關(guān)于鍋爐汽包水位監(jiān)控保護(hù)安全問題及對策

關(guān)于鍋爐汽包水位監(jiān)控保護(hù)安全問題及對策分析汽包水位測孔與一次測量裝置問題對監(jiān)控保安系統(tǒng)的影響，已成為系統(tǒng)完善與提高牢靠性的主要障礙，在實(shí)施DCS改造時應(yīng)同步解決之。提出針對性技改目標(biāo)與要求。華能淮陰電廠應(yīng)用‘水位多測孔接管’技術(shù)，解決了測孔過少、取位不當(dāng)問題，以及使用‘電接點(diǎn)水位計(jì)高精度取樣測量筒’解決汽包水位精確?????牢靠測量的問題。1、汽包水位監(jiān)控愛護(hù)系統(tǒng)的平安分析汽包水位是鍋爐最重要的平安參數(shù)。監(jiān)控保安系統(tǒng)由水位儀表、自動調(diào)整、信號報(bào)警和停爐愛護(hù)等幾個子系統(tǒng)組成，保障鍋爐設(shè)備及水位運(yùn)行的平安。只要處于牢靠的工作狀態(tài)，汽包水位自動調(diào)整系統(tǒng)就可每分每秒、忠實(shí)地將水位精確?????地鉗制在允許的范圍內(nèi)。水位參數(shù)正常就意味著平安。因此，水位自動調(diào)整也是一個平安系統(tǒng)。水位高2值聯(lián)鎖愛護(hù)即：當(dāng)水位上升至“高2值”時自動打開事故放水門，向排污擴(kuò)容器放水，使水位降低至“高1值”以下時自動關(guān)閉事故放水門。水位低2值聯(lián)鎖愛護(hù)即：當(dāng)水位降低至“低2值”時自動關(guān)閉連續(xù)排污總門，當(dāng)水位高于“低1值”時自動打開連續(xù)排污總門。這兩種水位工況自動掌握實(shí)際上是“二位式”自動調(diào)整保安系統(tǒng)。事故放水管口的口徑較大，又是向排污擴(kuò)容器放水，故放水流量很大。當(dāng)水位上升至定值時，只要能牢靠地自動打開事故放水門，就能使水位快速回降，避開汽包滿水。由于放水管口位于“0水位”高度，水位只能回降至“0水位”，如放水門拒關(guān)，僅連續(xù)對排污擴(kuò)容器放汽，不會造成缺水事故。因此該愛護(hù)能較牢靠地將水位鉗制在“0水位”與“高2值”之間?？梢?，該愛護(hù)的拒動概率應(yīng)不大于誤動概率，在系統(tǒng)牢靠性設(shè)計(jì)時必需予以留意。由于連續(xù)排污管口的口徑較小、實(shí)際運(yùn)行中的連續(xù)排污量與給水流量相比很小，所以低2值愛護(hù)防止汽包缺水的力量有限。由于某種緣由，水位高過“高2值”，且自動打開事故放水門愛護(hù)拒動，水位將高至廠家認(rèn)為可能危及鍋爐平安的“高3值”時自動停爐，稱“高水位停爐愛護(hù)”，又稱“滿水停爐愛護(hù)”。由于某種緣由，水位降低至“低3值”時，為防止降水管嚴(yán)峻帶汽或水循環(huán)中斷而鍋爐燒壞時，自動停爐，稱為“缺水停爐愛護(hù)”。這兩種愛護(hù)屬于“設(shè)備危機(jī)愛護(hù)”，是電力鍋爐最重要的主愛護(hù)，運(yùn)行中必不行少。其牢靠性之高應(yīng)居電站設(shè)備愛護(hù)牢靠性水平之最，既不能誤動，更不能拒動。在鍋爐水位事故統(tǒng)計(jì)中，缺水事故比率遠(yuǎn)比滿水事故率多。其緣由是，導(dǎo)致缺水事故的因素比滿水事故多得多，例如：由眾多設(shè)備串聯(lián)而成的給水系統(tǒng)中，任何一個故障都可能中斷鍋爐給水；鍋爐水冷壁、省煤器等爐水系統(tǒng)設(shè)備大面積爆管泄漏而不能維持汽包水位；凹凸2值工況愛護(hù)效力的差異大等等。因此預(yù)防缺水事故又是重中之重。