汽包水位技术改造与校正项目

-1-编号：福建省龙岩发电有限责任公司技措项目可行性研究报告书项目名称：2号炉汽包水位技术改造与校正项目项目申请单位：检修部_项目实施单位：________大修单位____________可行性报告编写单位或编写人：刘晓林____项目申请单位盖章2007年9月5日-2-福建省龙岩发电有限责任公司技措项目可行性研究报告书项目名称2号炉汽包水位技术改造与校正项目申请单位检修部报告编写人刘晓林需配合单位检修部，安监部会签估算费用（万元）9万元项目负责人大修单位配合单位意见设备使用部门意见策划部意见安监部意见计经部意见财务部意见审定人意见批准人意见备注-3-福建省龙岩发电有限责任公司技措项目可行性研究报告书一、概述（设备运行现状）运行中，汽包水位测量，随着汽包压力的增大，变送器水位显示与电接点水位显示偏差110~120mm,与就地双色水位计显示偏差90~100mm,压力越小相差越小。任意两个水位信号偏差远远超过30mm。-4-福建省龙岩发电有限责任公司技措项目可行性研究报告书二、改造的必要性（设备存在问题、改造成熟的先例）一．设备存在问题：额定工况下，汽包水位测量，随着汽包压力的增大，变送器水位显示与电接点水位显示偏差110~120mm,与就地双色水位计显示偏差90~100mm。二．汽包水位系统改造主要依据：1）汽包水位差压水位计压力补偿测量理论和液体连通器测量理论。2）国家电力公司国电发[2000]589号《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》条文“8.5按规程要求对汽包水位计进行零位校验。当各水位计偏差大于30mm,应立即汇报，并查明原因予以消除。”3）国电发（2001）95号“关于印发《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）》的通知”。4）DRZ/T01-2004电力行业热工自动化标准化技术委员会标准《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》。5）在汽包水位改造项目的成功经验，有吉林热电厂、双鸭山第一发电厂、七台河发电厂、富拉尔基第二发电总厂、朝阳发电厂、大同第二发电厂、国电宣威发电厂等电厂汽包水位改造。-5-福建省龙岩发电有限责任公司技措项目可行性研究报告书三、改造方案(设计说明、设计图纸、对原设备系统的变动)前言一．目的：消除电接点水位计，就地双色水位计，水位变送器测量三者之间的水位显示，在锅炉额定工况下，偏差在50mm以内。二．锅炉汽包水位测量系统现有配置1．汽包左右侧各装有一套TC-SMW-III（B）型（七窗式）就地长窗式双色水位计。通过工业电视可在集控室BTG盘上监视双色水位。2．汽包左右侧各装有一套UDZ-191A型智能电接点双色水位计。二次表在集控室BTG盘上显示水位状态，并在水位异常时进行声光报警。3．汽包水位的控制和保护分别取自3个独立的差压变送器进行三取中逻辑判断后的信号。3个独立的差压变送器信号分别通过3个独立的I/O模件，引入DCS的冗余控制器，并在DCS上监视汽包水位。三．省内电厂汽包水位测量了解根据咨询，厦门嵩屿电厂，装机4×300MW，一期2台机组汽包水位测量配置与我厂相同，即电接点水位计2个，双色水位计2个，差压变送器测量3个，各水位测量表计之间偏差也在100mm左右；二期2台机组，由于考虑到一期汽包水位测量中各水位计之间的偏差较大，在二期中取消了电接点水位计的测量，差压变送器由3个增加到6个。南普电厂，装机2×300MW，改造电接点水位计为通过调整汽水阻尼器，依导电特性判断汽水密度，将电接点水位计的偏差，往差压变送-6-器测量显示值靠。