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關鍵詞：改造；實施；安全；測量；汽包水位
吳志遠（1968－）
男，吉林松原人，工程師，工學學士，研究方向為自動化控制。
1 存在的問題及解決的途徑
汽包水位是鍋爐運行是否正常的重要標志之一。維持汽包水位在一定范圍內是保證鍋爐安全運行的必要條件。水位過高，直接影響汽包內汽水分離效果，使蒸汽帶水造成過熱器中鹽類沉積，惡化過熱器的工作條件，嚴重時還可能引起汽輪機水沖擊，鹽類將在汽輪機葉片和過熱器管壁上結垢，導致過熱器管爆破，汽輪機通流面積減少而降低出力；水位過低，則破壞了鍋爐的汽水自然循環，導致水冷壁被燒壞等惡性事故。
一直以來，汽包水位保護控制問題一直困擾熱工專業，多次發生保護誤動的事故，雖然采取了應急措施，但終究不是解決問題的良方，尤以吉林石油集團熱電廠鍋爐分廠2003年7月＃704機組和9月＃705機組汽包水位保護誤動為甚。汽包水位由于采用液位轉換器而帶來的誤發信號、維護工作量大等問題依然存在。
此次該廠＃5機組在大修期間進行改造，控制系統采用北京和利時系統工程股份有限公司（以下簡稱和利時公司）第四代DCS產品—HOLLias-MACS控制系統，經過電廠與和利時公司工程技術人員的充分交流，雙方研究確定了解決此問題的方案，并經調試過程中的完善，并充分利用DCS系統這個現代化的手段和方法對汽包水位信號進行科學處理，取得了良好的效果。
2 改造的依據及方案
2.1 改造的依據
本次汽包水位改造以《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》（以下簡稱“二十五項反措”）為宗旨：
2.1.1水位計設置的依據
（1）汽包鍋爐應至少配置兩只彼此獨立的就地汽包水位計和兩只遠傳汽包水位計。水位計的配置應采用兩種以上的工作原理共存的配置方式，以保證在任何運行工況下鍋爐汽包水位的正確監視。
（2）水位計設置的方案
該廠保留就地兩臺云母水位計，并且針對甲側水位計觀測困難的問題改進，將就地水位監視攝像機移入環境較好的汽包房。
在馬賽克盤上安裝乙側電接點汽包水位顯示表，以利運行人員比對監視水位。
將原有另三套就地測量元件進行改造，換成單室平衡容器，管路引入鍋爐變送器室。
2.1.2汽包水位計安裝的依據和方案
取樣管應傳過汽包內壁隔層，管口應盡量避開汽包內水汽工況不穩定區，若不能避開，應在汽包內取樣管加裝穩流裝置。
汽包水位計水側取樣管孔位置應低于鍋爐汽包水位停爐保護動作值，一般應有足夠的裕量。
水位計、水位平衡容器或變送器與汽包連接的取樣管，一般應至少有1：100的斜度，汽側取樣管應向上向汽包方向傾斜，水側取樣管應向下向汽包包方向傾斜。
差壓式計嚴禁采用將汽水取樣管引到一個連通器，再在平衡容器中段引出差壓水位計的汽水側取樣的辦法。
此次改造在施工方案中嚴格按照以上要求進行施工。實踐證明，嚴格按照《二十五項反措》的這一條款進行施工是保障此次改造成功的基礎。
2.1.3差壓式水位計補償及保護方案實現的依據
（1）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。汽包水位信號應采用三選中值的方法進行優選。
（2）差壓水位計應采用壓力補償。汽包水位測量應充分考慮平衡容器的溫度變化造成的影響，必要時采用補償措施。
（3）鍋爐高、低水位保護。
鍋爐汽包水位高、低保護應采用獨立測量的三取二的邏輯判斷方式。當有一點因某種原因須退出運行時，應自動轉為二取一的邏輯判斷方式，并辦理審批手續，限期恢復；當有兩點因某種原因須退出運行時，應自動轉為一取一邏輯判斷方式，應制定相應的安全運行措施，經總工程師批準，限期恢復，如逾期不能恢復，應立即停止鍋爐運行。
鍋爐汽包水位保護在鍋爐啟動前和停爐前應進行實際傳動試驗。用上水方法進行高水位保護試驗，用排污放水的方法進行低水位試驗，嚴禁用信號短接的方法進行模擬傳動試驗。
鍋爐水位保護定值時，應充分考慮因環境溫度不同而造成的實際水位與水位計中水位差值的影響。
2.2 改造的方案
改造從兩方面入手，一是改造原來的水位測量方式；第二是采用新的補償方式對汽包水位進行溫度壓力補償，以達到改造效果。
原自動控制系統汽包水位測量采用兩路水位信號，僅有汽包壓力補償，沒有溫度補償措施。原汽包水位測量圖如圖1所示。
圖1 原汽包水位測量圖
但汽包中的水在不同壓力下比重會發生變化，變送器測量的差壓信號要經過壓力、溫度修正后才能反映汽包的真正水位。為此，經過電廠和和利時公司工程人員共同確定，通過軟件對汽包水位進行修正，修正公式如下：
h=（（ρ凝－ρS）×g×L－ΔP）/（ρW－ρS）×g
