锅炉汽包水位测量与保护新技术的应用与效益分析

锅炉汽包水位测量与保护新技术的应用与效益分析

（XXXX华电测控设备XX XX 066001）

摘要：原有汽包水位测量技术不能满足电站锅炉运行的测量和控制要求，为解决各火电厂在落实《防止电力生产重大事故的二十五项要求》和《国家电力公司电站锅炉汽包水位测量系统配置、安装和使用若干规定（试行）》过程中遇到的汽包水位计无法标定，测量误差大，启炉时保护不能正确投入等问题，XX华电测控设备XX研究开发了专利产品——锅炉汽包水位测量保护系统。这些新技术的成功应用，提高了锅炉汽包水位测量的精度，使得各水位计示值基本与汽包内的真实水位一致，保证锅炉启动时即可投入汽包水位保护，消除了一直困扰广大电力技术人员的安全隐患，避免了汽包水位保护误动、拒动；锅炉满水、缺水等恶性频发事故；同时减少了机组非计划停运、提高了机组效率和设备使用寿命，有较大的安全和经济效益。

关键词：汽包水位测量保护安全隐患误差经济效益

0 引言：

锅炉运行中，我们是通过汽包水位测量和保护系统来监视和控制汽包水位的。当汽包水位超出正常运行X围时，报警系统将发出报警信号，保护系统将立即采取必要的保护措施，以确保锅炉和汽轮机的安全。因此，汽包水位测量和保护系统是机组安全运行的极端重要的系统。保持锅炉汽包水位在正常X围内是锅炉运行的一项重要的安全性指标。

由于原有测量技术的测量原理与其测量对象的特性存在着无法调和的矛盾，原有汽包水位计在结构设计上存在缺陷，测量误差较大，且误差存在很大的不确定性，因而汽包水位测量系统的准确性不高是火力发电厂普遍存在的问题，给火

力发电厂的安全高效运行带来很大事故隐患。

汽包水位事故频发引起了行业和国家行政主管部门的高度重视，提高锅炉汽包水位测量系统的准确性与可靠性，消除满、缺水事故安全隐患成为迫切需要解决的课题。本文在分析现有汽包水位测量和保护系统存在问题的基础上，介绍XX华电测控设备XX研究开发的新一代锅炉汽包水位测量保护系统。该系列新型汽包水位计的成功开发和应用，有着显著的安全效益和经济效益。

1 现行汽包水位测量和保护系统存在的问题及安全隐患：

1.1 现行汽包水位测量和保护系统存在的问题

目前汽包水位测量均采用间接测量法，从测量原理上是测量汽包的重力水位，从水位测量一次转换原理上为连通器原理和差压原理。传统汽包水位计将汽包内的炉水引至汽包外测量水位，由于汽包外的温度要远低于汽包内的温度，使得仪表内的水柱温度低于汽包内水的温度，产生较大测量误差。

在研究汽包水位计时，均认为汽包内的炉水为饱和水，而实际为欠饱和水。这在设计汽包水位计时不可避免地造成了测量误差。同时，原有测量系统没有可信赖的基准仪表用于标定各种汽包水位计，测量技术落后，测量误差大，而且误差存在很大的不确定性，其规律较复杂，难以掌握。

1.2 现行汽包水位测量和保护系统存在的安全隐患及影响

由于现行汽包水位测量和保护系统测量误差较大，使得当前多数发电厂的汽包水位不能在锅炉厂设计的标准水位高度运行，而是一直保持偏高水位运行或偏低水位运行。机组高水位或低水位运行都会给火力发电厂的安全高效运行带来很大事故隐患，易造成汽包水位失控，发生水位保护拒动或误动，造成重大设备损坏事故及经济损失。水位过高或急剧波动会引起蒸汽品质恶化和带水，造成锅炉过热器受热面结盐，造成过热器爆管，严重时会导致汽轮机水冲击振动、叶片损

坏、轴系断裂，严重时造成设备的损坏或报废；水位过低会引起排污失效，炉内加药进入蒸汽，甚至引起下降管带汽，影响水循环工况，造成炉管大面积爆破。

经计算，以300MW机组为例，假定在锅炉汽包水位达到水位保护系统所设定的低三保护值后，在锅炉完全断水、机组满负荷运行的状态下，其汽包存水量最多能使机组维持运行20秒钟。上述计算的前提条件是其水位测量系统是真实可靠的，其测量表计无法测得真实水位，而是一直维持低水位运行，那么上述计算结果又会减少10秒钟左右，即锅炉汽包在10秒钟左右即可烧干。一个庞大而复杂的运行系统突发状况，想要在如此短暂的时间内做到迅速判断、果断处理，这对运行操作人员来说其难度是相当大的，因此发生重大安全事故是在所难免了。

近几年来由于锅炉汽包水位测量和控制问题而造成的恶性事故时有发生，严重影响火电厂安全运行。

2 汽包水位测量新技术研究及应用

针对目前广大火力发电厂在运行过程中遇到的汽包水位计无法标定，测量误差大，启炉时保护不能正确投入等问题，XX华电测控设备XX研究开发了系列专利产品——锅炉汽包水位测量保护系统（包括汽包水位内置电极传感器、汽包水位内装平衡容器、汽包水位改进型单室平衡容器、汽包水位高精度取样电极传感器、汽包水位低偏差云母水位计、汽包水位多测孔接管专利技术等）。该系列产品已成功应用于三百多台容量不同的汽包炉上，效果理想。

现将该系列产品介绍如下：

2.1 汽包水位内置式电极传感器

传统的汽包水位测量没有一种值得信赖的基准仪表，一般采用安装在汽包内

部的取样管，通过取样分析汽、水的电导率来标定水位计；或利用大修时留在汽包内部的水痕迹线来检查汽包水位计的零点。上述2种方法很粗略且操作难度大，不能实时标定各汽包水位计。为解决这一问题，研发了汽包水位内置电极传感器并获得了国家发明专利（专利号ZL 2004 1 0063068.0）。

汽包水位内置式电极测量装置是基于汽包内汽、水的电导率不同，通过安装在汽包内多个电极传感器，并采用二次仪表识别其电导率而测量水位。电极传感器直接感应汽包内的水界面，所以取样误差很小、测量很准确，可作为汽包水位测量的基准仪表和试验仪表。

该装置安装在XX电厂一台670t/h汽包炉上并获得了成功应用，结束了汽包水位测量没有基准表不能实时标定其他水位计的历史，解决了汽包水位测量中的关键技术问题。

2.2 汽包内装平衡容器

为消除环境温度及汽包内炉水欠饱和等因素对差压水位计测量的影响，减小测量误差，研发了汽包内装平衡容器并获得了国家专利（专利号ZL 03 2 06523.X）。