内置式水位计PPT课件

1 火力发电厂锅炉汽包水位测量秦皇岛云舟电力设备有限公司 2 一 汽包水位测量系统改造必要性二 汽包水位测量系统的问题及技术难点三 如何解决四 改造效果 目录 3 汽包水位测量系统改造必要性 火电厂锅炉汽包满 缺水事故严重威胁电厂的安全运行 是需要重点防止的恶性事故之一 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正常水循环的水位 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设备的严重损坏 1992年原能源部组织制订了 关于防止电力生产重大事故的二十项重点要求 各项事故虽呈下降趋势 但该类事故仍不断发生 例如 1997年12月16日 秦皇岛电厂发生引进型亚临界1025t h强制循环汽包锅炉严重缺水重大事故 当日高压加热器满水 高压加热器水位保护动作 自动退出解列 高压加热器水位保护动作后 由于高压加热器人口三通阀电动头与阀芯传动机构固定键脱落 旁路门未能联动开启 CFIT显示旁路门开启 导致锅炉断水 汽包水位计由于环境温度 温度补偿设计定值50 实际130 的影响造成了测量误差 水位虚高108mm 4 使汽包低水位保护拒动 锅炉A循环泵在测量系统故障的情况下 又未采取替代措施而失去了保护作用 由于采用三取三的保护逻辑 因而在水循环破坏的情况下 B C循环泵差压低跳泵 A泵只发差压低报警而未能跳泵 导致MFT未动作 值班人员未能对水循环破坏 锅炉断水作出正确的判断 并在发现主蒸汽温度超过50 min速率下降的情况下 也未能按规程的规定实施紧急停机 最终造成水冷壁大面积爆破的重大事故 又如 新乡电厂发生2号锅炉满水造成2号机组轴系断裂事故 1990年1月25日03 20 在2号锅炉灭火后 在恢复过程中 因给水调整门漏流量大 漏流量达120t h 运行人员未能有效控制汽包水位 导致汽包水位直线上升 汽温急剧下降 造成汽轮机水冲击 运行人员未能及时发现汽温急剧下降 使低温蒸汽较长时间进入汽轮机 低温蒸汽进入汽轮机 造成汽缸等静止部件在温差应力作用下变形 转轴弯曲 动静部件发生径向严重碰磨 轴系断裂 汽包水位测量系统改造必要性 5 综合典型事故分析 水位表失灵和指示不正确 锅炉水位保护拒动 给水系统故障 违反运行规程 误判断 误操作 管理欠缺等是造成锅炉汽包满水和缺水事故的主要原因 因此 应从汽包水位测量系统的配置 安装和使用以及给水系统的维护等方面出发 制定相应的反事故技术措施 针对上述两次严重事故情况 2000年9月28日原国家电力公司以国电发 2000 589号文下发的 防止电力生产重大事故的二十五项重点要求 在1992年二十项重点要求基础上增加为二十五项 其中增加了第八项 防止锅炉汽包满水和缺水事故 并随即于2001年12月20日以国电发 2001 95号文印发了 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 这些文件为防止锅炉汽包满 缺水事故发挥了重要作用 2014年4月15日 国家能源局再次颁布了新的 防止电力生产事故的二十五项重点要求 国能安全 2014 161号 仍然包括第6 4条 防止锅炉满水和缺水事故 同年10月15日 又发布了 火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规程 DL T1393 2014 作为具体的技术保障措施 以上可见汽包水位测量和保护系统改造是非常重要的工作 汽包水位测量系统改造必要性 6 汽包水位测量系统改造必要性 案例1 某电厂汽包长期高水位运行 