汽包水位技術改造與校正項目

編號：時間：2021年x月x日書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟頁碼：第頁編號：福建省龍巖發(fā)電有限責任公司技措項目可行性研究報告書項目名稱：2號爐汽包水位技術改造與校正項目項目申請單位：檢修部_項目實施單位：________大修單位____________可行性報告編寫單位或編寫人：劉曉林____項目申請單位蓋章2007年9月5日福建省龍巖發(fā)電有限責任公司技措項目可行性研究報告書項目名稱2號爐汽包水位技術改造與校正項目申請單位檢修部報告編寫人劉曉林需配合單位檢修部，安監(jiān)部會簽估算費用（萬元）9萬元項目負責人大修單位配合單位意見設備使用部門意見策劃部意見安監(jiān)部意見計經部意見財務部意見審定人意見批準人意見備注福建省龍巖發(fā)電有限責任公司技措項目可行性研究報告書概述（設備運行現(xiàn)狀）運行中，汽包水位測量，隨著汽包壓力的增大，變送器水位顯示與電接點水位顯示偏差110~120mm,與就地雙色水位計顯示偏差90~100mm,壓力越小相差越小。任意兩個水位信號偏差遠遠超過30mm。福建省龍巖發(fā)電有限責任公司技措項目可行性研究報告書二、改造的必要性（設備存在問題、改造成熟的先例）一．設備存在問題：額定工況下，汽包水位測量，隨著汽包壓力的增大，變送器水位顯示與電接點水位顯示偏差110~120mm,與就地雙色水位計顯示偏差90~100mm。二．汽包水位系統(tǒng)改造主要依據(jù)：1）汽包水位差壓水位計壓力補償測量理論和液體連通器測量理論。2）國家電力公司國電發(fā)[2000]589號《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》條文“8.5按規(guī)程要求對汽包水位計進行零位校驗。當各水位計偏差大于30mm,應立即匯報，并查明原因予以消除?！?）國電發(fā)（2001）95號“關于印發(fā)《國家電力公司電站鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)配置、安裝和使用若干規(guī)定（試行）》的通知”。4）DRZ/T01-2004電力行業(yè)熱工自動化標準化技術委員會標準《火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)技術規(guī)定》。5）在汽包水位改造項目的成功經驗，有吉林熱電廠、雙鴨山第一發(fā)電廠、七臺河發(fā)電廠、富拉爾基第二發(fā)電總廠、朝陽發(fā)電廠、大同第二發(fā)電廠、國電宣威發(fā)電廠等電廠汽包水位改造。福建省龍巖發(fā)電有限責任公司技措項目可行性研究報告書三、改造方案(設計說明、設計圖紙、對原設備系統(tǒng)的變動)前言一．目的：消除電接點水位計，就地雙色水位計，水位變送器測量三者之間的水位顯示，在鍋爐額定工況下，偏差在50mm以內。二．鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)現(xiàn)有配置1．汽包左右側各裝有一套TC-SMW-III（B）型（七窗式）就地長窗式雙色水位計。通過工業(yè)電視可在集控室BTG盤上監(jiān)視雙色水位。2．汽包左右側各裝有一套UDZ-191A型智能電接點雙色水位計。二次表在集控室BTG盤上顯示水位狀態(tài)，并在水位異常時進行聲光報警。3．汽包水位的控制和保護分別取自3個獨立的差壓變送器進行三取中邏輯判斷后的信號。