電接點(diǎn)汽包水位計(jì)測量誤差與汽包水位保護(hù)

1、電接點(diǎn)汽包水位計(jì)測量誤差與汽包水位保護(hù)電接點(diǎn)水位計(jì)（或報(bào)警器）以其簡單可靠、顯示直觀、維護(hù)量小的特點(diǎn)，作 為遠(yuǎn)傳表計(jì)或聯(lián)鎖保護(hù)信號發(fā)信器廣泛地應(yīng)用在各種容器的水位測量上，尤其在 汽包水位測量和保護(hù)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。近年來，市于火電機(jī)組的運(yùn)行參 數(shù)逐步向超高參數(shù)方向發(fā)展，電接點(diǎn)汽包水位計(jì)在超高壓、亞臨界 （13.7mpa/16.7mpa）鍋爐上的應(yīng)用遇到了前所未冇的困難。同時隨著計(jì)算機(jī)技 術(shù)的發(fā)展，基于差壓原理的智能汽包水位表或由dcs軟件補(bǔ)償?shù)牟顗浩?計(jì)應(yīng)用越來越多，在汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用，同時在汽包水位保 護(hù)系統(tǒng)中也犬有取代電接點(diǎn)水位計(jì)之勢。國家電力公司電站鍋爐汽包

2、水位測量 系統(tǒng)配置、安裝和使用若干規(guī)定文件中第2.2條規(guī)定，超高壓、亞臨界鍋爐汽 包水位的調(diào)節(jié)、報(bào)警和保護(hù)應(yīng)分別取自3個獨(dú)立的差壓變送器進(jìn)行邏輯判斷后的 信號，并且該信號應(yīng)進(jìn)行壓力、溫度修正。雖然如此，筆者認(rèn)為與差壓式汽包水 位計(jì)相比，電接點(diǎn)汽包水位計(jì)（或報(bào)警器）更適合在水位保護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)用。1電接點(diǎn)汽包水位計(jì)的現(xiàn)狀及其在汽包水位保護(hù)中的地位目前，火電機(jī)組的遠(yuǎn)傳汽包水位計(jì)中，200mw及以下機(jī)組的鍋爐上一般分 別配備了雙色水位計(jì)（汽包水位tv）、電接點(diǎn)汽包水位計(jì)和差壓式汽包水位計(jì), 電接點(diǎn)水位計(jì)用于汽包水位保護(hù)、報(bào)警，差壓水位計(jì)用于水位口動調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 300mw及以上機(jī)組的鍋爐上一般僅配備雙色水

3、位計(jì)（汽包水位tv）、差壓式汽 包水位計(jì)，差壓式汽包水位計(jì)同時應(yīng)用于水位保護(hù)、報(bào)警和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中?？紤]安全性，保留電接點(diǎn)汽包水位計(jì)是十分必要的。眾所周知，同一工作原 理的水位計(jì)，在某種特定因素的影響下，一致的誤差方向和誤差值會使運(yùn)行操作 人員產(chǎn)生誤判斷并造成保護(hù)的誤動作，因此在防止電力生產(chǎn)重大事故二十五項(xiàng) 重點(diǎn)要求屮規(guī)定，必須配備2種以上工作原理的汽包水位計(jì)，當(dāng)不能保證2 種類型水位計(jì)正常運(yùn)行時必須停爐處理。目前汽包水位測量儀表有2種：差壓式 的和連通管式的。在連通管工作原理的遠(yuǎn)傳水位計(jì)中有雙色水位計(jì)（汽包水位 tv）和電接點(diǎn)水位計(jì)2種，前者的量程一般不能覆蓋全量程（一般不大于 ±

4、200mm）,并且一般只配置1套。因此筆者認(rèn)為十分有必要保留電接點(diǎn)汽包水位 計(jì)，當(dāng)雙色水位計(jì)故障時，仍能保證有2種原理的遠(yuǎn)傳水位計(jì)在正常運(yùn)行。從可靠性、穩(wěn)定性上考慮，在汽包水位保護(hù)系統(tǒng)屮電接點(diǎn)水位計(jì)與差壓水位 計(jì)相比有著絕對的優(yōu)勢。分析誤差來源，除安裝誤差外，電接點(diǎn)水位計(jì)僅存在密 度誤差；而差壓水位計(jì)較電接點(diǎn)水位計(jì)還有著更多的誤差源，并且更不容易控制 和發(fā)現(xiàn)，如參考水柱的溫度、水位變送器的靜壓效應(yīng)和溫度效應(yīng)、補(bǔ)償公式誤差 等等。分析誤差方向，除安裝誤差外，電接點(diǎn)水位計(jì)的密度誤差僅是單一的負(fù)方 向；而差壓水位計(jì)的眾多謀差源有不同的作用和方向，并且很難定量計(jì)算。分析 水位零點(diǎn)穩(wěn)定性，電接點(diǎn)汽包水位