在鍋爐運(yùn)行中，運(yùn)行人員看不見水位比看不見壓力溫度流量，危急得多。汽包水位表的平安地位不亞于平安門。它既是運(yùn)行人員手動掌握汽包水位的眼睛，又是賴以推斷給水、自調(diào)與愛護(hù)系統(tǒng)工作是否正常，不行缺少的最重要表計(jì)。在鍋爐給水與爐水系統(tǒng)故障時，水位表是否正常，往往打算了運(yùn)行人員緊急事故處理的正誤。假如兩個主要表計(jì)顯示不全都，人員很難堅(jiān)決處理事故。近些年來，由于水位測量變送單元精確?????性和牢靠性的提高，特殊是DCS系統(tǒng)掌握的勝利應(yīng)用，人們認(rèn)為，常規(guī)汽包水位表不那么重要了，好像可以削減，例如在一些設(shè)計(jì)中，未按規(guī)程規(guī)定的數(shù)量設(shè)置水位表。加之，汽包水位表和滿缺水停爐愛護(hù)等系列問題長期未能解決，致使少數(shù)火電站付出了沉重的代價。2、問題的提出秦皇島熱電廠#4爐為1025t/h亞臨界鍋爐，采納現(xiàn)代化的DCS（MAX-1000）掌握系統(tǒng)。1997.12.16的給水?dāng)嗨鹿剩瑪U(kuò)大為鍋爐嚴(yán)峻損壞重大事故，直接經(jīng)濟(jì)損失三百多萬元。人們不禁要問，采納現(xiàn)代化先進(jìn)掌握系統(tǒng)，何以不能保證鍋爐設(shè)備的平安？這個問題已引起了一些專家的關(guān)注，并進(jìn)行更深層次的思索。此次重大事故報(bào)告[注1]指出，事故的直接緣由是，汽包水位計(jì)測量誤差致使汽包低水位停爐愛護(hù)拒動，水位表和給水流量表誤顯示誤導(dǎo)了運(yùn)行人員誤推斷、誤處理。從事故報(bào)告中還可以看出，汽包水位監(jiān)控愛護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不符合《蒸汽鍋爐平安技術(shù)檢察規(guī)程》、《電力工業(yè)鍋爐壓力容器檢察規(guī)程DL6121996》（簡稱《電鍋規(guī)》）、《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程DL500094》（簡稱《設(shè)規(guī)》）、《火力發(fā)電廠熱工自動化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（簡稱《熱自規(guī)》）DNGJ1689》等有關(guān)規(guī)程要求，配套不完善、牢靠性不足，是導(dǎo)致事故的根本緣由。再細(xì)究其根源，并非設(shè)計(jì)考慮不周，亦不是不按規(guī)程辦，而是汽包水位測孔和一次測量裝置問題未能解決，限制了設(shè)計(jì)水平。這是系統(tǒng)完善與提高牢靠性的主要障礙。采納DCS掌握系統(tǒng)，并不等于解決這兩個問題。現(xiàn)代掌握系統(tǒng)（包括DCS）以冗余技術(shù)為主、輔之以各自診斷技術(shù)，以最大限度面對運(yùn)行人員的各種窗口設(shè)計(jì)開發(fā)人的潛在力量，以求提高監(jiān)控保安的牢靠性?？梢哉f，只要汽包上有足夠的、獨(dú)立的、合格的水位測孔，精確?????牢靠的一次測量裝置，就可以輕而易舉地將原系統(tǒng)改造成高牢靠性的、功能齊全、更完善的一流系統(tǒng)。測孔是汽包水位監(jiān)控保安設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資源?