3個獨立的差壓變送器信號分別通過3個獨立的I/O模件，引入DCS的冗余控制器，并在DCS上監(jiān)視汽包水位。三．省內電廠汽包水位測量了解根據(jù)咨詢，廈門嵩嶼電廠，裝機4×300MW，一期2臺機組汽包水位測量配置與我廠相同，即電接點水位計2個，雙色水位計2個，差壓變送器測量3個，各水位測量表計之間偏差也在100mm左右；二期2臺機組，由于考慮到一期汽包水位測量中各水位計之間的偏差較大，在二期中取消了電接點水位計的測量，差壓變送器由3個增加到6個。南普電廠，裝機2×300MW，改造電接點水位計為通過調整汽水阻尼器，依導電特性判斷汽水密度，將電接點水位計的偏差，往差壓變送器測量顯示值靠。媚州灣電廠，裝機2×396MW，通過有壓力修正和溫度補償?shù)牟顗菏剿挥?，在DCS系統(tǒng)中引入偏差修正系數(shù)，消除各汽包水位計測量之間的偏差大問題。四．汽包水位測量系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問題：1．#2爐汽包現(xiàn)有水位計配置如下圖所示：汽包水位取樣測孔共計7對。其中左、右端頭的各安裝一臺就地云母水面計和電接點水位計。前面安裝三臺老式單室平衡容器。2．存在問題（1）現(xiàn)安裝的單室平衡容器從結構和安裝上存在的問題：單室平衡容器正壓管由上部垂直向下引出，造成參比水柱自上而下較大的溫差，在不同工況下會造成較大溫差。建議更換室溫型或內裝式平衡容器。老式單室平衡容器誤差分析：正、負壓管輸出的壓差值△P按下式計算： (1)或改寫成 (2)式中：——參比水柱(P+側水柱)的密度——汽包內飽和水密度——汽包內飽和蒸汽密度H——汽包內實際水位這里飽和蒸汽和飽和水的密度（、）是汽包壓力Ｐ的單值非線性函數(shù)，通過測量汽包壓力可以得到，而參比水柱中水的平均密度通常是按50℃時水的密度來計算的，而實際的具有很大的不確定性與50℃時水的密度相差很大是造成測量誤差的主要原因之一。根據(jù)某電廠條件下的計算，參比水柱平均溫度對水位測量的影響如表所示。參比水柱平均溫度對水位測量的影響表(40℃為基準)溫度（℃）406080100120130140160影響值(mm)-9.633.262.391.4108125162從上表可知，如果參比水柱的設定溫度值為40℃，當其達到80℃時，其水位測量附加正誤差33.2mm；當參比水柱溫度達到130℃時，其水位測量附加正誤差高達108mm。（2）現(xiàn)在裝的就地云母水位計內的水溫要遠低于汽包內的飽和水溫度，其密度高于飽和水的密度，從而水位低于汽包內的實際水位，而且云母片易起層水化，云母窗易結垢，不能清晰觀察水位。建議更換為熱補償式超高壓無盲區(qū)半導體云母雙色水位計或者汽包水位低偏差云母水位計。連通器原理水位計測量誤差簡要分析圖四、聯(lián)通管式水位計原理圖如圖四所示，聯(lián)通管式水位計的顯示水柱高度Hˊ可按下式計算： (3)

式中H——汽包實際水位高度Hˊ——水位計的顯示值——汽包內飽和蒸汽密度——汽包內飽和水密度——水位計測量管內水柱的平均密度由于水位計管內的水柱溫度總是低于汽包內飽和水的溫度，因此，總是大于，水位計中的顯示值總是低于汽包內實際水位高度，它的示值偏差： (4)由（4）式可以看出，基于聯(lián)通管式原理的汽包水位計顯示的水柱值不僅低于鍋爐汽包內的實際水位，而且受汽包內的壓力、水位、壓力變化速率以及水位計環(huán)境條件等諸多因素影響，水位計顯示值和汽包內實際水位間不是一個確定的、一一對應的關系，而這一偏差在汽包零水位時可達50-200mm，就是母水位計的兩個測量管中的水位在0水位附近相差10-20mm，水位越高誤差越水位越低誤差越小。