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。

实际和理论验证汽包水位内装平衡容器是目前最准确的汽包水位摸拟量测量仪表。

2.2特点：

1）它与以往任何一种差压水位计不同，差压变送器所测量的差压值是浸泡在饱和汽中的参比水柱所形成的静压与等高

的饱和汽所形成的静压之差，与汽包内的水是否饱和无关。

2）由于将平衡容器安装在汽包内，使平衡容器及参比水柱中的水的温度为饱和水的温度，其密度为饱和水的密度，这

样在进行补偿计算时就有相对稳定的参数，可以准备计算出汽包水位。

3）由于在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，可以保证在起炉不久就可

投入汽包水位保护。

4）备用正压取样管，内装平衡容器出现意外后，可将正压表管与之相连。这样就与我们改进的外置式单室平衡容器一

样。

3、汽包水位高精度取样电极传感器

该产品针对传统电接点水位计测量误差大、电极泄漏率高、传感可靠性差等缺点而研发，被《火力发电厂锅炉汽包

水位测量系统技术规定》的《编制说明》誉为“电极式水位测量装置技术有较大突破”，也是修正原国家电力公司关

于“应以差压式测量为准”、“保护应取自差压变送器信号”规定的主要技术支撑之一。因此，新规定明文要求“配置的电

极式水位测量装置应是经实践证明安全可靠，能消除汽包压力影响，全程测量水位精确度高，能确保从锅炉点火起投

入保护的产品，不允许将达不到上述要求或没有成功应用业绩的不成熟产品在锅炉上应用”。

汽包水位高精度取样电极传感器在传统电接点水位计的基础上对测量筒结构进行改进，加入了一套伴热循环系统，

使测量更加接近真实水位。汽包水位高精度取样电极传感器还设置有伸高冷凝器：（1）凝结水温度为饱和温度，可提

高水柱平均温度。大量纯净水进入水柱，将原有部分水样压回汽包，水样为有源“活水”，实现水质自动净化。（2）在

水侧取样管中形成连续流向汽包的高温水流，当汽包水位急速升高时从水侧取样管返回水室的水温依然接近饱和水温

度，不仅可减小水位升降动态附加误差，还可有效防止炉水中脏物进入测量筒。（3）锅炉运行中可以不必升降汽包水

位定期进行满水和缺水保护实际传动校验。

3.2特点

☆取样精度高，取样水位与汽包内质量水位相同，使仪表监视与报警可信。

☆带有伴热循环系统，可消除压力与环境温度影响，能适应变参数运行，可于点火时投入水位保护。

☆压力变化响应快，水位升降时动态附加误差小。

☆不必升降汽包水位进行水位保护实际传动校验，校验易行、准确可信。☆带自冲洗功能，水质好，水阻高，排污周

期长，电极寿命长。

☆电极与测量筒之间自紧机械密封＋预紧力密封，不泄漏，预紧密封力小，电极拆装方便，一般女工就能拆装。

☆RDJ-Ⅱ电极头部绝缘比普通电极减少一道焊口，降低了绝缘部的泄漏率。

☆有稳定热源，对取样管道长度要求宽松，便于现场安装布置和维护。

4、汽包水位低偏差云母水位计

汽包水位低偏差云母水位计是在总结国内外各种水位计优点的基础上，针对传统的双色水位计测量误差大、云母片

易结垢而使显示模糊、频繁排污、易造成表计热变形而泄漏，以及存在显示盲区等缺点研制的。本产品用汽红、水绿

显示液位，无水全红，满水全绿，红绿界面即为实际水位。该产品在传统双色水位计的基础上对表体进行改装设计，

加入了一套伴热循环系统，从而提高测量精度。利用汽包内的饱和蒸汽进入伴热管10，给水位计表体9加热，再利用

冷凝器7内冷凝后的饱和水给测量水柱内的水置换，使测量水柱内的水接近饱和水温度，从而消除水位计测量管内水柱

密度对水位测量造成的偏差，达到准确监视汽包水位的目的。利用冷凝器冷凝后的饱和水置换表计内的水，加速了表

计内的水循环，由于置换的新水为饱和蒸汽冷凝后的饱和蒸馏水，含盐低，这样减少了云母片结垢，延长了表计的排

污周期。表体在饱和蒸气的加热下相对恒温，从而减少了表计的热变形，减少了表体的泄漏，延长了表体的检修周

期，降低了维护费用。

4.2特点：

1）低偏差。由于加入饱和汽伴热管和饱和水置换装置，减小了测量误差，能够真实反映汽包中的水位。

