火力发电厂汽包水位测量原理及相关标准讲解

1、火力发电厂汽包水位测量原理 及相关标准讲解 讲解人：程利平 第一章 简述 汽包锅炉的汽包水位会因负荷、燃烧工况 和给水压力等参数的变化而波动，汽包水 位是汽包锅炉运行中一个非常重要的监控 参数，它间接反映了锅炉负荷（即锅炉所 产生的蒸汽量）和给水量之间的物质平衡 关系，保持汽包内的正常水位在一定的允 许范围内是保证锅炉和汽轮机安全运行的 最重要条件之一。 当汽包水位过高时，一方面由于汽包内蒸汽空 间高度减少，会增加蒸汽携带的水份，另一方 面水位过高也会影响汽包内汽水分离装置的正 常工作，造成出口蒸汽中水份过多，蒸汽品质 变坏，从而极易引起过热器管壁和汽轮机叶片 沉结盐垢而使之过热，导致蒸汽管金

2、属强度降 低而发生爆管、过热器烧坏和汽机效率的下降。 严重满水时，会使主汽温急剧下降，直接影响 机组运行的经济性和安全性，若蒸汽带水严重， 则会使蒸汽管道和汽机受到水或冷蒸汽的冲击， 甚至造成汽机叶片断裂事故，损毁汽轮机设备。 水位过低则会破坏锅炉的正常水循环工况，使 水冷壁管的安全受到威胁。如果在炉水循环泵 的进口水中带有蒸汽，就可能发生泵的汽蚀现 象，使泵的正常工作遭到破坏。如果出现严重 缺水而又未能及时进行正确处理时，则可能因 水冷壁管供水不足而引起水冷壁管壁烧坏破裂。 可见，在锅炉运行中，对汽包水位监控不当， 或设备存在缺陷而发生缺水、满水事故时，都 会造成巨大的损失。尤其对于现代大型

3、锅炉， 汽包水容积相对较小，而蒸发量又大，如给水 中断而锅炉继续运行，则只需不到十秒钟，汽 包水位就会消失。如果不是给水中断，而只是 给水量与蒸发量不相适应，则也会在几分钟之 内发生缺水或满水事故。 由此可见，锅炉汽包水位的控制是十分重要的。 第二章汽包水位的测量方式 火力发电厂中在汽包水位的测量中经 常采用的方法为双色水位计、差压式水位 计以及电接点水位计。其中双色水位计用 到就地显示，利用工业电视技术在主控实 现监视；差压式水位计最为常用，作为水 位调节的被调参数；因为电接点式水位计 在汽包水位的测量中用的较少，本章着重 介绍双色水位计和差压式水位计。 一、双色水位计 1.工作原理 由光源

4、发出的光通过红、绿滤色镜片，射 向水位计本体液腔。在腔内汽相部分，红光 射向正前方，而绿光斜射到壁上被吸收。而 在腔内液相部分，由于水位的折射使绿光射 向正前方，而红光斜射到壁上，因此在正前 方观察，显示汽红水绿。 （绿色） （红色） 红色 绿色 有水状态 绿色 红色 无水状态 压力压力mpa12 d:mm40 测量情况： 当水位计中水的密度等于饱和水密度 时，水位计的水位即是重量水位。 水位计放置在汽包外，由于散热，使 水位计中水柱温度低于饱和水温度。说明 水位计的水位已不是重量水位，指示偏低 h。 (h+h)wg=h1g+hsg h（1w)（ws）*h 随着水位计中水的温度降低，1增大，

5、h增大，即水位指示偏差增大。 二、差压式水位计 汽包水位测量广泛采用差压式水位计 的测量，其平衡容器通常有单室平衡容器、 双室平衡容器以及内置式平衡容器，本节 将着重介绍这三种平衡容器。 、单室平衡容器 单室平衡容器又叫简单平衡容器 ,如图 1 所 示 ,其结构简单 ,安装方便 ,但测量误差较大 。 当锅炉在额定汽压运行 ,水位为正常水位时 , 其输出的差压p 比较稳定 ,测量较准确 ; 当 汽压下降时 (即使此时的水位保持不变 , 正 压侧压力 ( p+) 变化不大) , 负压侧的压力( p-) 将显著增大 ,致使平衡容器输出差压减小 ,水 位表指示偏高 。 由图 1 可以得到水位测量关系式