這一，，牛眼水位計、電接點水位計、射線液位計、液位開關如何好，其測量結果也是誤差很大而不真實的。因此，即使我們按額定工況將水位計下移而使汽包正常水位時，水位計恰好在零水位附近，但是當工況變化時，仍將產生不可忽略的偏差。曾經在相當長時間內，鍋爐運行時要求不管在什么情況下，都要求以上述聯(lián)通管式水位計作為基準儀表，實際上是一個很大的誤區(qū)。（3）電接點水位計也屬于連通器原理水位計，因為溫度無補償所以有較大測量誤差，并且電極易泄露。測量準確性和可靠性差，不能參與保護。應更換伴熱式電接點水位計或者溫度補償?shù)腉JT2000型高精度電接點水位計。汽包水位內裝平衡容器汽包水位內裝平衡容器結構原理如下圖所示，參比水柱L的靜壓力為：（1）式中：L為平衡容器中參比水柱的高度；為汽包實際水位高度；為平衡容器中參比水柱(飽和水)的密度；g為重力加速度；為汽包內水的密度；為汽包內飽和汽的密度。相對參比水柱L的水側儀表管壓力為(2)變送器所測得的差壓值為(3)汽包水位內裝平衡容器原理圖由公式（3）得：（4）采用汽包水位內裝平衡容器測量汽包水位具有以下特點：1）、精確度高，不受汽包內水欠飽和以及外置平衡容器參比水柱溫度變化的影響，從公式（3）可以看出變送器所測得的差壓值為汽段參比水柱（飽和水）和相同高度的飽和汽靜壓之差，這一點與以往的任何一種外置式平衡容器不同，而采用外置式平衡容器測量汽包水位不僅受平衡容器下參比水柱溫度變化的影響，而且由于補償公式是假定汽包內水是飽和狀態(tài)下推算出來，而實際上汽包內的水是欠飽和的，而且隨著負荷變化欠飽和度也是變化的，由此可見，采用內裝平衡容器的測量精確度遠比外置式平衡容器要高。2）、由于汽包的汽側取樣管上焊接有冷凝罐，可以及時向平衡容器中補充冷凝后的飽和水，因而可以保證鍋爐點火不久就可投入汽包水位測量。3）、具有防止內裝平衡容器故障的后備措施，當內裝平衡容器出現(xiàn)意外時，可將正壓表管與冷凝罐的備用正壓取樣管相連，這樣可以方便轉換到改進型外置式單室平衡容器繼續(xù)工作。室溫型單室平衡容器1)TPH—C室溫型單室平衡容器與其它結構平衡容器相比，具有下列優(yōu)點。由于進行了溫度補償參比水柱的密度值測量準確，測量精度高，可以實現(xiàn)大量程測量。平衡容器為室溫（不打保溫），不向外部散熱因此節(jié)約能源。當汽包接近滿水時，由于其參比水柱的密度遠大于汽包飽和水的密度，因此產生的差壓值不趨近于零，克服了差壓變送器本身零點易漂移的問題。2)工作原理室溫型單室差壓水位計結構簡圖1、2。由于平衡容器位置下移，冷凝水充滿了平衡容器，汽水熱交換在閥門前進行，因此平衡容器內水溫上下均與室溫一致，參比水柱上下水的密度相同，壓力對水的密度影響很小，所以只對其溫度補償，確定參比水柱密度。對汽包內飽和汽、水密度進行壓力補償，確定飽和汽、水密度。水位顯示值按下式計算（雙向顯示）：h=[H(ρ-ρQ)-0.102×103△P]/(ρS-ρQ)-H0式中：h—汽包水位顯示值、單位mm。H—水、汽連管中心距、單位mm。ρ—平衡容器內水的密度、單位kg/m3。ρQ—汽包內飽和汽密度、單位kg/m3。ρS——汽包內飽和水密度、單位kg/m3。△P—測量的差壓值、單位Pa。0.102×103—單位換算常數(shù)。H0—汽包水連管至零（正常）水位距離、單位mm。以上密度按GB/T2624確定密度進行補償，亦可按近似公式補償。五窗熱補償半導體無盲區(qū)超高壓云母雙色水位計TC-SMW22-IIBR型熱補償式超高壓無盲區(qū)半導體云母雙色水位計是我公司專為大型火力發(fā)電機組鍋爐汽包水位監(jiān)視而設計制造的新型就地儀表。