其中，h為水位（單位：m）；ΔP為差壓（單位：Pa）；ρw為飽和水密度（單位：kg/m3）；ρS為飽和蒸汽密度（單位：kg/m3）；ρ凝為汽包外水柱密度（單位：kg/m3）；g為重力加速度。
圖2 原汽包水位溫度壓力補償圖
2.2.1改進后的汽包水位補償方案
改進后的汽包水位采用三路差壓信號，甲側有兩個：甲1、甲2（與＃4機組相鄰）、乙側有一個（朝擴建端，迎風側），根據如圖2所示的補償原理，對這三個信號分別裝設相應的汽包壓力變送器進行水位信號的壓力補償，同時設有溫度補償措施（方案略），如圖3所示。
圖3 改造后的汽包水位測量圖
在DCS系統對水位信號處理中，首先對汽包壓力信號、汽包水位信號的品質進行判斷，在水位信號品質正常的前提下，每個汽包水位信號經過以上溫度、壓力補償后，補償后的汽包水位信號經過三選中處理用于給水自動調節中。
2.2.2汽包水位保護高低報警控制原理
首先根據汽包水位設定的高低定值，對各個補償（溫度及壓力）后的水位信號（首先保證信號是好的前提）輸出報警。
圖4以第一個補償（溫度及壓力）后的水位信號為例來說明水位信號越限的邏輯實現過程，第二、三個信號同理。將補償后的水位信號實施如圖5所示。
圖4 水位信號越限的邏輯
圖5 水位信號高一值邏輯
在汽包水位保護中特別做了通道故障的報警，在有任何數量的通道壞時，光字牌會有報警顯示，以提醒運行人員注意，通知相關人員及時處理，保障安全。如圖6所示為有三個通道壞的邏輯，其它不再一一贅述。
圖6 三個通道壞的邏輯
在汽包水位保護的設計中，水位高一值時，熱工信號光字牌、DCS光字牌等應發出聲光報警，提醒運行人員注意。
汽包水高二值時，鍋爐汽包事故放水門在聯鎖投入的情況下，開事故放水門；熱工信號光字牌、DCS光字牌等同時發出聲光報警。
汽包水位高三值時，延時5s，MFT動作；延時3s后,運行給水泵跳閘；熱工信號光字牌、DCS光字牌等同時發出聲光報警。
水位低一值時，鍋爐汽包事故放水門在聯鎖投入的情況下，關事故放水門；熱工信號光字牌、DCS光字牌等應發出聲光報警，提醒運行人員注意。
汽包水低二值時，熱工信號光字牌、DCS光字牌等應發出聲光報警。
汽包水位低三值時，延時5s，MFT動作；熱工信號光字牌、DCS光字牌等應發出聲光報警。
3 改造效果
改造后，發現補償處理后的汽包水位指示比電接點水位高，而且三者相差較大，經查發現，就地水位環境溫度測量有問題，甲1的環境溫度用紅外線測溫儀測得取樣引出管不同段溫度，有一點測得離測點遠的溫度比其他離得近的要高出近20度左右，而迎風面的乙側溫度有時要比甲側溫度高出50－60度，有時又差不多。以上因素導致補償后單個汽包水位值變化較大且三信號間相差也較大，后在工程多方共同配合下，進行如下處理：
（1）對改造后的汽包水位系統進行測量引壓管排污處理。
（2）在DCS系統中對三個汽包水位進行經驗參數修正。
（3）水位經過修正后，發現水位波動仍比較大，經過檢查和對比，發現冷端溫度變化異常，如5月24日18：04的溫度甲1為128.33℃，甲2為145.53℃，乙1為111.27℃，當日21：50甲1為145.01℃，甲2為152.13℃，乙1為138.07℃，通過用紅外線測溫儀測量結果分析，冷端溫度過高，且變化無規律，實際補償效果不理想，故改為定溫60℃折線補償。
經過以上處理后，補償后的汽包水位信號比較穩定，在5月26日實際汽包水位記錄見表1。
表1
通過一段時間觀察，DCS系統中汽包水位指示與電接點水位相差在20mm以內，自動、保護相繼投入，運行穩定。汽包水位的順利整改，為機組安全穩定運行提供了有利的保障，取得了良好的經濟效益和社會效益。
4 經驗推廣
電廠的汽包水位測量的準確性是機組安全運行的一個非常重要的指標。特別在電廠運行中要求嚴格按照“二十五項反措”執行，汽包水位測量的準確性就顯得更加重要，而在用常規儀表對某些重要參數進行運行監視、自動控制及提供保護要求的場合下，較難做到信息共享以及復雜算法的實現，而在控制系統采用DCS系統后，就可以較容易的實現整個系統的資源整合和利用率，實現機組綜合目標。
其它作者：
常東宇（1971－），男，吉林松原人，工程師，工學學士，研究方向為鍋爐管理。李元生（1972－），男，吉林乾安人，工程師，研究方向為電廠自動化控制。
參考文獻：
[1] 防止電力生產重大事故的二十五項重點要求. 國家電力公司.2000年9月28日
[2] 國家電力公司發輸電運營部. 防止電力生產重大事故的二十五項重點要求輔導教材. 中國電力出版社，2001.
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號