，F(xiàn)有鍋爐的汽包水位測孔問題是：一方面是數(shù)量過少，一般只有4~8對，不能滿意一流水位監(jiān)控保安系統(tǒng)及其牢靠性改造設(shè)計(jì)的需求；另一方面是測孔選位不當(dāng)，易受干擾，不符合水位測量技術(shù)要求。此問題對于詳細(xì)鍋爐而言，有的是以測孔過少為主，有的是以取樣點(diǎn)不當(dāng)為主。這兩方面問題屬于熱控與鍋爐兩專業(yè)之間的邊緣課題。按電力企業(yè)內(nèi)部習(xí)慣分工，由熱控方向鍋爐方提出測孔數(shù)量及測孔取位的技術(shù)要求，由鍋爐方解決，但圓滿的是，鍋爐方（包括鍋爐制造廠）往往很難滿意熱控方的要求。對汽包水位進(jìn)行精確?????、穩(wěn)定、牢靠的一次測量，是監(jiān)控愛護(hù)系統(tǒng)平安牢靠運(yùn)行的最重要前提。一次測量問題較多，如就地水位表和電接點(diǎn)水位表存在嚴(yán)峻的負(fù)誤差，差壓式水位計(jì)的溫度壓力校正不準(zhǔn)且易漂移等。這些問題解決不好，必定對監(jiān)視儀表、自調(diào)、信號報(bào)警和愛護(hù)產(chǎn)生一系列影響。3、一次測量問題對汽包水位監(jiān)控保安的影響水位儀表不準(zhǔn)，影響人員正確推斷處理水位事故秦皇島熱電廠#4爐斷水事故后至鍋爐損壞前，汽包處于嚴(yán)峻缺水狀態(tài)，而電接點(diǎn)水位表和CRT中差壓式水位計(jì)指示始終在缺水停爐定值以上，使運(yùn)行人員遲疑不決，不能堅(jiān)決手動緊急停爐，導(dǎo)致鍋爐設(shè)備嚴(yán)峻損壞?？梢?，在水位事故狀態(tài)下，水位表誤顯示使人員正確處理事故的力量大打折扣。許多案例證明白這一點(diǎn)。電接點(diǎn)水位表和就地云母水位表的嚴(yán)峻負(fù)誤差，使汽包內(nèi)實(shí)際運(yùn)行水位長期偏高廠家設(shè)計(jì)值，影響鍋爐平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水位儀表正負(fù)偏差直接導(dǎo)致汽包長期低水位或高水位運(yùn)行.以運(yùn)行人員這信任的電接點(diǎn)水位表為例。理論計(jì)算和運(yùn)行試驗(yàn)表明，用于400t/h、670t/h鍋爐15.5MPa壓力時0水位取樣負(fù)誤差為100115mm，1025t/h亞臨界鍋爐0水位負(fù)誤差為140155mm。那末，汽包內(nèi)實(shí)際運(yùn)行水位長期偏高廠家設(shè)計(jì)值分別為100115mm，140155mm。順便指出，此項(xiàng)負(fù)誤差不能靠轉(zhuǎn)變測量筒、就地云母水位表的機(jī)械安裝0位方法定點(diǎn)校正。若此，當(dāng)水位低或壓力低時，將消失嚴(yán)峻的正誤差，可能導(dǎo)致汽包缺水而損壞鍋爐。理論分析，高水位運(yùn)行增加旋風(fēng)分別器阻力，降低水循環(huán)速度，增加飽和汽濕度，導(dǎo)致鍋爐熱效率下降明顯[注2]。運(yùn)行實(shí)踐證明，有的鍋爐以就地云母水位表為準(zhǔn)掌握水位，引起高水位運(yùn)行，在大負(fù)荷時使飽和汽嚴(yán)峻帶水，既限制鍋爐出力，又影響鍋爐平安。測量不準(zhǔn)對愛護(hù)的影響秦皇島熱電廠#4爐滿水停爐愛護(hù)定值為：+300mm、-384mm，其開關(guān)量信號由差壓式水位計(jì)給出。由于廠家溫度補(bǔ)償設(shè)定值不當(dāng)?shù)染売稍斐善钸^大，可使指示水位虛高108mm，在斷水事故后,汽包內(nèi)水位已低于廠家規(guī)定的停爐值，而水位計(jì)不發(fā)缺水停爐信號，使愛護(hù)拒動。