运行水位高于正常水位350mm 导致蒸汽品质下降 汽轮机高压缸结盐严重 7 汽包水位测量系统改造必要性 案例2 某电厂汽包长期高水位运行 运行水位高 导致蒸汽品质下降 淹没旋风分离器 汽轮机高压缸结盐严重 8 案例3 1炉汽包水位高致使过 再热汽温低2007年1月26日10 50 1机AGC方式 负荷从480MW加到560MW 汽包水位A B C点 78 330 58mm 汽包水位高报警未发 过热器温度最低降至440 430 左右 当负荷由560MW降到520MW时 汽温再次降至480 470 左右 检查云母水位计指示180mm 正常云母水位计应该偏低CRT显示 从DCS工程师站检查 发现固定端A C两台汽包压力变送器 编号分别为PT01 2 PT01 5 显示近似为0MPa 完全打开该变送器二次阀汽包压力正常 汽包水位A C显示恢复到正常 本次满水事件的发生 反映出运行人员对汽包压力对水位修正影响如此之大认识不足 没有在第一时间内作出正确判断 而是片面认为本次减温水改造后汽温特性发生了不明变化 或是锅炉本体再次发生泄漏 延误了处理时间 汽包水位测量系统改造必要性 9 案例4 汽包水位低致使管道烧毁2007年8月江西某电厂汽包水位低保护拒动 汽包断水致使水冷壁多根管道烧毁 直接经济损失达30万元 考虑到被迫停机检修45天 损失发电量近3亿千瓦时 按每千瓦时0 45元计 经济损失为1亿4千多万元 案例5 汽包水位低致使管道烧毁2008年4月贵州某电厂汽包水位低保护拒动 汽包断水致使水冷壁七十多根管道烧毁 直接经济损失达120万元 考虑到被迫停机检修59天 损失发电量近4亿千瓦时 按每千瓦时0 45元计 经济损失为1亿9千多万元 汽包水位测量系统改造必要性 10 汽包水位测量系统改造必要性 案例6 2010年1月13日早晨北方某发电厂 1机组由于天气寒冷汽包水位测量出现问题导致MFT动作 随后发电机解列 11 汽包水位测量系统的问题及技术难点 一直以来 汽包水位测量仪表误差大并由此产生各水位计之间偏差大 给运行人员对汽包水位的监测和控制带来极大困难 更严重的是人们没有意识和注意到这一问题的存在 严重影响机组的安全运行 并且这些问题存在于所有电厂 人们对汽包水位测量的严重误差及其危害认识不够 没有基准表 各厂修正混乱 存在严重事故隐患 二十五项反事故措施颁布后落实难 一年后又颁布了 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 配置不合理 保护可靠性差 存在严重事故隐患 12 连通管式水位计的显示水柱高度H 可按下式计算 由于水位计管内的水柱温度总是低于汽包内饱和水的温度 因此 a总是大于 W 水位计中的显示值总是低于汽包内实际水位高度 它的示值偏差 水位计管内水柱温度和汽包工作压力影响 a 汽包工作压力还影响 W和 S H就是汽包内的实际水位 由公式可以看出 水位测量偏差与水位计管内水柱温度 汽包工作压力以及汽包内的实际水位等多种因素有关 汽包水位测量系统的问题及技术难点 13 差压式水位计水位测量结果按下式计算 由上式可知参比水柱密度 a 饱和水密度 W和饱和蒸汽密度 S的变化影响测量结果 还可以看出 汽包水位H与差压变送器测得的差压 P之间不是一个单变量函数关系 更不是一个线性函数关系 因此 参比水柱温度变化和汽包压力的变化将影响差压水位计的测量结果 汽包压力和参比水柱温度对差压信号的相对误差的影响都是不可忽略的 汽包水位测量系统的问题及技术难点 14 由于上述水位计测量误差造成的水位计测量偏差 也是不可预知的 往往表现为各个水位计之间偏差很大 这样就给运行人员造成了很大的困扰 到底怎样控制监视水位无所适从 