汽包水位多测孔接管的技术改造案例

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基于华能平凉发电公司1号炉汽包水位多测孔技术改造的成功经验，分析了汽包水位测量的原理和提高测量准确性的方法。改造无需在汽包壁上开孔，可使各水位计测量互不干扰，减少了测量偏差，提高了汽包水位保护控制的可靠性。
　　
　　一、汽包水位计的配置
　　
　　华能平凉发电公司1号机组锅炉为HG-1025/18.2-YM11型亚临界、自然循环汽包炉，汽包设计4对位取样也，共配置6套水位测量装置(图1)。汽包甲、乙侧各配置1套就地双色水位计，由水位电视监视装置(TV)送至集控室进行监视。乙侧配置1套独立于DCS供电的电接点水位计，信号送至集控室进行监视和报警。3套水位差压变送器各输出(4~20)mA信号至DCS，经三取一逻辑判断后，用于汽包水位的监视和自动调节控制。3套水位差压变送器的信号经三取二高、低逻辑判断后。3套水位差压变送器的信号经三取二高、低逻辑判断后。作为汽包水位MFT条件实现锅炉跳闸保护。原设计中，乙侧就地双色水位计和电接点水位计共用一对测孔。
　　
　　二、存在问题
　　
　　从图1配置可知，在6套水位计全部正常时，完全能够满足运行和保护的要求，但当其中的1套水位计故障，特别是汽包乙侧有1套水位计故障时，将影响水位测量的准确性保护控制的可靠性。例如，汽包乙侧就地双色水位计发生爆管时，由于双色水位计和电接点水位计共用一对测量取样孔和一次门，隔离双色水位计的同时必须隔离电接点水位计，此时汽包水位计仅剩4套在运行。又如，汽包乙侧1台差压变送器发生渗漏后必须隔离一次门和二次门，此时汽包乙侧的2台差压变送器须同时退出运行，仅有甲侧的1台差压变送器须同时退出运行，仅有甲侧的1台差压变送器参与水位保护和调节控制，将危机组的安全运行。汽包水位计的这种配置，虽然在数量和测量种类上满足要求，但测孔的不独立性和存在相互影响，违反了文献中每个水位测量装置都应具有独立的取样孔，不得在同一取样孔上并联多个水位测量装置，以免互相影响，降低水位测量可靠性的要求。
　　
　　华能平凉发电公司自2000年10月投产至今，由于锅炉钢架出现不平衡下沉，以汽包中心线的位置来看，汽包的水平面是个斜面，因此应重新测定汽包中心线和参比水柱的高度，以便在DCS逻辑算法中进行确定，修改，提高测量的准确性。
　　
　　三、改造的可行性分析及造型
　　
　　锅炉汽包属超厚大型高压容器，在其上进行增孔强度计算必须准确，工艺要求严格，施工工艺与局部热处理稍有疏忽，将留下潜在的安全隐患。另外，增孔数量受汽包承压强度的限制。
　　
　　经过调研比较，拟采用秦皇岛华电测控设备有限公司生产的汽包水位多侧孔接管技术。该技术是利用汽包原较大的测量取样孔接管通道(d51mm×10mm)，插管到汽包内部取样，接管增加独立的测量取样孔，所增加的测量取样孔与原取样孔有一定的距离，并带有稳流取样器。这样，在汽包壁无需要重新开孔的情况下，增加了新的测量取样孔。多测孔接管上的新增测量孔能满足测量装置取样要求，且不影响原水位测量装置取样要求。
　　
　　四、技术改造
　　
　　4.1差压变送器取样改造
　　
　　(1)拆除原汽包水位测量平衡容器和有关取样管阀门，对切除后的取样管切口进行平整处理，使其满足金属焊接的要求。
　　
　　(2)在原测量取样孔(d51mm×10mm)内，插入d28mm×4mm的20G钢管，插入的钢管比原测量取样孔至少长10cm，以避免相互影响。取样管引出汽包壁后通过变径和高压截止阀，分别与2个平衡容器焊接，形成独立取样管路。
　　
　　(3)汽侧平衡容器高出汽侧取样孔，且有一定的倾斜度，满足安装技术规定的要求。
　　
　　(4)平衡容器正压管从侧面引出后，水平延伸1m左右。
　　
　　(5)水侧取样管水平引出，无向上倾斜部分。