2）无盲区。在水位计本体上设置两排多个窗口，使得水位只要在多窗云母上下边界内，水位即可清晰可见。

3）高清晰。不论从现场还是工业电视上看，汽红、水绿非常清晰。

4）窗口组件选用一流材质，使用寿命长，泄漏率低，可两年更换一次云母组件，维护费用低。

5）光源采用特制的二极管冷光源，。发光均匀，耐高温，寿命长，整体光源调整方便。

6）自冲洗效果好，窗口不易挂垢，水位计左、右侧管内水位相差小。由于本系列水位计是长窗式，与冷凝水接触面积

大，而且在上部加装了冷凝器，在冷凝器内变为冷凝水后可顺窗口表面冲洗观察窗，使窗口不易挂垢。

5、汽包与测量装置之间多测孔接管技术

特点：

不在汽包壁上钻孔，增加独立水位测孔

解决测孔少，不能独立取样、取样位置不佳难题

各测孔独立，避免相互影响

测孔改造工期短、易实施、风险小、费用低

二．锅炉汽包水位测量和保护系统的优化配置及其技术

1、锅炉汽包水位测量系统配置原则

锅炉汽包水位测量、控制和保护系统是属于IEC 61508和IEC 61511安全标准中指出的安全仪表系统(Safe

Instrumentation System,简称SIS)，它的应用不当造成的事故危害性极大，根据当前技术发展水平，它的配置设计至

少应遵循下列原则：

1）锅炉汽包水位测量系统的配置必须采用两种或以上工作原理共存的配置组合，以防止系统性故障。

2）配置的汽包水位测量系统应是经充分的实践证明是安全可靠，能消除汽包压力影响，全程测量水位精确度高，可确

保锅炉点火后就能投入正常工作(包括保护)的产品，不允许将达不到上述要求或没有成功应用业绩的不成熟产品在锅

炉上应用。

3）严格遵循锅炉汽包水位控制和保护独立性的原则，最大限度的减少故障风险，并降低故障停炉机率。

4）汽包水位至少应配置两种互相独立的监视仪表。

5）汽包水位保护和控制的测量系统至少应按三重冗余的原则设计。

6）汽包水位测量信号应采取完善的坏信号检查手段，以便及早发现异常。

2、汽包水位测量系统的配置组合

根据当前技术发展，新建锅炉应配置1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和3套电极式水位测量装置，这个三

种工作原理共存的配置方式较为理想。3套差压式水位测量装置用于汽包水位控制系统，3套电极式水位测量装置用于

汽包水位保护系统，1套就地水位表因是无电源的，可以作为电源消失时的最后监视保证。此外，采用当今最新测量技

术后，虽然无论是差压式测量装置和电极式测量装置均能做到准确、全程测量汽包水位，但是考虑到启动时差压式测

量装置可能会受诸多因素的影响，例如差压取样管冲洗、泄漏、正负压取样管有温差等，因此，建议锅炉启动时应以

电极式汽包水位测量装置为主要监视仪表，这种配置也能满足这种要求。

3、汽包水位控制和保护系统的配置组合

1）锅炉汽包水位控制和保护系统应分别独立配置冗余的控制器，以最大限度减少故障风险，并降低故障停炉机率。

2）锅炉汽包水位控制应分别取自3个独立的差压变压器信号，分别通过3个独立的输入/输出(I/O)模件，引入DCS的冗

余控制器，经三取中逻辑判断后用于控制。

3）锅炉汽包水位保护应分别取自3个独立的电极式水位测量装置或差压式水位测量装置(当采用6套配置时)的信号，分

别通过3个独立的I/O模件，引入DCS的冗余控制器，经三取二逻辑判断后用于保护。当采用差压式水位测量装置信号

作为保护时，宜先将3个模拟信号与设定值比较转换成开关量信号，而后经三取二逻辑用于保护。当锅炉只配置2个电

极式水位测量装置时，汽包水位保护除应取自这2个独立的电极式测量装置信号外，另外一个信号应由3个独立的差压

式水位测量装置信号在汽包水位控制系统的DCS冗余控制器中经三取二逻辑得到的信号，通过通讯总线或I/O通道引入

汽包水位保护系统的冗余控制器中进行三取二逻辑运算后用于保护。

4）每个汽包水位信号补偿用的汽包压力变送器应分别独立配置，并分别与对应汽包水位信号在同一个I/O模件上引入

DCS控制器。
 

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