媚州湾电厂，装机2×396MW，通过有压力修正和温度补偿的差压式水位计，在DCS系统中引入偏差修正系数，消除各汽包水位计测量之间的偏差大问题。四．汽包水位测量系统的现状及存在的问题：1．#2炉汽包现有水位计配置如下图所示：右侧左侧汽包云母水位计老式单室平衡容器老式单室平衡容器老式单室平衡容器电接点水位计云母水位计电接点水位计汽包水位取样测孔共计7对。其中左、右端头的各安装一台就地云母水面计和电接点水位计。前面安装三台老式单室平衡容器。2．存在问题（1）现安装的单室平衡容器从结构和安装上存在的问题：单室平衡容器正压管由上部垂直向下引出，造成参比水柱自上而下较大的温差，在不同工况下会造成较大温差。建议更换室温型或内装式平衡容器。老式单室平衡容器误差分析：正、负压管输出的压差值△P按下式计算：ggLswsa(1)或改写成ggLswsa(2)式中：a——参比水柱(P+侧水柱)的密度w——汽包内饱和水密度s——汽包内饱和蒸汽密度-7-H——汽包内实际水位这里饱和蒸汽和饱和水的密度（s、w）是汽包压力Ｐ的单值非线性函数，通过测量汽包压力可以得到，而参比水柱中水的平均密度a通常是按50℃时水的密度来计算的，而实际的a具有很大的不确定性与50℃时水的密度相差很大是造成测量误差的主要原因之一。根据某电厂条件下的计算，参比水柱平均温度对水位测量的影响如表所示。参比水柱平均温度对水位测量的影响表(40℃为基准)温度（℃）406080100120130140160影响值(mm)-9.633.262.391.4108125162从上表可知，如果参比水柱的设定温度值为40℃，当其达到80℃时，其水位测量附加正误差33.2mm；当参比水柱温度达到130℃时，其水位测量附加正误差高达108mm。（2）现在装的就地云母水位计内的水温要远低于汽包内的饱和水温度，其密度高于饱和水的密度，从而水位低于汽包内的实际水位，而且云母片易起层水化，云母窗易结垢，不能清晰观察水位。建议更换为热补偿式超高压无盲区半导体云母双色水位计或者汽包水位低偏差云母水位计。连通器原理水位计测量误差简要分析图四、联通管式水位计原理图如图四所示，联通管式水位计的显示水柱高度Hˊ可按下式计算：-8-sasw(3)式中H——汽包实际水位高度Hˊ——水位计的显示值s——汽包内饱和蒸汽密度w——汽包内饱和水密度a——水位计测量管内水柱的平均密度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：sawa(4)由（4）式可以看出，基于联通管式原理的汽包水位计显示的水柱值不仅低于锅炉汽包内的实际水位，而且受汽包内的压力、水位、压力变化速率以及水位计环境条件等诸多因素影响，水位计显示值和汽包内实际水位间不是一个确定的、一一对应的关系，而这一偏差在汽包零水位时可达50-200mm，就是同一台无盲区云母水位计的两个测量管中的水位在0水位附近相差10-20mm，水位越高误差越大，水位越低误差越小。这一误差只是一个环境温度和结构不同而造成的，试想，在汽包不同位置取样，不同结构的连通式水位计在汽包0水位时，其相差要控制在30mm之内是困难的。由于这一原因，无论使用的云母水位计、牛眼水位计、电接点水位计、射线液位计、液位开关如何好，其测量结果也是误差很大而不真实的。因此，即使我们按额定工况将水位计下移而使汽包正常水位时，水位计恰好在零水位附近，但是当工况变化时，仍将产生不可忽略的偏差。曾经在相当长时间内，锅炉运行时要求不管在什么情况下，都要求以上述联通管式水位计作为基准仪表，实际上是一个很大的误区。（3）电接点水位计也属于连通器原理水位计，因为温度无补偿所以有较大测量误差，并且电极易泄露。测量准确性和可靠性差，不能参-9-与保护。应更换伴热式电接点水位计或者温度补偿的GJT2000型高精度电接点水位计。