5、計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性只受安裝誤差影響，跟其它因 素?zé)o關(guān)；差壓水位計(jì)的零點(diǎn)是由水位變送器測得的差壓決定的，而零水位的差壓 值并不是固定的，除受汽包壓力影響外，述受多種誤差源的影響。同時不管電接 點(diǎn)汽包水位計(jì)運(yùn)行在零水位附近時誤差如何，由于其是基于連通管工作原理的， 當(dāng)鍋爐汽包實(shí)際水位超過電接點(diǎn)測量筒連接管的測量范圍時，必然會出現(xiàn)無水或 滿水的顯示并發(fā)岀保護(hù)信號。綜上所述，若汽包水位保護(hù)、報(bào)警和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)共取同一水位信號時，對 機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行存在著不利的彩響；同時這也違反了火力發(fā)電廠熱工自動化 設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定(ndgj161989)第6.1.4條,保護(hù)用的接點(diǎn)信號應(yīng)取自專用的 開關(guān)量儀表的規(guī)定，因此保

6、留電接點(diǎn)水位計(jì)不僅冇必要，而且較差壓水位計(jì)更適 合應(yīng)用在汽包水位保護(hù)系統(tǒng)屮。2電接點(diǎn)汽包水位計(jì)的誤差分析及規(guī)律屯接點(diǎn)汽包水位計(jì)實(shí)質(zhì)上是簡單的連通管式的宜接接觸式的水位測量系統(tǒng), 工作原理簡單、測量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)穩(wěn)定可靠是具最突出的特點(diǎn)，只是應(yīng)用在汽包等高 溫高壓容器的飽和水的水位測量上才產(chǎn)生一系列問題。產(chǎn)生問題的原因是，飽和 水從高溫高壓的蒸發(fā)容器中引岀到測量筒后，不可避免地要損失熱量，飽和水變 成過冷水后重度増加，顯示的液位高度必然會降低，這種原因引起的測量誤差叫 做密度誤差，它是由轉(zhuǎn)換系統(tǒng)造成的，再準(zhǔn)確的直接液面測量儀表也無法徹底消 除這種誤差。測量筒中介質(zhì)溫度的分布十分復(fù)雜(因受保溫條件和環(huán)境

7、溫度的影響)，定 量讓算整個測量筒的液位是不可能的；但可以把其中一小段水柱的溫度視為均勻 的，根據(jù)下式計(jì)算汽包壓力為絕對壓力0.1 mpa21mpa,水柱溫度下降030°c 時的讀數(shù)誤差，所計(jì)算的誤差值可以表征測量筒液位的變化規(guī)律。根據(jù)計(jì)算結(jié)果 口j以繪制圖1曲線，并可發(fā)現(xiàn)下列規(guī)律。8 十=(p w p w')/( p w' p s) xi00%式中8測量筒中水位值的讀數(shù)誤差，%；ps飽和蒸汽的密度，kg/m3；pw飽和水的密度，kg/m3；pwr測量筒中過冷水的密度，kg/m3o(1) 盡量捉高測量筒屮介質(zhì)溫度，使z接近汽包屮飽和水的密度，是減小密 度誤差的唯一方法

8、。(2) 測量筒屮介質(zhì)溫度對小高壓(3.8mpa/9.8mpa)鍋爐上的電接點(diǎn)汽包水位 計(jì)讀數(shù)誤差的影響明顯小于超高壓、亞臨界鍋爐，基本可以不用控制。(3) 超高壓、亞臨界鍋爐，測量筒中介質(zhì)溫度下降幅度必須控制在24°c以內(nèi)。汽包壓力/mpa0-5 to -15 -20 -25 -30 -35 -40 一 451 2 3 4 5 6 7 8 91011121314151617181920 21cccccc cccc ch=bco24 6 8o2 46® 24 81111122222 2 z 1 z 7 z 2圖1電接點(diǎn)汽包水位計(jì)謀差1111線3減小電接點(diǎn)汽包水位計(jì)測量誤差措

9、施在低中壓鍋爐上，電接點(diǎn)汽包水位計(jì)的誤丼主要取決于測量筒的安裝誤丼，密度 誤差一般較小，控制措施也相對容易實(shí)現(xiàn)；但在高壓、亞臨界鍋爐上則不然，密 度誤差占測量誤差的絕大部分，因此必須嚴(yán)格控制測量筒屮介質(zhì)溫度的下降?？?以肯定地說，只要控制好測量筒的安裝誤并或測量筒中介質(zhì)溫度的下降，就基木 解決了電接點(diǎn)汽包水位計(jì)的誤差問題。3.1防止電接點(diǎn)測量筒零位偏移由于電接點(diǎn)測量筒較重，而連接管的長度一般大于1000mm,外徑一般小于 35mm,當(dāng)測量筒沒有采用支撐或懸吊措施時，運(yùn)行一段時間后零點(diǎn)會產(chǎn)生偏移, 冇時可達(dá)4050mm (因?yàn)樽灾鼗蚱渌饬υ斐蛇B接管變形)?？刹捎萌缦麓胧┛?制安裝誤差：(1)