存在着很大的安全隐患 汽包水位高 低保护动作是MFT首要原因 汽包水位测量系统的问题及技术难点 15 由于锅炉汽包承受高温高压 不能直接看到汽包内的水位情况 所安装的水位测量装置均为间接测量 目前还没有一种广泛应用的水位基准表 为了使各个水位计显示一致 多数电厂采用对水位显示值进行人为修正 而且修正方法和结果混乱 存在严重的事故隐患 例如 二十五项反措中给出了就地水位计的正常水位示值和汽包实际零水位的差值参考表格 见下表 多数电厂采用该参考值将就地水位计进行下移安装 然后再将远传水位计示值与就地水位计对比进行修正 这些措施只能暂时保证在修正工况下正常水位时各个水位计之间偏差很小 如果运行参数偏离了这个工况和正常水位时 就又会出现水位偏差 这样热工人员不停的去修改修正值 造成人力物力的浪费 关键是给设备运行带来了严重的安全隐患 汽包水位测量系统的问题及技术难点 16 汽包水位测量系统的问题及技术难点 17 也是由于上述这些原因造成各厂在执行2000年发布的二十五项反措过程中发现很难落实 所以在2001年又发布了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 版 这些文件的发布均为防止锅炉汽包满 缺水事故发挥了重要作用 但是这些文件都是基于无法解决水位测量装置误差的基础上发布的 无法解决火力发电厂对于锅炉汽包水位测量上存在的根本需求 全量程全范围测量准确并正确调节保护 除了上述问题以外 还有一个困扰就是水位测量系统配置问题 很多存在配置不合理 保护可靠性差的问题 应该遵守控制和保护独立的原则 汽包水位测量系统的问题及技术难点 18 如何解决 2014年4月15日 国家能源局再次颁布了新的 防止电力生产事故的二十五项重点要求 国能安全 2014 161号 其中包括第6 4条 防止锅炉满水和缺水事故 同年10月15日 又发布了 火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规程 DL T1393 2014 作为具体的技术保障措施 这些都是因为汽包水位测量技术取得了重大的突破和发展 例如汽包水位内置电极 高精度取样电极传感器 汽包水位内装平衡容器 汽包水位磁致液位计 汽包水位低偏差云母水位计这些新技术均能消除老式汽包水位计所存在的缺陷 完全可以满足 技术规程 中规定的 能消除汽包压力变化的影响 能在全量程范围内及时准确反映锅炉汽包水位变化 能确保从投入主燃料起就能投入工作 要求 这样在执行二十五项反措时才不会存在难以执行 难以操作的问题 关键是执行这些条款的要求能够保证锅炉的安全经济运行 19 首先 技术规定 解决了汽包水位测量装置的误差问题 这也是最根本问题 第5 1条规定锅炉汽包水位测量系统的选型设计 第5 1 2条测量装置应能消除汽包压力变化的影响 第5 1 3条应在全量程范围内及时准确反映锅炉汽包水位变化 第5 1 4条应能确保从锅炉投入主燃料起就能投入工作 包括保护 其次 解决了汽包水位测量系统的配置问题 第5 2条是基于第4条总的原则中的要求对水位测量系统进行配置时充分考虑水位测量装置的互相隔离 互相独立和多样性共存的原则 第5 2 1条锅炉汽包水位测量系统应采用两种或两种以上工作原理共存的配置方式 第5 2 2条应至少设置一套独立于DCS及其电源的汽包水位显示仪表 第5 2 3条除按5 2 2条规定配置汽包水位显示仪表外 锅炉汽包水位测量系统的配置可采用以下两种方式 a 3套差压式水位测量装置和2套电极式水位测量装置 b 6套差压式水位测量装置和1套电极式水位测量装置 如何解决 20 汽包水位内置电极传感器该技术是基于汽包内汽 