汽包水位内装平衡容器汽包水位内装平衡容器结构原理如下图所示，参比水柱L的静压力为：-------（1）式中：L为平衡容器中参比水柱的高度；H为汽包实际水位高度；W为平衡容器中参比水柱(饱和水)的密度；g为重力加速度；a为汽包内水的密度；S为汽包内饱和汽的密度。相对参比水柱L的水侧仪表管压力为gHgHPaSL------(2)变送器所测得的差压值为PPPgHgHSWLL------(3)gHgHPaWL-10-汽包水位内装平衡容器原理图由公式（3）得：gPHSWL-------（4）采用汽包水位内装平衡容器测量汽包水位具有以下特点：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（3）可以看出变送器所测得的差压值P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意-11-外时，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。室温型单室平衡容器1)TPH—C室温型单室平衡容器与其它结构平衡容器相比，具有下列优点。a)由于进行了温度补偿参比水柱的密度值测量准确，测量精度高，可以实现大量程测量。b)平衡容器为室温（不打保温），不向外部散热因此节约能源。c)当汽包接近满水时，由于其参比水柱的密度远大于汽包饱和水的密度，因此产生的差压值不趋近于零，克服了差压变送器本身零点易漂移的问题。2)工作原理室温型单室差压水位计结构简图1、2。由于平衡容器位置下移，冷凝水充满了平衡容器，汽水热交换在阀门前进行，因此平衡容器内水温上下均与室温一致，参比水柱上下水的密度相同，压力对水的密度影响很小，所以只对其温度补偿，确定参比水柱密度。对汽包内饱和汽、水密度进行压力补偿，确定饱和汽、水密度。水位显示值按下式计算（双向显示）：h=[H(ρ-ρQ)-0.102×103△P]/(ρS-ρQ)-H0式中：h—汽包水位显示值、单位mm。H—水、汽连管中心距、单位mm。ρ—平衡容器内水的密度、单位kg/m3。-12-ρ装温度变送器ρρS零（正常）水位差压变送器三阀组汽连管导压管水连管室温型单室差压水位计结构简图1ρQ—汽包内饱和汽密度、单位kg/m3。ρS——汽包内饱和水密度、单位kg/m3。△P—测量的差压值、单位Pa。0.102×103—单位换算常数。H0—汽包水连管至零（正常）水位距离、单位mm。以上密度按GB/T2624确定密度进行补偿，亦可按近似公式补偿。-13-室温型单室差压水位计结构简图2QH0H导压管汽连管水连管三阀组差压变送器零（正常）水位ρSρ装温度变送器ρ五窗热补偿半导体无盲区超高压云母双色水位计TC-SMW22-IIBR型热补偿式超高压无盲区半导体云母双色水位计是我公司专为大型火力发电机组锅炉汽包水位监视而设计制造的新型就地仪表。在水位计内部增加伴热结构，利用饱和蒸汽加热水位计水样，再通过蒸汽冷凝后的饱和水加热和置换水位计内的水样，使水样温度接近汽包内的温度，消除因水样温度低造成的测量误差，能够真实反映汽包内的水位。经现场使用伴热效果良好，补充了水位差，基本上能够与汽包内部正常水位线一致。汽包水位低偏差云母水位计WDP汽包水位低偏差云母水位计（如图9所示），测量原理同GJT汽包水位高精度取样电极传感器一样，均属于联通管式汽包水位计。-14-WDP汽包水位低偏差云母水位计是利用汽包内的饱和蒸汽给水位计表体加热，阻止表体内的水向外传热再利用冷凝器内冷凝后的饱和水给表体内的水置换，加速表体内的水循环，从而使表体内的水温接近汽包内水的温度，水位计内的水位在任何时候、任何工况下，接近汽包内真实水位，达到正确监视汽包水位的目的。WDP汽包水位低偏差云母水位计，解决了锅炉汽包