　　
　　(6)整个取样管路无垂直方向弯曲的部分。
　　
　　(7)所有的截止阀杆均成水平方向。
　　
　　(8)汽包内水侧取样管端头安装取样器，以减小水位波动带来的影响。
　　
　　4.2参比水柱高度的测定
　　
　　找出汽包的几何中心线及汽包零水位线，并测出水侧取样管中心到平衡容器取样管底部的距离，此高度即为参比水柱高度L。
　　
　　4.3差压补偿公式的修正
　　
　　水位补偿公式：
　　
　　H={[(r3-r1)]}L-△P](r2-r1)}-H0(1)
　　
　　式中：H——汽包内的水平面距水侧取样点的高度，mm；
　　
　　L——外置单室平衡容器的参比水柱高度，mm；
　　
　　H0——汽包零水位线距水侧取样点的高度，635mm；
　　
　　r1——饱和汽的密度，kg/m3；
　　
　　r2——饱和水的密度，kg/m3；
　　
　　r3——参比水柱的密度，kg/m3；
　　
　　△P——水位变送器正负压侧测得的差压，Pa。
　　
　　改造前3台变送器的外置单室平衡容器的参比水柱高度均按L1，L2，L3=1270mm进行组态，根据实测值，在算法中修改为：L1=1265mm，L2=1282mm，L3=1273mm。
　　
　　对应12个不同的汽包压力点，在DCS逻辑算法中对公式(1)中的r3-r1和r2-r1进行修正(参比水柱密度r3按50℃时饱和水的密度计算)，对应关系见表1。
　　
　　4.4补偿调试
　　
　　首先检查智能变送器功能参数设置的正确性，并清零。采用模拟信号发生器在差压变送器和压力变送器上加入对应的汽包压力和水位差压的电流信号。压力选取1/4、3/4汽包额定压力，水位差压选取为5.9kPa(12.441mA)，测量值与理论计算值误差在允许范围内。
　　
　　4.5冷态上水高度
　　
　　机组起动前，通过汽包上水向各平衡容器充水，在水位达到汽侧量取样孔位置时，打开汽水侧一次门、二次门及排污门进行排污，排污完毕后关闭排污门投入各平衡容器。进行升降水试验，记录各平衡容器的水位指示值，同侧平衡容器之间的水位偏差在20mm以内，满足要求投入水位变送器。
　　
　　4.6乙侧双色水位计和电接点水位计改造
　　
　　乙侧双色水位计和电接点水位计改造与差压水位计改造相同。取样孔伸出汽包壁后，留出适当的接口，分别与双色水位计和电接水位计测量筒汇通。安装后的水位计测量筒根据汽包水位中心线以下规定距离对汽包水位计进行零点调整。机组起动前，在差压水位计排污的同时对电接点水位计测量筒进行排污，观察计显示，检查合格后投入电接点水位计。
　　
　　五、结语
　　
　　在华能平凉电厂汽包水位多侧孔技术改造中增加了2对测量取样孔，使水位取样孔达到6对，有效避免了排污、渗漏时各水位计之间的相互影响。从汽包外观看，多测孔接管与在母管上并联小接管相同，但就独立取样而言，有本质的区别：多测孔接管上的几个测量取样孔为独立取样，所连接的测量装置互不影响，而并联取样使得一个装置泄漏或排污会影响另一测量装置取样。根据现场实际安装确定的数据，对算法逻辑做了进一步优化，提高了测量的准确性。机组负荷从0升到300MW的过程中，同侧水位显示值之间的偏差在15mm以内，汽包两端水位显示值之间的偏差在30mm以内，偏差范围满足要求。
　　
　　造成汽包水位测量偏差的原因是多方面。当锅炉燃烧出现偏差时，由于两侧水冷壁热强度不同会造成两侧水位偏差，出现这种情况时应进行燃烧调整，消除火焰偏差。各接口的一次门、二次门及排污门，接头渗漏是引起水位测量发生较大偏差的主要因素，只要在安装中确保密封合格，就能达到长期准确测量汽包水位的目的。实践证明，由于智能变送器的应用以及DCS具有的强大功能，使得锅炉汽包水位的测量准确性和控制可靠性大大提高，具有独立测量取样孔的智能差压变送器能够满足汽包水位监视、调节及保护控制的要求。