摘要：火力发电厂锅炉汽包水位测量具有十分重要的意义，它关系到整个机组的安全经济运行。文章主要介绍锅炉汽包水位计基准修正的问题，解释了汽包水位测量系统基准修正的危害和不能修正的原因，对同类型锅炉解决此类问题有借鉴意义。
关键词：汽包水位；修正；隐患
一、引言
机组在运行中，汽包锅炉的水位是要控制的重要指标之一，必须进行严格监视，控制其在允许范围内。汽包水位高于允许的正常水位，使汽包蒸汽空间的高度及容积减小，饱和蒸汽的机械携带增加，影响蒸汽品质；汽包水位过高，会使饱和蒸汽带水急剧增加，严重时有可能危及到汽轮机的安全。汽包水位低，由水面到下降管的入口高度减小，静压降低，下降管入口水可能自行汽化，引起下降管带汽，影响水循环的安全。汽包水位过低而引起严重缺水时，将会给锅炉造成灾难性的事故。这里需要特别指出的是，大容量锅炉汽包内的容水量相对于其蒸发量的比例很小，一旦给水中断，可在很短时间（约10秒左右）内，使汽包水位从正常水位下降到事故水位。因此，运行过程中，必须对汽包水位进行严格监视。
锅炉汽包满、缺水事故是锅炉运行的恶性频发事故。1990年1月某电厂2号锅炉满水造成汽轮机轴系断裂，1997年12月某热电厂4号锅炉缺水造成水冷壁大面积爆破，造成直接经济损失达几千万，间接经济损失达几亿，突出反映了锅炉汽包满、缺水事故的严重性。
二、汽包水位测量现状
为了使各个水位计显示一致，多数电厂采用对水位显示值进行人为修正，而且修正方法和结果混乱，存在严重的事故隐患。 有的电厂将就地水位计的标尺进行上移或下移，有的电厂将差压水位计在DCS的公式中加减一个定值。
这些措施只能暂时保证在修正工况下正常水位时各个水位计之间偏差很小，如果运行参数偏离了这个工况和正常水位时，就又会出现水位偏差。这样电厂人员不停的去修改修正值，造成人力物力的浪费，关键是给设备运行带来了严重的安全隐患。
案例
某厂运行汽包水位历史曲线如下：
为了减少水位计之间的偏差，此厂差压水位计显示值在DCS公式中进行了修正，在实际水位值减了“80mm”,汽包水位高三跳机值为“+270mm”，在某工况下，差压水位计最高只能测到“+235mm”，当实际水位超过“+235mm”时，甚至超过高三跳机值为“+270mm”时，保护就会拒动，汽包长期将高水位运行，很容易造成汽中带水。
某电厂汽包长期偏离正常水位运行，运行水位高于正常水位350mm，导致蒸汽品质下降，汽轮机高压缸结盐严重（如下图），易发生汽包水位高保护拒动和低保护误动。
图2 某电厂汽包运行水位与正常水位实测对比
图3 某电厂汽包高水位运行导致高压缸结盐严重
三、分析
现汽包水位测量系统采用连通管式原理和差压式原理水位计，电接点水位计和云母水位计属于连通管原理水位计，也属于就地水位计。
连通管式原理式水位计，原理见图4：
图4 连通管式锅炉汽包水位计原理图
连通管式水位计的显示水柱高度 Hˊ可按(2-3)式计算:
式中: H——汽包实际水位高度 Hˊ——水位计的显示值
ρs——汽包内饱和蒸汽密度 ρw——汽包内饱和水密度
ρa——水位计测量管内水柱的平均密度
由于水位计管内的水柱温度总是低于汽包内饱和水的温度，因此ρa总是大于ρw ，水位计中的显示值总是低于汽包内实际水位高度，它的示值偏差：
由（2-4）式可以看出，水位测量偏差与水位计管内水柱温度、汽包工作压力以及汽包内的实际水位等多种因素有关。
(1) 影响汽包水位计管内水柱温度变化的因素，表体结构、环境温度、风向等这些因素影响水位计散热条件，从而影响到水位计的温度，由于水位计管内水柱平均温度受诸多因素影响而变化，致使水位测量产生较大的、且变化十分复杂的偏差。与饱和温度差愈大，则偏差愈大，水位计显示值愈低于实际水位值。
（2）汽包工作压力对水位计显示值的影响
汽包工作压力变化时，除了导致水位计管内水柱温度变化，即ρa变化而影响水位计水位显示值外，还会引起ρw,ρs的变化而使测量产生偏差。当汽包内实际水位H值一定时，压力愈高，│ΔH│值愈大；压力愈低，│ΔH│值愈小。
通过以上分析可知连通管原理的汽包水位测量方式产生的误差是随着工况的变化而变化的，当差压式原理的水位计根据此来修正，是不正确的，而且差压原理的汽包水位测量方式本身也存在偏差，分析如下：
现有差压水位计为差压原理水位计，其工作原理如图2-1所示，正负压管输出的压差值△P 按（2-1）式计算：
（2-1）
或改写成：
（2-2）
式中H ——汽包实际水位高度
Hˊ——水位计的显示值
——汽包内饱和蒸汽密度
——汽包内饱和水密度
——水位计测量管内水柱的平均密度
图2-2表示了汽包压力和密度差的关系。
图2-1 水位-差压转换原理图
根据公式（2-1）和（2-2）以及图2-2可以看出,汽包水位与差压之间不是一个单变量函数关系，更不是一个线性函数关系；饱和水密度和饱和蒸汽密度的变化将影响测量结果，而饱和水密度和饱和蒸汽密度与汽包压力有如图2-2所示的函数关系。因此，汽包压力的变化将影响差压水位计的测量结果。
图2-2 汽包压力和密度差的关系
四、结论
综上所述，汽包水位计之间存在较大的、随工况变化的、不可修正的误差，导致了各个水位计之间偏差较大，给运行人员的监测和控制造成困难。某些电厂为减小各水位计之间偏差，采用云母水位计下移、修改DCS、修改变送器等办法进行修正，这样只能使各水位计在额定工况和正常水位情况下，指示值接近，并没有从根本上解决各水位计测量误差大的问题，当工况变化时，各水位计之间仍将产生较大的偏差。因此这种方法给机组的安全运行埋下了事故隐患，是不可取的。
参考文献
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[3]候子良，刘吉川，侯云浩，吕锡江.锅炉汽包水位测量系统.
[4]汽包水位测量系统调研报告，浙江省电力科学院.
论文作者:曾宪辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：汽包论文; 水位计论文; 水位论文; 偏差论文; 测量论文; 锅炉论文; 密度论文; 《电力设备》2018年第24期论文;