汽包水位监控保护一次测量系统改造.doc

电力安全技术2002年第4期 2830汽包水位监控保护一次测量系统改造李刘军（河南省电力公司 郑州 450052）高维信（江苏华能淮阴电厂 淮安 223001）傅 刚（河北马头发电总厂 邯郸 056044）荆予华（河南焦作发电厂 焦作 473056） 摘要介绍670/13.7锅炉汽包水位监控保护测量系统改造设计。汽包水位测量系统改进的必要性与实用性。利用多测孔接管技术增加测孔，解决了测孔过少难题。配置GJT-2000汽包水位电极传感器使电接点水位表可靠地用于监视主表和锅炉保护，为落实防止电力生产重大事故的25项重点要求的防止锅炉汽包满水和缺水事故提供了可靠保证。关键词 测量 保护 多测孔接管 电极传感器1. 汽包水位原监控系统简介马头发电总厂、焦作电厂、华能淮阴电厂结合锅炉监控DCS改造，对200MW机组670/13.7锅炉汽包水位监控保护系统进行了改进，改前信号系统见图1。其主要问题是：（1）汽包水位高、低保护采用“一取一”或“二取二”设计，不符合防止电力生产重大事故的25项重点要求之第8项的“防止锅炉汽包满水和缺水事故”（以下简称“第8项反措” ）的规定“应采用独立测量的“三取二”逻辑判断方式”。（2）自动调节水位信号采用“单信号”或“双信号”，不符合 “应采用三选中值的方式进行优选”规定 。（3）图1（a）所示，由于锅炉厂提供的水位测孔数量少，保护、自调一次测量装置形成“合用测孔”取样，当一个装置排污冲洗或管路泄漏将使几个装置同时失效。华能淮阴电厂曾因此发生2次水位停炉保护误动事故。（4）电力工业锅炉监察规程SD167-85编制说明指出，现在很多大型锅炉的汽水连接管已改从汽包封头引出，以减少汽包汽水扰动对水位测量的影响。而图1（b）、（c）中，远传测量装置测孔在汽包直段，距离旋风分离器、下降管口近，取样易受干扰。当靠近测孔的分离器倾倒、顶帽脱开，或给水清洗孔板倾斜时，干扰大增，仪表指示变化可大到200mm。在测量系统检查正常情况下，热工和运行人员很难判断哪个水位计准确，更不敢贸然投入保护。（5）作为监控主表、又用于保护的电接点水位计配套普通测量筒，其0水位取样负误差约为100mm， +250满水定值负误差约为 190 mm（若用于亚临界锅炉，0水位负误差约为145mm ，250满水定值负误差约为250mm），导致汽包内实际高水位运行，保护实际动作值严重失准。传感可靠性差，水质差、易污染电极，需经常排污，电极密封泄漏率高，寿命损耗快。而图1（a）、（c）中的大量程电接点测量筒，只能适用于停炉后，锅炉运行时测量筒满水，必须解列。2. 汽包水位监控保护系统改进方案汽包水位监控保护改后信号系统见图2。2.1利用多测孔接管技术改造测孔江苏淮安维信仪器仪表有限公司的“汽包与测量装置之间多测孔接管”最新专利技术，巧妙地为在役汽包增加水位测孔提供了改造手段，可在原有水位测孔前提下，不必在汽包上重新开孔，即可增加几对相互独立测孔，或将原测孔移至最佳点取样。一般来说，可在汽包上增加4对在封头取样的测孔。多测孔接管上有母孔小接管和带有屏蔽稳流的增孔小接管。所增测孔与在汽包封头上直接开孔取样没有区别，能满足就地云母水位计、远传一次取样装置取样动态特性要求。该技术避开了在汽包壁上钻孔、焊接、热处理、金相检查等关键问题，不影响汽包原强度设计，风险很小。3个电厂经反复论证，认为该技术远优于直接开孔增孔方案，决定实施测孔改造工程。图2（a）是在汽包封头的云母水位计原接管上，图2（b）、（c）是在汽包直段的云母水位计原接管上安装多测孔接管系统，每台锅炉增加4对新测孔。2.2监控保护一次测量系统改造方案与分析2.2.1远传仪表监视系统设计图2（a）监视系统中3台电接点水位计，1台水位TV，1个CRT水位计；图2（b）有3台电接点水位计，1个CRT水位计；图2（c）有4台电接点水位计，1个CRT水位计。电接点水位计配套GJT-2000B型电极传感器（又称测量筒，最新专利产品），在汽包封头取样。CRT水位计信号来自DCS自调“三选中”系统。