10、在電接點(diǎn)測量筒筒體上采用可調(diào)整的支撐或懸吊措施，防止下沉。建議采用可 調(diào)整懸吊架。(2) 適當(dāng)加大連接管外徑，盡量縮短連接管長度(減少力骨長度)，連接管長度應(yīng) 為500800mm,外徑應(yīng)為4050 mm。(3) 保證測量筒能夠隨汽包的膨脹而自由膨脹，無論冷、熱態(tài)，零點(diǎn)位置均不變。 至少每季度檢查1次測量筒零點(diǎn)，當(dāng)其零位偏移超過2mm時，可調(diào)整支撐或懸 吊架的拉桿長度。3.2提高筒內(nèi)介質(zhì)溫度曲于測量筒通過連接管與汽包相連，一方面可通過汽側(cè)飽和蒸汽凝結(jié)的飽和 水補(bǔ)充熱量并形成自然循環(huán)；另一方面水位波動使液位升降并帶走冷水，水側(cè)飽 和水也通過連接管而帶入熱量，因此只要采取的措施得當(dāng)，即有可能使水溫提

11、高 到接近飽和水溫。實(shí)際工作中，可用紅外線測溫儀測量相同保溫條件下的，電接 點(diǎn)測量筒汽側(cè)、水側(cè)部分金屬溫度的差值，來了解測量筒內(nèi)部介質(zhì)溫度的下降情 況，并有針對性地采取如下措施：(1) 適當(dāng)縮短測量筒連接管路長度，提高連通管內(nèi)介質(zhì)溫度，并減小流通阻 力。汽包內(nèi)飽和水的水位不斷波動，會通過連接管使測量筒內(nèi)的水位相應(yīng)變化； 連接管內(nèi)水溫變化，會影響到測量筒內(nèi)介質(zhì)溫度?？s短測量筒連接管路長度，不 僅可減少熱量損失，同時加強(qiáng)了熱傳導(dǎo)的效果。假設(shè)正常水位波動范圍為 測量筒內(nèi)徑為d,連接管內(nèi)徑為d,理論上，連接管長度l<2ah (d/d)為最好。 如1臺鍋爐測量筒外徑為89 mm、壁厚為16mm,連

12、接管外徑為20 mm、壁厚為 3 mm,正常運(yùn)行吋水位波動范圍為土30 mm,連接管理論最佳長度l為244mm (由于連接管管路上需加裝1個或2個供檢修用的隔絕門，長度不可能太小，但 應(yīng)僅可能縮短)。(2) 連接管管徑要與測量筒筒徑相匹配，才能在提高測量筒溫度方面收到最 佳效果。受安裝條件限制，需提高理論最佳長度，就必須提高d/d的值，但d/d 值太大則會使管徑太小，增加管路阻力或使測量筒容積過大，水位變化遲緩。防 止電力生產(chǎn)重大事故二i 五項(xiàng)重點(diǎn)要求屮規(guī)定，連接管內(nèi)徑至少不小于25mm, 若連接管長度至少為600mm,則最佳效果吋測量筒內(nèi)徑應(yīng)不小于250mm,這顯 然是不應(yīng)該的。因此應(yīng)首先盡

13、可能縮短連接管長度：根據(jù)止常水位波動范圍確定 d/d值后，再綜合確定連接管與測量筒內(nèi)徑。以筆者認(rèn)為測量筒筒體內(nèi)徑與連接 管內(nèi)徑之比以68為宜。(3) 使測量筒連接管上臂(汽側(cè))向上傾斜(與水平方向呈正夾角)，保留 適當(dāng)?shù)牟槐毓苈访娣e，向上傾斜會使連接管屮凝結(jié)的飽和水不流向汽包而流向 測量筒，加熱測量筒內(nèi)的水，補(bǔ)償損失的熱量；使下臂(水側(cè))向下傾斜(與水 平方向呈負(fù)夾角)，不但增加介質(zhì)循環(huán)能力，還有利于提高測量筒內(nèi)水的溫度。 有資料表明，連接管的傾斜坡度以1： 50為宜，但至少不應(yīng)小于防止電力生產(chǎn) 重大事故二-|五項(xiàng)重點(diǎn)要求1： 100的規(guī)定。（4）測量筒正常水位波動線以上部分及其連接管上臂（

14、汽側(cè)）不保溫，可增 加凝結(jié)量；測量筒其余部分及其連接管下臂（水側(cè)）保溫良好；減少熱量損失， 保溫層外表面溫度應(yīng)小于50°co試驗(yàn)表明，額定運(yùn)行壓力為18mpa的鍋爐電接 點(diǎn)汽包水位計(jì)，采取上述措施后水位可捉高50mm左右，采用上述第2、3節(jié)措 施后可使量程1 m的電接點(diǎn)汽包水位計(jì)的密度誤差小于20mm,但是所冇的上述 措施都是被動的，控制測量筒內(nèi)水溫下降小于10°c述是可行的，因此在額定運(yùn) 行壓力小于12mpa的鍋爐上會取得良好的效果；但在額定運(yùn)行壓力大于18mpa 的鍋爐上，控制測量筒內(nèi)水溫下降小于3°c難度是很大的，采用飽和蒸汽作為熱 源補(bǔ)償測量筒部分的熱量損失，可使電接點(diǎn)測量筒筒內(nèi)水