锅炉汽包水位的测量与保护

锅炉汽包水位的测量与保护
火电厂中，锅炉汽包水位是锅炉安全运行的一个重要参数，特别是对高参数、大容量的锅炉，随时准确监视汽包水位的变化就非常重要。

一般锅炉汽包水位波动要求不超过±30mm～±50mm的范围，以防止恶性事故的发生。

比如：锅炉汽包满水事故和锅炉汽包缺水事故。

因此在锅炉上往往装有几套不同型式的水位计来监视汽包水位的变化情况，并在汽包水位越限时进行报警，更为严重时动作停炉。

锅炉汽包满水事故一般是指锅炉水位严重高于汽包正常运行水位的上限值，使锅炉蒸汽严重带水，使蒸汽温度急剧下降，蒸汽管道发生水冲击。

锅炉汽包缺水事故是指锅炉水位低于能够维持锅炉水循环的水位，蒸汽温度急剧上升，水冷壁管得不到充分的冷却，而发生过热爆管。

锅炉汽包满水和缺水事故严重威胁机组的安全运行，轻者造成机组非计划停运，严重时可造成汽轮机和锅炉的严重损坏。

锅炉水位的正常运行非常重要，《二十五项反措》8.8.5条规定：汽包锅炉水位保护是锅炉启动的必备条件之一，水位保护不完整严禁启动。

为了保证锅炉的安全运行，《二十五项反措》明确规定锅炉无水位保护严禁启动和运行。

锅炉汽包高、低水位保护的设置、定值和延时值随锅炉型号和汽包内部设备不同而异，具体规定应由锅炉制造厂确定，各单位不得自行确定。

《二十五项反措》明确要求：锅炉汽包水位调节和水位保护的信号应采用有压力、温度补偿的差压式水位表的信号。

也就是说汽包水位保护的信号应来自差压变送器，严禁从就地(电接点)水位表上取信号。

下面简单谈谈就地水位表和差压式水位表的工作原理。

(1) 就地水位表
就地水位表是按照连通器原理测量水位，在液体密度相同的条件下，连通器各支管的液位处于同一高度。

但是就地水位表因受外界环境的影响，就地水位表内水的平均温度低于汽包内的饱和温度，使就地水位表内的密度比汽包中水的密度高，从而造成就地水位表中水位低于汽包的实际水位，并且随着锅炉压力的升高，就地水位表的指示值愈低于泡包真实水位。

下表列出不同压力下就地水位计的正常水位指示值和泡包实际零水位的差值△h。

就地水位的正常水位指示值和汽包实际零水位的差值△h。

(2)差压式水位表
差压式水位表是利用比较水柱高度差值原理测量水位。

对应于汽包液面水柱的压力与作为参比水柱的压力进行比较，根据其压差转换为汽包的水位。

从上图可以得出差压水位表所测量的汽包水位差压△P的计算公式：
ρ1—正压管道中凝结水的平均密度(kg／m3)
ρ′—饱和水的密度(kg／m3)
ρ″—饱和蒸汽的密度(kg/m3)
H—负压取样至汽包内水面间的垂直距离，H＝H
0±△H。

H
为汽包水位的标
准高度。

从式中可以看出，当锅炉在额定参数下运行ρ′和ρ″保持不变，ρ
1
也可认为保持不变。

所以汽包水位差压△P和水位H有一一对应的关系。

并且差压△P
越小，水位越高，差压△P越大，水位越低。

当汽包压力和环境温度变化时，差压式水位表存在的误差如下：
1、当汽包压力升高时，同样的泡包水位变化值所对应的压差变化减小，但
是这一误差仅仅来自压力的变化，在测量回路中引入压力补偿即可消除。

2、参比水柱的温度，由于环境温度的变化引起参比水柱的温度的波动而产
生的误差，可以在测量回路中引入温度补偿来消除。

综合上述两项误差，由于目前电厂大都采用DCS系统实施机组的监控运行，所以很容易取出压力和温度信号，引入到差压水位表的测量回路中，从而保证锅
炉汽包水位的准确性。

从就地水位表和差压式水位表的测量原理可以得出结论：就地水位表的误差不是一个恒定值，而是随着压力和温度的变化而变化，在不同的工况下，其误差的变化有很大的差异。

而差压式水位计由于在各种工况下都有压力和温度补偿，故而比较准确。

所以在锅炉启停和运行中应以差压式水位计为准，同时以就地水
位计作为参考。

《二十五项反错》要求锅炉汽包水位保护的信号应采用有压力、温度补偿的差压式水位表的信号。

而且汽包水位高、低保护应采用独立测量的三取二逻辑判断方式。

当有一点故障时，应自动转为二取一的逻辑判断方式。

当有两点故障时，
应自动转为一取一的逻辑判断方式。

大唐集团公司在2004年3月份组织安全性评价专家组对太原第二热电厂进行安全性评价检查。

其中检查出两台200MW机组的泡包水位保护信号来源不符合以上要求，而且不能实现自动转换。

这样的保护达不到安全性评价的要求，同样
不能保证锅炉安全、稳定运行。

下面以太原二电厂为例谈谈汽包水位高、低保护以及逻辑判断方式的改进。

该厂原来的汽包水位高、低保护为三取二逻辑判断方式，不能实现二取一、
一取一的自动转换。

停炉保护的三个信号分别来自：
1、左侧电接点H 1；
2、右侧电接点H 2；
3、差压式变送器H 2。

汽包水位高Ⅲ值定值为＋200mm ，左侧电接点高Ⅲ值为H 1，右侧电接点高Ⅲ
为H 2，差压变送器高Ⅲ值H 3汽包水位高保护的逻辑如下：
查出汽包水位保护的不合理性以后，该厂按照安全性评价的要求，首先对汽包水位的测量信号进行了改进。

查找汽包取样设计图，然后加装了两台差压式水位变送器。

先保证汽包水位保护的信号均来自差压式水位表，而且相互独立。

然后在DCS 系统中利用逻辑组态实现水位三取二、二取一、一取一的自动转换。

汽包水位高三取二保护自动转为二取一、一取一逻辑图如下:
第一步：根据超量程、DCS 系统卡件坏判断坏值点
第二步：判断汽包水位高
第三步：利用逻辑判断有坏点输出
第四步：实现三取二保护自动转为二取一、一取一。