配套一般測量筒的電接點(diǎn)水位表或液位報(bào)警器，高水位開關(guān)量定值誤差太大。例如用于670t/h15.5MPa鍋爐，則+300mm停爐定值取樣負(fù)誤差為195mm，即愛護(hù)動作時汽包內(nèi)運(yùn)行水位已達(dá)到495mm，高于廠家規(guī)定值195mm，爐水已沉沒給水清洗孔板，飽和汽已嚴(yán)峻帶水，實(shí)屬滿水停爐愛護(hù)動作過于遲緩，亦可認(rèn)為,汽包內(nèi)水位已達(dá)到+300mm時愛護(hù)拒動。測量不準(zhǔn)同樣會導(dǎo)致凹凸2值愛護(hù)、水位報(bào)警信號拒動或誤動。4、測點(diǎn)選位不當(dāng)對水位監(jiān)控保安系統(tǒng)的影響《電鍋規(guī)》）9.3.3指出，“汽包上水位表的汽、水連接管接出位置不應(yīng)影響水位的正確指示，能正確反映汽包的真實(shí)水位”。對此，《電鍋規(guī)說明》9.3.3解釋是，“一些超高壓、亞臨界參數(shù)汽包水位表由于內(nèi)部汽水工況的影響，同一汽包上的就地水位表指示就有相差，有的還很大，無法推斷真實(shí)水位。現(xiàn)在許多大型鍋爐的汽水連接管已改從汽包封頭引出，以削減汽包汽水?dāng)_動對水位測量的影響”。明顯，測點(diǎn)選位應(yīng)在汽包封頭。目前，許多在役汽包的遠(yuǎn)傳水位測點(diǎn)位于汽包中段，距旋風(fēng)分別器、給水清洗孔板、下降管口很近，汽水流對取樣精度影響較大，特殊在旋風(fēng)分別器傾倒與頂帽脫開（此類故障率較高）或給水清洗孔板傾斜時，汽水流沖向測孔，使取樣誤差大大增加，使同一汽包上的水位表、水位變送器、水位開關(guān)的取樣相差很大，甚至達(dá)100~200mm。加之汽包中段各點(diǎn)實(shí)際水位隨燃燒工況、鍋爐負(fù)荷等因素變化，不同點(diǎn)的水位有時相差較多。這些取樣干擾變化，不僅使運(yùn)行難于推斷真實(shí)水位，熱工維護(hù)人員不易哪個裝置精確?????，還會使水位自調(diào)穩(wěn)定性差，甚至失控。正是由于這種“隱藏的”取樣干擾變化，大幅度降低愛護(hù)定值精度，使一些電廠發(fā)生了滿缺水停爐愛護(hù)“不明不白”的誤動，以致不顧增加拒動概率而采納三信號串聯(lián)回路降低誤動率，甚至不敢投入滿缺水停爐愛護(hù)。5、測孔數(shù)量過少對監(jiān)控保安的影響使許多鍋爐滿缺水停爐愛護(hù)的無法實(shí)現(xiàn)真正的“三選二”冗余規(guī)律設(shè)計(jì)?！叭x二”是“高保真”信號系統(tǒng)，屬于對稱表決推斷規(guī)律網(wǎng)絡(luò)，故障率遠(yuǎn)低于單、雙信號回路。假如單信號的拒動與誤動概率相等，則該網(wǎng)絡(luò)拒動與誤動概率也相等，即具有均衡的抗拒動、抗誤動力量。因此，“三選二”是熱機(jī)主愛護(hù)抱負(fù)的信號網(wǎng)絡(luò)[注3]。真正的“三選二”信號規(guī)律要求三個信號從測量取樣端彼此獨(dú)立。盡管《設(shè)規(guī)》《熱自規(guī)》規(guī)定，“重要熱工愛護(hù)的輸入信號應(yīng)多重化”，“對于直接作用停爐、停機(jī)愛護(hù)信號，在可能時宜按“三取二”方式選取”，但由于缺乏測孔，即缺乏獨(dú)立水位信號，使設(shè)計(jì)師無法按規(guī)程要求設(shè)計(jì)“三選二”滿缺水停爐愛護(hù)。例如：秦皇島熱電廠#4爐、華能淮陰電廠670t/h超高壓鍋爐等，只好采納用單信號回路，牢靠性過低，不能適應(yīng)主愛護(hù)的要求。例如，河北