水的电导率不同 通过安装在汽包内的多个电极传感器 并采用二次仪表识别其电导率 而成功测量出此时的水位值 电极传感器直接感应汽包内的水界面 所以取样误差很小 测量准确 可作为汽包水位测量的基准仪表和试验仪表 该技术的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它水位计的历史 解决了汽包水位测量中关键性的技术问题 如何解决 21 第5 4 4条对于采用连通管式汽包水位测量装置 例如 电接点水位计 云母水位计 应确保被测水柱温度接近饱和温度 新建锅炉不应再采用被测水柱温度远低于饱和温度且存在不确定性的连通管式汽包水位测量装置 采用连通管式水位测量装置 必须确保被测水柱温度接近饱和温度的水位计 例如带有温度补偿的低偏差云母水位计或高精度取样电极传感器这些能够保证该措施的水位计 如何解决 22 汽包水位高精度取样电极传感器1 带有伴热循环系统 测量筒水柱温度接近汽包内水温 测量精度高 2 免排污 水质好 减轻了对电极的污染 初装彻底冲洗后 在3 4年大修周期内免排污 既减少了维护量 又可避免热态排污损坏电极 3 水质稳定 水样上下水阻率分布较均匀 利于提高二次仪表测量的稳定性 不必经常调整仪表临界水阻 4 水侧取样管中有连续流向汽包的高温水流 当汽包水位大幅度升降时 电极承受的热冲击较小 5 可增大水样电阻率 利于减小工作电流 减缓电极的电腐蚀而延长寿命 6 电极上仰安装 可有效防止挂水 7 采用柔性自密封电极组件 电极平均寿命可达26000小时 如何解决 23 如何解决 汽包水位低偏差云母水位计1 低偏差 2 无盲区 3 高清晰 4 窗口组件选用一流材质 使用寿命长 泄漏率低 可两年更换一次云母组件 维护费用低 5 自冲洗效果好 窗口不易挂垢 24 第5 4 2条为消除汽包内炉水欠饱和以及参比水柱温度不确定导致的误差 差压式汽包水位测量装置宜采用在锅炉汽包中内置单室平衡容器的测量方法 如下图 由于汽包水位内装平衡容器新技术具有的原理和优点 为了消除汽包内炉水欠饱和以及参比水柱温度不确定导致的差压水位计误差 第5 4 2条建议采用这种新技术 如何解决 25 汽包水位内装平衡容器1 精确度高 不受汽包内水欠饱和以及外置平衡容器参比水柱温度变化的影响 从公式中可以看出变送器所测得的差压值为汽段参比水柱 饱和水 和相同高度的饱和汽静压之差 这一点与以往的任何一种外置式平衡容器不同 而采用外置式平衡容器测量汽包水位不仅受平衡容器下参比水柱温度变化的影响 而且由于补偿公式是假定汽包内水是饱和状态下推算出来 而实际上汽包内的水是欠饱和的 而且随着负荷变化欠饱和度也是变化的 由此可见 采用内装平衡容器的测量精确度远比外置式平衡容器要高 2 由于汽包的汽侧取样管上焊接有冷凝罐 可以及时向平衡容器中补充冷凝后的饱和水 因而可以保证锅炉点火不久就可投入汽包水位测量 3 具有防止内装平衡容器故障的后备措施 当内装平衡容器出现问题时 可将正压表管与冷凝罐的备用正压取样管相连 这样可以方便转换到改进型外置式单室平衡容器继续工作 变送器所测得的差压值为 由公式得 如何解决 26 汽包水位磁致液位计 磁致原理测量水位 测量精度高 测量准确 反应速度快 信号无漂移或变值情况 更无需定期重标 抗扰动性强 测量曲线平滑 稳定性好 可靠性高 全量程范围提供准确可靠的汽包水位模拟量信号 在机组启 停炉阶段 带压放水 锅炉保养等差压原理水位计不能正常工作的特殊工况下 也能准确测量汽包水位 提供稳定可靠的模拟量测量信号 测量准确 伴热结构设计 筒体内测量水柱温度与汽包内的炉水温度基本一致 可消除汽包压力 环境温度对测量的影响 全工况 全量程范围内准确测量汽包水位 