图2（a）在汽包封头取样测量，图2（b）、（c）外表看是在汽包直段取样测量，实际是在汽包封头取样。水位TV为云母水位计工业电视。2.2.2监视主表的选型汽包水位是非常复杂又极为重要的安全参数，单靠DCS不能解决一次测量难点。因此，防止恶性水位事故还需要可靠的人工监视手段，而不能照搬其它参数监视模式而取消汽包水位监视常规主表。选择主表应能从人机工程学角度及满足人员监视需要，考虑以下几方面：（1）能可靠准确测量汽包内真实饱和水位；（2）在锅炉停运、点火启动、升负荷至额定工况都能正常准确测量；（3）常显示，醒目直观，在任何情况下欲知水位是否正常，只要瞟一眼即可，不需要很精细分辨率。GJT2000测量筒特点：（1）取样准确度高。水样平均温度逼近饱和水温，取样真实。对压力变化动态响应快。（2）测量传感可靠性高。利用热交换技术手段实现真实水位测量，其可靠性是差压水位计所不及的。RDJ-2000电极组件自紧柔性机械密封可靠，压力愈高，密封愈好。水质自优化功能强大，水质好，免排污，可延长电极寿命。（4）“水位实际传动校验”性能好。运行中不需升降水位，只要几分钟就可进行测量筒满缺水试验。经分析比较，改造后的电接点水位计综合性能高于其它仪表，可选作主表并兼用于保护。设置3个主表，是为了在发生水位事故时，保证运行人员能按“三取二”快速分析判断水位事故，果断手动停炉，保护装置在后台“暗箱停炉”，构成人机双重保安系统。图2（a）、（b）中大量程水位计配套GJT-2000B全工况大量程高精度取样电极传感器，在锅炉“运行”和“停运”时都可正确显示水位。配套此表是停炉后采取汽包满水降压快冷所需，供上水操作和满水状态之监视，在满水事故时，运行人员能看到主表上限以上事故值，便于事故处理和分析。该方案的仪表种类配套合理，数量冗余度足够，监视系统准确性和可靠性高，完全能满足运行安全监视需要。2.2.3保护仪表选型设计选用电接点水位计作为保护仪表，是因其准确性与可靠性，特别是全工况工作性能可确保从点火起投入保护，又有良好的“水位实际传动校验”性能等。还考虑到：国内外标准仅强调保安与自调系统信号分开，没有禁止保安与监视系统分开；监视主表只用于保护，可视为保护专用仪表；既可缓解封头测孔数量不足矛盾，又可使运行人员可随时监视保护信号源工况，利于及时发现、排除故障；电接点水位计用于联锁保护的维护经验丰富；全美机械工程师协会曾向美国各电厂强烈推荐汽包的安全保护系统中一定要包括有电接点水位计。3.改造效果与测试(1)在汽包封头增加4对取样点，保护与自动调节系统就有条件按水位信号彼此独立的“三重冗余”设计，有条件增加仪表冗余度，清除了达到“第8项反措”关键技术要求的障碍。(2)多测孔接管取样独立性试验良好：云母水位计冲洗（最强干扰）时，变送器输出变化小于0.5%（包括水位自身的变化），电接点水位计显示未见变化，自动调节未见异常。(3)从点火起就可投入水位停炉保护，至今未发生误动与拒动事故。(4)电接点水位计测量真实。在焦作电厂实测GJT-2000测量筒内水柱温度，比饱和水温度低0.02。在3个同类超高压汽包上，GJT-2000水柱比普通测量筒水柱高100mm，与理论计算值相近。(5)电接点测量筒可靠性大幅度提高。RDJ-2000电极与测量筒之间机械密封可靠，未发生泄漏故障。最早投运的测量筒至今已4年多，从未排污过，依然保持良好的水质（实测电极对的水比普通测量筒电极水阻高1倍左右），既保证了二次仪表可靠转换，又延长电极寿命，使更换电极工作量大减。(6)GJT-2000B使大量程水位计在锅炉运行、停运工况都可正确显示，不需要运行人员经常上下炉顶对测量筒进行投、停重复操作。4.结语GJT-2000和多测孔接管专利技术在河南省电力公司正式通过了技术鉴定。与会专家一致认为：设计新颖，测量准度高确、运行可靠，可实施锅炉启停全过程及满缺水全量程监测，巧妙地为大型在役锅炉增加汽包水位测孔提供了可靠手段，为大型锅炉投入满缺水停炉保护提供可靠的技术保证。在役汽包水位测孔少是制约全面落实“第8项反措”关键技术