火力发电厂汽包水位测量系统配置分析及改进
日期：2015-03-20 阅读数：
火力发电厂汽包水位测量系统配置分析及改进
（伟德国际BETVlCTOR1946 杨广宇）
汽包水位测量的准确性、稳定性问题目前依然是多数火力发电厂不能够解决的难题，
由其引发的安全事故占机组启、停炉事故总量的30%以上，汽包水位测量及保护的重要性受到重视。
其中，不合理的汽包水位测量系统配置问题导致运行人员误判断、误操作、水位预警失灵、停炉保护拒动、
造成锅炉多起重大水位事故，而保护动作事故更多。
汽包水位测量技术的进步，特别是以伟德国际BETVlCTOR1946为代表的新型汽包水位测量仪表和
多测孔取样技术的诞生，为完善汽包水位配置提供了技术依据。
通过机组汽包水位测量系统的改造，优化配置，解决由于原理、结构和配置上存在的缺陷，实现汽包水位的准确、稳定测量；
为机组运行和调节提供了可靠依据，避免了保护误动和拒动，减少了锅炉满水和缺水事故的发生，确保机组安全稳定运行。
一、目前火力发电厂汽包水位测量系统配置存在的问题及原因
1、汽包水位取样测孔数量少
一些旧式锅筒设计汽包水位取样测孔少，一般为4-5对取样测孔，一般的水位测量仪表配置为“5套配置”（见图1），
即：2套就地水位计（云母水位计、牛眼水位计），其中1套可用电接点水位计替代；带有压力与温度修正的3套独立的差压式水位计。
“5套配置”不能够满足监视和停炉的需求，不能够实现“危险分散”优化配置设计。
图1 汽包水位测量系统分布
2、汽包水位取样、保护信号问题
美国化学工程师协会（AICHE）指出：“在基本控制系统和安全联锁系统之间应在地理上和功能上分开”；
IECTC65WG10规定：“受控设备的控制系统应与安全相关系统及减小危险的外部设施相互分开和独立”；
ISASP84标准也指出：“用于控制系统的传感器不应用于安全系统”。
美国电力可靠性协会（NERC）规定：“保护装置设计必须避免同一元件用于2套装置，
2套装置的共同部分必须保持到最小程度，以便减小由于单一事故使2套装置同时失效的可能性”。
美国核工业系统有关规定也指出：“安全系统应考虑冗余，冗余系统应相互独立，并在地理上和功能上互相分开”。
显然，自调与保护信号是按“危险集中”设计，还是按“危险分散”设计，令电厂和设计院难以确定。
二、特殊工况需求
为防止汽包壁上下温差超限，停炉后采用汽包满水快冷。在给水系统临时故障导致缺水保护停炉后，
若汽包内还有水，可及时补水恢复运行。其安全措施要求有能监视满、缺水的水位计。
而“5套配置”未能满足这一特殊监控需求，只能凭经验操作和事故处理。
三、配置优化方案
1、汽包水位取样测孔不足及汽包水位取样问题解决方案
利用汽包水位“多测孔接管技术”将汽包原有内孔较大的测孔接管（母管）作为取样过道，
将新增取样管插进汽包内部，在和母管取样口有一定距离的地点取样，从而不需在汽包上开孔而增加独立取样测孔。
一般情况下可增加4对汽、水测孔。该技术还可以将在汽包中段的测点移至汽包封头，
为监视主表和保护仪表提供优质取样点。
2、汽包水位测量准确性及保护信号问题解决方案。
（1)、采用技术先进，测量准确性高、信号稳定的汽包水位计。
（2）、优化保护逻辑。
锅炉汽包水位保护与自动调节信号应按“三重冗余”和“危险分散”原则设计。取样测量端彼此独立。
用于自动调节系统的取样孔和传感器不应再用于保护系统。
3、推荐配置方案
(1）选用测量准确、稳定的汽包水位产品。
(2）主表监视系统配置2套GJT系列高精度取样电极传感器。
(3）辅表监视系统：配置2套HDSC-WDP型无盲区低偏差云母水位计。
(4）“三选中”自动调节系统：三个差压水位计，配套HDSC-DNZ内置式单室平衡容器，全智能差压变送器。
(5）保护系统：“三取二”水位停炉、联锁、热工报警系统信号取自二套电接点水位计和自动调节系统“三选中”开关量输出信号。
(6）配置全量程高精度取样电极传感器或全量程单室平衡容器，满足汽包水位全程升降的监视需要。
4、配置效果
在燃烧和锅内设备正常情况下，可消除水位计严重误差，使各水位计之间的偏差不大于30mm。
利于运行人员仪表在线对比分析，诊断汽包内部设备故障和燃烧中心偏移等异常现象。
水位仪表冗余度高，彼此偏差小，水位异常预警信号准确可信，提高了停炉准确性、可靠性和果断性。
水位历史记录齐全，便于水位事故分析与处理。满足特殊操作监控需求。
四、案例分析
神华神东电力有限责任公司上湾热电厂2012年9月完成汽包水位测量系统改造工程。
1、原汽包水位测量系统问题。
神华神东上湾电厂#2锅炉汽包共有8对水位计安装测孔，现有汽包水位测量装置包括2台云母水位计、2台电接点水位计，
4台差压水位计。现有汽包水位测量与保护系统在结构和设计上存在较大安全隐患，
不能满足规程要求和锅炉安全运行的需要，具体问题如下：
（1）汽包水位测量与保护系统误差较大，汽包长期偏离正常水位运行；
（2）各汽包水位计之间偏差较大，汽包水位监测困难；
（3）汽包左、右两侧实际水位偏差大，水位监测和保护困难，严重影响机组安全运行；
（4）差压水位计结构不合理，易出现水位飞升现象，严重影响机组安全运行；
同时差压水位计测量受环境温度变化和汽包内炉水欠饱和影响较大。
（5）云母水位计显示不清晰，不能正常观测汽包水位，且维护量大； （6）电接点水位计测量误差大，泄漏率高，可靠性差。
（7）汽包水位测量与保护系统稳定性和可靠性低。
（8）汽包水位测量与保护系统存在高水位保护误动和低水位保护拒动的安全隐患。
2、实施方案
（1）更换2套HDSC-WDP型无盲区低偏差云母水位计。
（2）更换2套GJT系列汽包水位高精度取样电极传感器。
（3）更换3台HDSC-DNZ汽包水位内装单室平衡容器和1套HDSC-CZYW汽包水位磁致液位计。
（4）对汽包两端水位偏差的形成原因进行分析研究。
（5）汽包单侧给水结构对水位测量影响的分析研究。
（6）对汽包水位和机组效率之间的关系进行分析研究。
3、实施效果
汽包水位精准测量项目的成功实施，为汽包水位的监测、调节和保护提供了准确、 可靠的依据；
真实反映了汽包水位运行情况，为机组运行优化、提高设备使用寿命提供了依据，
消除了安全隐患，有较高的安全效益和经济效益。
图2 一侧水位计的运行情况
（图中，左侧为低偏差云母水位计，右侧为高精度取样电极传感器）
图3 一侧水位计的运行情况
神华神东集团运行曲线图，（图中，补偿后汽包水位2是磁致液位计曲线，
补偿后汽包水位1、3、4为内置式差压水位计曲线图，1、2为同侧水位计，3、4为对侧水位计）
2013年3月发表于《Today’s Boiler》
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