在水位計內部增加伴熱結構，利用飽和蒸汽加熱水位計水樣，再通過蒸汽冷凝后的飽和水加熱和置換水位計內的水樣，使水樣溫度接近汽包內的溫度，消除因水樣溫度低造成的測量誤差，能夠真實反映汽包內的水位。經現(xiàn)場使用伴熱效果良好，補充了水位差，基本上能夠與汽包內部正常水位線一致。汽包水位低偏差云母水位計WDP汽包水位低偏差云母水位計（如圖9所示），測量原理同GJT汽包水位高精度取樣電極傳感器一樣，均屬于聯(lián)通管式汽包水位計。WDP汽包水位低偏差云母水位計是利用汽包內的飽和蒸汽給水位計表體加熱，阻止表體內的水向外傳熱再利用冷凝器內冷凝后的飽和水給表體內的水置換，加速表體內的水循環(huán)，從而使表體內的水溫接近汽包內水的溫度，水位計內的水位在任何時候、任何工況下，接近汽包內真實水位，達到正確監(jiān)視汽包水位的目的。WDP汽包水位低偏差云母水位計，解決了鍋爐汽包就地水位計測量誤差大、不能全工況準確監(jiān)視汽包水位的問題，為汽包水位儀表的優(yōu)化配置奠定了基礎。（一）．汽包水位測量改造方案根據(jù)DRZ/T01-2004電力熱工標準《火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)技術規(guī)定》和國家電力公司國電發(fā)[2000]589號《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》條文“8.3對于過熱器出口壓力為13.5Mpa及以上的鍋爐，其汽包水位計應以差壓式（帶壓力修正回路）水位計為基準?！币虼?，擬采用通過改造電接點水位計來消除目前各水位計測量之間的偏差大問題。一．改造方案最佳改造方案：（1）將原老式單室平衡容器拆除，安裝三臺室溫型或內置式單室平衡容器。（2）拆除電接點水位計更換為2臺伴熱式電接點水位計或者GJT2000型高精度電接點水位計。（3）拆除云母水位計，更換為2臺熱補償式超高壓無盲區(qū)半導體云母雙色水位計或者WDP無盲區(qū)低偏差云母水位計。注：高精度電接點水位計及汽包水位低偏差云母水位計具有伴熱結構，安裝時需要在距汽包15米處的下降管處開三個Φ10的孔，安裝排水管。2號機A級檢修擬改造方案：（1）．差壓變送器水位測量保持原有的測量、安裝方式，不作改造。但應根據(jù)汽包水位測量信號的校正方案進行完善和校正。（2）．雙色水位計根據(jù)汽包水位測量信號校正方案校正后，對其顯示標尺也應作相應的校正，其它也不作改造。（3）．將現(xiàn)有電接點水位計改造成伴熱式電接點水位計或者GJT2000型高精度電接點水位計，提高其測量精度。UDZ-191B型伴熱式電接點水位計利用傳熱學原理使水樣溫度逼近汽包內飽和水溫，取樣水柱逼近汽包內水位，使電極如同在汽包內部一樣檢測，實現(xiàn)水位高精度測量。1）在測量筒內部設置夾套式蒸汽伴熱器，利用飽和汽加熱水樣，同時阻止取樣水向外散熱。2）測量筒上部空間人為加大起到冷凝器作用，來自汽側取樣管的飽和蒸汽在此冷凝，大量凝結水（溫度為飽和水溫）流入取樣水中，將低溫水樣置換出測量筒。亦可認為新凝結水加大了水樣中飽和水含量，提高了水樣平均溫度，并使之上下均勻分布。3）采用特種電極，泄漏周期是普通電極2倍以上。汽包水位高精度取樣電極傳感器GJT汽包水位高精度取樣電極傳感器，測量筒的原理如下圖所示，主要情況如下：1）、測量筒水柱溫度接近汽包內水溫，水位測量精度高。在測量筒內部設置籠式內加熱器，利用飽和汽加熱水樣。加熱器由不同傳熱元件構成。加熱方式有內熱和外熱。內熱既有水柱徑向傳熱元件，又有軸向分層傳熱元件。加熱器上口敞開，來自汽側取樣管的飽和蒸汽進入加熱器，像汽籠一樣加熱水柱。