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摘要：在大型火力发电机组运行的过程中，高压加热器液位测量的准确与否，直接关系到整个机组运行的安全性及经济性。本文对实际运行中几种常见的高加液位测量方式进行介绍和比较，为火力发电机组高压加热器液位测量的设计和安装提供参考。
关键词：液位测量；导播雷达；差压
引言：
高压加热器是大型火力发电发电回热系统中的重要加热设备，它利用汽轮机的高压抽汽来给锅炉给水加热，提高系统的热效率，其运行情况的好坏不仅影响机组的运行安全，同时对机组的经济性能也有较大的影响。例如,当高压加热器(简称高加)疏水装置运行不正常而处于低水位甚至无水位状态时, 不仅使给水加热不足, 而且部分加热蒸汽窜入下一级加热器排挤低品位抽汽, 造成不可逆损失，所有这些都将降低机组的热经济性。为保证高压加热器安全稳定的运行，则必须保证高压加热器在正常、稳定的液位下运行。因此，液位测量的准确与否至关重要，是整个高加系统安全运行的关键。
1.常见液位测量方式
液位是大型火力发电发电机组最为重要的热工参数之一，理论上测量液位的方式约有20多种，主要有：玻璃管法、伺服法、浮子法、浮筒法、沉筒法、浮球法、差压法、电容法、电阻法、电感法、磁致伸缩法、导播雷达法等。常见的高加液位测量方法主要有：浮筒式液位开关、就地液位计、远传液位变送器等。
1.1液位开关
液位开关仅能提供干接点信号，适用于简单的液位测量、控制。由于它逻辑简单，可靠性好，适合运用在重要设备的液位报警、超限保护控制中。不过液位开关的测量也有明显的不足：首先，液位开关的运行状态好坏无法实时反映，它不像变送器一样，能够通过控制系统对输入信号的检测了解测量回路是否故障，另外，液位开关测量还存在较大的死区，所以对于重要设备的液位超限保护，还是应该开关量和模拟量液位仪表配合使用。如已采用三冗余配置的模拟量液位测量装置做为液位联锁保护，也可不配置液位开关，仅设计三台冗余的模拟量液位仪表及1台就地液位计用于高压加热器液位的测量。
1.2就地液位计
就地水位计是按照连通管原理来测量水位的。在液体的密度相同的情况下，连通管的各支管的液位处于同一高度。但因受外界环境的影响，一般来说，就地水位计内水的平均温度低于高加内水的饱和温度，从而使就地水位计内水的密度比高加内水的密度要高，从而造成水位计显示的水位低于高加内的实际水位。而且随着工作压力的升高，其差值也将增大。高压加热器就地液位计目前一般采用磁翻板液位计，它能够直观准确的显示高压加热器的液位，可靠性较高，但精度偏低。
1.3远传液位变送器
目前，DCS控制系统的高速发展，为了提高高加水位的控制精度，高压加热器液位一般采用远传方式，远传液位测量方式主要有差压变送器测量、导播雷达液位计测量、磁致伸缩液位计测量等。
1.3.1差压式变送器测量原理
差压变送器测量液位的原理是，在容器上安装单室平衡容器，利用液体静力学原理使水位转变成差压，用导压管将差压信号传至差压变送器。
差压变送器的正压头由于平衡容器有恒定水柱而维持，负压头则随高加内水位变化而变化。差压变送器的差压值，也就随着高加内水位的变化而变化。高压加热器测量原理如图 1 所示。
图1 高压加热器液位测量示意图
此时，差压可按下式计算：ΔP=ρ1gH-[ρ´gH0+ρ"g（H- H0）]
公式中ΔP——高加水位的差压，Pa；H——高加水位最大测量范围；
H0——以最低水位为基准的高加水位高度；ρ´，ρ"，ρ1——分别为高加内饱和水、饱和蒸汽和
平衡容器内水的密度；g——重力加速度
1.3.2导播雷达液位测量的原理
雷达液位计是基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆探头发出高频脉冲并沿缆式探头传播，当脉冲遇到液位表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为液位信号。
1.3.3磁致伸缩液位测量的原理