磁性部件无高温消磁 先进的结构设计 磁性部件工作温度基本为环境温度 有效地解决了磁性部件高温消磁的问题 1 冷凝室2 汽侧取样管3 水侧取样管4 连接法兰5 排污管6 蒸汽伴热室7 耐高压浮子8 排水管路接头9 连杆10 磁性部件11 传感器 如何解决 27 汽包水位磁致液位计 密度补偿公式减小测量误差 水质自优化 维护量小 完善汽包水位计配置 改变了现有汽包水位测量与保护系统模拟量控制信号来源单一的现状 增加了一种不同原理的稳定 可靠 准确的汽包水位模拟量测量装置 提高了系统的安全性与可靠性 采用耐高压浮子 额定工作温度可达450 额定工作压力可达20MPa 1 冷凝室2 汽侧取样管3 水侧取样管4 连接法兰5 排污管6 蒸汽伴热室7 耐高压浮子8 排水管路接头9 连杆10 磁性部件11 传感器 如何解决 28 汽包水位磁致液位计与内装平衡容器测量历史曲线黄色曲线为汽包A侧 1差压水位计历史曲线 绿色曲线为汽包A侧汽包水位磁致液位计历史曲线 紫色曲线为汽包B侧 2差压水位计历史曲线 白色曲线为汽包B侧 3差压水位计历史曲线 不同工况下 汽包同侧差压水位计历史曲线与磁致液位计历史曲线一致 且汽包水位磁致液位计曲线更加平滑 如何解决 29 如何解决 锅炉汽包水位测量系统配置原则锅炉汽包水位测量 控制和保护系统是属于IEC61508和IEC61511安全标准中指出的安全仪表系统 SafeInstrumentationSystem 简称SIS 它的应用不当造成的事故危害性极大 根据当前技术发展水平 它的配置设计至少应遵循下列原则 1 锅炉汽包水位测量系统的配置必须采用两种或以上工作原理共存的配置组合 以防止系统性故障 2 配置的汽包水位测量系统应是经充分的实践证明是安全可靠 能消除汽包压力影响 全程测量水位精确度高 可确保锅炉点火后就能投入正常工作 包括保护 的产品 不允许将达不到上述要求或没有成功应用业绩的不成熟产品在锅炉上应用 3 严格遵循锅炉汽包水位控制和保护独立性的原则 最大限度的减少故障风险 并降低故障停炉机率 4 汽包水位至少应配置两种互相独立的监视仪表 5 汽包水位保护和控制的测量系统至少应按三重冗余的原则设计 6 汽包水位测量信号应采取完善的坏信号检查手段 以便及早发现异常 30 如何解决 第5 2 1条锅炉汽包水位测量系统应采用两种或两种以上工作原理共存的配置方式 第5 2 2条应至少设置一套独立于DCS及其电源的汽包水位显示仪表 第5 2 3条除按5 2 2条规定配置汽包水位显示仪表外 锅炉汽包水位测量系统的配置可采用以下两种方式 a 3套差压式水位测量装置和2套电极式水位测量装置 b 6套差压式水位测量装置和1套电极式水位测量装置 根据当前技术发展 锅炉应配置1套独立水位计 3套差压式水位测量装置和2套电极式水位测量装置 这个三种工作原理共存的配置方式较为理想 3套差压式水位测量装置用于汽包水位控制系统 2套电极式水位测量装置和3套差压式水位计三选中用于汽包水位保护系统 此外 采用当今最新测量技术后 虽然无论是差压式测量装置和电极式测量装置均能做到准确 全程测量汽包水位 但是考虑到启动时差压式测量装置可能会受诸多因素的影响 例如差压取样管冲洗 泄漏 正负压取样管有温差等 因此 建议锅炉启动时应以电极式汽包水位测量装置为主要监视仪表 这种配置也能满足这种要求 31 目前已在国内800多台锅炉上应用 效果理想 技术成熟各水位计全过程 全范围内同侧偏差在30mm以内 瞬态不超过50mm 启炉后很短时间内就能投入汽包水位保护 电极平均无故障26000小时 云母水位计可两年更换一次云母组件 基本上免冲洗 基准表标定其他水位计 满足 火力发电厂锅炉汽