6、 : p = p + - p-= l (c- s) g - h (w-s) g (1) 或 hl (c- s) g (w- s) g(2) 图 1 和式 (1) 、式中 :c为平衡容器内水密 度 ,kg/m3; w为汽包内饱和水密度 ,kg/ m3; s为汽包内饱和汽密度 ,kg/ m3; g 为重力加速度 ,m/ s2; h 为汽包水位 ,m ; 为平衡容器输出差压 ,kpa ; l 为水位计量程 ,m。 由图 1 可以看出 ,正压侧压力 p + 由恒定的水柱高度 维持 (汽包内的蒸汽经过正压侧一次门“1”注入平衡 容器内并凝结成水 ,利用溢流原理将多余的水流回 汽包 。) ,负压侧压力 p

7、-则随汽包水位变化而变化 , 所以p 即随汽包水位而变化 。 但是 ,由于汽包内的饱和水与平衡容器内的冷凝水 温度不同 (即密度不同) ,会导致测量误差 。为了减 少此误差 ,通常是使平衡容器的安装标高 (正负压取 样管的垂直距离 l ) 与二次显示仪表的刻度全量程一 致 ,并在二次表校验时 ,按运行额定参数和环境平均 温度 ,考虑密度影响的修正值 。单室平衡器一般用 于测量低温 、低压容器的水位 ,在用于测量锅炉汽 包水位时 ,要运用水位测量的汽压自动校正系统才 能实现较准确的测量 。 二、双室平衡容器 双室平衡容器 (简单双室平衡容器) 的结构如图 2所示 。 双室平衡容器的正压侧与单室平

8、衡容器一样 , 维持恒定水柱高度 ,负压侧置于平衡容器内 ,上 部比正压管下缘高 10 mm 左右 ,下部与汽包的 水室相连通 ,其水柱高度随着汽包水位的变化 而变化 。双室平衡容器的优点是内外 2 根管内 水的温度比较接近 ,减少了采用单室平衡容器 因正负压取样管内水的密度不同所引起的测量 误差 ,但是 ,由于平衡容器内的温度远远低于汽 包内的温度 ,故负压管内的水位比汽包实际水 位偏低 ,因而产生测量误差 。当汽压和平衡容 器环境温度变化时 ,此误差是个变数 。双室平 衡容器的水位测量关系式与单室平衡容器相 同 。 三、内置式平衡容器 4 l 8 7 2 6 3 1 5 1、 冷 凝 罐

9、2、 汽 侧 管 3、 正 压 取 样 管 4、 负 侧 取 样 管 5、 dcs 6、 差 压 变 送 器 7、 汽 包 8、 平 衡 罐 9、 备 用 正 压 取 样 管 l h0 h 1 2 9 dnz系列汽包内置水位平衡容器是根据多年来的工 程实践而开发的，它克服了环境温度对单室平衡容 器及参比水柱内水密度的影响，使信号更稳定，测 量的附加误差更小，补偿公式更简单，结果更准确。 众所周知，单室平衡容器及参比水柱内水的温度受 环境温度和风向以及容器的结构、表管的走向布置 影响较大，而水的密度与水的温度关系较大，一个 较小的差压误差，经补偿计算后会增加近2倍的误 差，给水位测量带来较大的一

10、个随机误差。汽包内 置水位平衡容器，将单室容器置于汽包内部，使其 水容器和参比水柱永远处于饱和环境下，克服了参 比水柱水温难以测量的不足，从而使信号更加稳定。 dnz系列汽包内置水位平衡容器提供了一个更加稳 定、可靠、准确的差压信号，从而使您的汽包水位 测量、调节和保护更加真实可信。 汽包内置水位平衡容器的原理如图所示： 汽包内置水位平衡容器的原理简述： 汽包内置水位平衡容器主要由1冷凝罐、3正压 取样管、5 dcs、6差压变送器、8平衡罐等组 成。汽包运行过程中饱和蒸汽进入到冷凝罐中 冷凝成饱和水回流到平衡罐中，参比水柱所形 成的静压通过正压取样管引到差压变送器的正 端，汽包内的水通过水侧取