傳熱方式與結構設計既有利于增加加熱面積(加熱面積是筒體散熱面積的1.4倍)，又有利于熱交換。飽和蒸汽在加熱器中放出汽化潛熱，其凝結水由排水管引至下降管。以下降管與汽包為一側，以排水管與加熱器為另一側構成聯(lián)通器。裸露的排水管中平均水溫低于下降管水溫，水位則低于下降管側。聯(lián)通點標高愈低，壓力愈高，水位差愈大。為保證排水管側水位不會升至加熱段而減小加熱面積，要求聯(lián)通點選在汽包中心線下15m。這樣可使壓力為6.0MPa時，排水管中水位在加熱器之下0.5m，當壓力低于1.0MPa時水位才會接近加熱器底部影響加熱，而1.0MPa以下壓力時取樣誤差很小，可忽略不計。所以，加熱系統(tǒng)能適應鍋爐變參數(shù)運行，保證全工況真實取樣。此外，還設置冷凝器使新型測量筒比普通測量筒高出許多。來自汽側取樣管的飽和蒸汽在冷凝器中冷凝，大量凝結水（溫度為飽和水溫）沿壁而下，分區(qū)收集，由布置在飽和蒸汽中的數(shù)根疏水管在不同深度疏至水樣中，將低溫水樣置換出測量筒，提高了水樣平均溫度。高倍率置換可有效提高水柱溫度，并使之上下均勻分布。經計算，由于冷凝器冷凝，在汽側取樣管中引起流速增加很小，取樣附加誤差可小至忽略不計。之所以采用籠式內加熱器，是為利用汽側筒體散熱產生的凝結水，進一步減小取樣誤差。以上2種技術的綜合使進入水樣的熱流密度比普通測量筒大得多，熱平衡過渡過程時間短。當壓力變化引起汽包內水位變化時，熱流密度隨之變化，水樣溫度變化快，故取樣對壓力變化動態(tài)響應快。大量凝結水的生成，在水側取樣管中形成連續(xù)流向汽包的高溫水流。當汽包水位大幅度升高時返回測量筒的水樣少，且水溫與汽包內水溫度相差小，故對汽包水位升高的取樣動態(tài)誤差小。籠式內加熱器在測量筒內占有相當大比例的空間，與舊型測量筒相比，水柱截面積小得多，故對汽包水位變化響應快，動態(tài)精度高。GJT測量筒內有穩(wěn)定熱源，故對取樣管道長度、截面、測量筒現(xiàn)場布置等安裝要求寬松于舊型測量筒。在幾個電廠實測結果表明，測量筒水柱溫度與飽和水溫度偏差很小，不超過2℃，取樣誤差不大于3mm。配套該型測量筒的電極式汽包水位測量裝置在幾個電廠運行三、四年后，用汽包壁上留下的水跡中心線作基準核對電極式汽包水位測量裝置。零水位電極位置比水跡中心線偏低只有10mm～23mm，由此可以證明，GJT電極傳感器測量筒取樣測量值已逼近汽包實際水位。從升降水位試驗可知，普通云母水位計和普通電極式汽包水位測量裝置在零水位是的取樣水柱比GJT測量筒水柱偏低達80～150mm，足見普通云母水位計和普通電極式汽包水位測量裝置誤差之大。2）、采用柔性自密封電極組件和水質自優(yōu)化措施提高電極的可靠性GJT電極傳感器采用柔性自密封電極組件(專利號ZL00221057.6)（如圖8所示）。電極利用筒內本身壓力增加密封緊力，自緊力與壓力成正比，壓力愈高，自緊力愈大。加上安裝預緊力，有足夠緊力保證密封不泄漏。電極冷態(tài)可靠密封試驗壓力可達40MPa。柔性密封材料可耐1000℃高溫，承壓強度高，回彈性能與熱緊性能好。電極帶有拆卸螺紋，拆卸方便。傳統(tǒng)電極組件的密封緊力隨壓力增加而減小，需要預緊力很大，加之采用硬靠機械密封，密封可靠性低，熱緊性能差。RDJ-2000電極安裝有2°～3°仰角，可有效防止電極掛水與水漬。設置冷凝器除提高水樣溫度外，更重要的作用是實現(xiàn)取樣水質自優(yōu)化。大量純凈的蒸餾水進入水室，將水質較差的舊水樣壓回汽包，形成自動凈化置換回路，水樣為“活水”。設計置換倍率達20次／h，故水質自優(yōu)化功能強。其好處是：1）免排污。