磁致伸缩液位计的传感器工作时，传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。在磁致伸缩液位计的传感器测杆外配有一浮子，此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。在浮子内部有一组永久磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。
2.测量方式比较
2.1差压变送器测量液位的优缺点
差压变送器是基于正负压侧的压力差变化测量液位，容易受以下因素影响：
（1）腔体内出现真空或负压时会作用在感压膜片继而产生虚假读数；
（2）沸腾的气泡和凝结的水汽同样会对基于压力原理进行测量的仪器带来干扰；
（3）高、低位的两个开孔对于密封要求高；
（4）容器内温度的变化会使水的密度产生改变，导致测量误差。
考虑工程造价的原因，高压加热器液位测量通常采用带单室平衡容器的差压变送器，但测量精度不高，且安装维护工作量较大。
2.2导播雷达液位计的优缺点
导波雷达液位变送器对液位测量性能不受工艺条件的影响，如压力、温度（耐温工作范围内）、比重、介电常数等。除此之外，导波雷达液位变送器液位测量还有其他的优秀性能：如无需现场校验，组态时无需改变液位且非常简单；由于采用时域反射原理，测量的将是实际的液位；电磁脉冲波的传导采用同轴金属杆，大大提高了测量精度，测量误差可达 0.1%。
随着材料技术的发展，高温型导播雷达液位计已逐步应用于高压加热器的液位测量。
2.3磁致伸缩液位计的优缺点
磁致伸缩是根据磁浮子位置测量得到相关数据，影响测量结果的因素是介质密度或比重；介电常数，气相组分对测量没有影响，在设计工况下工作温度，压力对测量没影响。磁致伸缩液位计安装简单，测量精度较高，其高温型仪表可以满足高压加热器的工作温度要求，可在后续的工程中推广应用。
3.现场应用实例
某330MW汽轮机为南京汽轮电机（集团）公司生产的亚临界，中间再热，两缸两排汽，抽汽凝气式供热汽轮机，型号为：N330/C275-16.67/0.4/537/537，最大连续出力为345.7MW，额定出力为330MW。一、二、三级抽汽分别供给三、二、一号高压加热器。在给水进入锅炉前，主给水从除氧器水箱经给水泵进入高压加热器管程，在高压加热器内通过汽轮机抽汽对主给水进行加热。高压加热器为逐级疏水，在正常情况时一号高压加热器疏水去除氧器。危急情况下高压加热器疏水去排汽装置。每台高压加热器液位配置的是一套就地液位计，三套远传液位计，高压加热器液位联锁保护由三套冗余配置的模拟量远传液位计实现。原设计中，三套远传液位计采用差压式液位测量装置，由于差压式测量取样管路较长，阀门、活节较多，在长期运行的过程中，多次发生取样管路泄露造成的高加液位测量异常，后随高加改造，将三套差压式液位计更换为三台导播雷达液位计，目前运行正常。
每台高压加热器三个冗余液位在DCS控制系统内取中值。正常时通过调节高压加热器正常疏水阀的开度来控制各台高压加热器的液位。当高压加热器液位高一值或低一值时进行报警。当高压加热器液位高二值时，联锁快开对应的高压加热器危急疏水阀，以快速降低高压加热器液位。高压加热器疏水控制为单回路调节，不考虑危急疏水阀的调节问题。
在电厂运行过程中，应该提高水位变送器的测量准确度及稳定运行程度，优化高加水位保护逻辑，防止误动、拒动的发生。机组运行以来，导播雷达液位计运行良好，高压加热器水位保护投入良好，没有发生因为液位变送器造成的高压加热器解列或打开事故疏水阀的事故，保证了机组安全稳定的运行，提高了机组的安全性和可靠性。
4.结语
高压加热器是大型火力发电机组的重要设备之一，高加设备的运行状况决定了整个机组是否能够安全稳定、经济的运行。高压加热器液位测量的准确与否是高加系统能否正常运行的关键。因此，在允许的范围内，建议后续工程中尽量选用导播雷达液位计或磁致伸缩液位计，提高液位测量的精度，减少设备的维护量， 保证机组的安全稳定运行。
论文作者:荆立坤
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
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