11、样管引到差压变送 器的负端，这样差压变送器输出差压信号给 dcs，在dcs中通过压力补偿计算得出汽包内的 水位。这样做没有了环境温度对参比水柱密度 的影响，计算出来的结果就更接近于汽包中的 实际水位，能够真正反映汽包真实水位。 原理图中：l为平衡罐上边沿到水侧取样管 中心线的距离，h0为汽包设计0水位线到水 侧取样管中心线的距离，h为现在水位线 相对于0水位线的差值，1为饱和水的密度， 2为饱和汽的密度。 由此我们可以列出下列公式：h=l- h0-p/ （1-2）。从公式中我们可以看出，水位只 与饱和水和饱和汽的密度有关，而密度与 压力有关，我们只要测出汽包压力就可以 从密度表中查出密度，代入

12、公式即可计算 出水位。 汽包内置水位平衡容器的优点： 由于将平衡罐安装在汽包内，使平衡罐及引出 管中的水的温度为汽包内饱和水的温度，其密 度为饱和水的密度，这样在进行补偿计算时就 有相对稳定的参数，可以准确计算出汽包水位。 由于在汽包的汽侧取样管上焊接有冷凝罐，可 以及时向平衡罐中补充冷凝后的饱和水，可以 保证在起炉不久就投入汽包水位。 备用正压取样管，防止内置式平衡罐出现意外 后可将正压表管与之相连。这样就与现行的外 置式单室容器一样，以防万一。 第三章火力发电厂关于汽包水位 测量的要求 为了保证火力发电厂锅炉的安全运行， 根据防止电力生产重大事故的二十五项 重点要求中的“防止锅炉汽包满水和

13、缺 水事故”的有关要求，对汽包水位的测量 提出以下要求。 、水位测量系统的配置、水位测量系统的配置 .新建锅炉汽包应配备2套就地水位表和3 套差压式水位测量装置，2套就地水位表中的1 套可用电极式水位测量装置替代。在役锅炉汽 包可根据现场实际和新建锅炉的配置要求进行 相应的配置。 .锅炉汽包水位的调节、报警和保护应分 别取自3个独立的差压变送器进行逻辑判断后 的信号，并且该信号应进行压力，温度修正。 .就地水位表可采用玻璃板式、云母板式、 牛眼式。 .水位测量装置的水位测量装置的安装安装 .每个水位测量装置都应具有独立的取样 孔。不得在同一取样孔上并联多个水位测量装 置，以避免相互影响，降低水

14、位测量的可靠性。 .水位测量装置安装时，均应以汽包同一 端的几何中心线为基准线，采用水准仪精确确 定各水位测量装置的安装位置，不应以锅炉平 台等物作为参比标准。 .安装水位测量装置取样阀门时，应使阀 门阀杆处于水平位置，水位测量装置汽侧取样 管与水侧取样管间可加装连通管。 .水位测量装置的开孔位置、取样管的管 径应根据锅炉汽包内部部件的结构，布置和锅 炉的运行方式，由锅炉制造厂负责确定和提供 .就地水位表的安装 就地水位表的零水位线应比汽包内的零水 位线低，降低的值取决于汽包工作压力,若现 役锅炉就地水位表的零水位线与锅炉汽包内的 零水位线相一致，应根据锅炉汽包内工作压力 重新标定就地水位表的

15、零水位线，具体降低值 应由锅炉制造厂负责提供。 安装汽水侧取样管时,应保证管道的倾斜 度不小于100：1，对于汽侧取样管应使取样孔 侧高，对于水侧取样管应使取样孔侧低(见图1)。 汽水侧取样管、取样阀门和连通管均应良 好保温。 .差压式水位测量装置的安装 差压式水位测量装置的平衡容器应为 单室平衡容器，即直径约loomm的球体或 球头圆柱体(容积为300-800ml)，容器前汽 水侧取样管可有连通管。 安装汽水侧取样管时，应保证管道的 倾斜度不小于100：1，对于汽侧取样管应 使取样孔侧低，对于水侧取样管应使取样 孔侧高(见图2)。 禁止在连通管中段开取样孔作为差压 式水位测量装置的汽水侧取样点图3 连通管 中段开取样孔的示意图 汽水侧取样管、取样阀门和连通管均应良 好保温。平衡容器及容器下部形成参比水 柱的管道不得保温。引到差压变送器的两 根管道应平行敷设共同保温，并根据需要 采取防冻措施。 .水位水位测量装置的运行和维护测量装置的运行和维护 1差压式水位测量装置进行温度修正所选取 的参比水柱平均温度应根据现场环境温度确定， 并且应定期根据环境温度变化对修正回路进行 设定。 2锅炉启动前，应确保差压式水位测量装置 参比水柱的形成。锅炉汽包水位的监视