水質好，減輕了對電極的污染。初裝徹底沖洗后，在3～4a大修周期內免排污，既減少了維護量，又可避免熱態(tài)排污損壞電極。2）可增大水樣電阻率，利于減小工作電流，減緩電極的電腐蝕而延長壽命。3）水質穩(wěn)定，水樣上下水阻率分布較均勻，利于提高二次儀表測量的穩(wěn)定性，不必經常調整儀表臨界水阻。4）水側取樣管中有連續(xù)流向汽包的高溫水流，當汽包水位大幅度升降時，電極承受的熱沖擊較小。3）、安全方便地進行汽包水位保護實際聯(lián)動試驗鍋爐運行中，不需升降汽包水位即可進行測量筒“滿水和缺水實際聯(lián)動校驗”。關閉水側取樣截門后，測量筒內水位逐漸上升，幾分鐘（額定工況下）后可達到“滿水”值。關閉排水門，緩慢開啟排污門，水位逐漸下降至“缺水”值。其間儀表應發(fā)出高低1、2、3值報警信號。因此，水位保護實際聯(lián)動校驗快、準、易行，并可在鍋爐運行中定期校驗。（二）．汽包水位測量信號校正方案1．汽包水位測量信號的補償（1）對差壓變送器顯示重新核對汽包壓力對水位-差壓轉換關系影響的補償，重新配置補償函數(shù)，確保在盡可能大的范圍內均能保證補償精度。（2）差壓變送器顯示應重新考慮單室平衡容器下取樣管參比水柱溫度對水位測量的影響（根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境溫度確定）。（3）在補償函數(shù)和參比水柱溫度驗證正確后，重新修正DCS汽包水位補償公式。2．汽包水位測量裝置的安裝（1）根據(jù)汽包內水痕跡核對水位表計的零位值。（2）重新以汽包同一端的幾何中心線為基準線，采用水準儀精確確定各水位測量裝置的安裝位置，汽包就地雙色、電接點水位計的零位是否符合鐵嶺鐵光儀器儀表有限責任公司提供的數(shù)據(jù)，并進行核對、標定。雙色水位計的水位標尺零點在工作壓力15MPa時低于鍋爐汽包水位正常水位線50mm，低于汽包幾何中心線200mm。電接點水位計的水位標尺零點在工作壓力15MPa時低于鍋爐汽包水位正常水位線50mm，低于汽包幾何中心線200mm。（3）重新校對汽包水位計的取樣管孔位置，汽側是否高于鍋爐汽包水位停爐保護動作值（+250mm），水側是否低于鍋爐汽包水位停爐保護動作值（-250mm），并有足夠的裕量。（4）驗證取樣管有否穿過汽包內壁隔層，管口有無避開汽包內水汽工況不穩(wěn)定區(qū)（如安全閥排汽口、汽包進水口、下降管口、汽水分離器水槽處等），若無避開，在汽包內取樣管口是否加裝有穩(wěn)流裝置。（5）差壓變送器安裝汽水側取樣管時，管道是否有不小于1：100的傾斜度，汽側取樣管應使取樣孔側低，水側取樣管應使取樣孔側高。安裝其它汽水側取樣管時，管道是否有不小于1：100的傾斜度，汽側取樣管應使取樣孔側高，水側取樣管應使取樣孔側低。（6）單室平衡容器容積是否為300~800ml，直徑是否為100mm的球體或球頭圓柱體。（7）檢查保溫是否符合：汽水側取樣管和取樣閥門均應良好保溫。平衡容器及容器下部形成參比水柱的管道不得保溫。引至差壓變送器的兩根管道應平行敷設共同保溫，任何情況下，伴熱措施不應引起正負壓側取樣管介質產生溫差。變送器測量的取樣管間應保持一定距離，且不應將它們保溫在一起。福建省龍巖發(fā)電有限責任公司技措項目可行性研究報告書四、施工計劃安排、工期進度網(wǎng)絡圖及施工條件）2號機組A級檢修期間。計劃開工時間：10月5日由廠家負責指導安裝及調試。用工及工時估計如下：（最大值）：焊工：1人x5天鍋爐專業(yè)：1人x5天熱控專業(yè)：1人x1天保溫專業(yè)：1人x1天全部完成需5天。福建省龍巖發(fā)電有限責任