新型汽包水位测量及保护系统的应用前景与回报分析

（秦皇岛华电测控设备有限公司  杨广宇 秦皇岛 066000）

The Market Prospect and Recompense Analysis about 

New Type of Boiler Drum Water Level Controlling System

 （Qinhuangdao HuaDian Survey Instrument and Controller CO.,LTD  Yang guang yu Qinhuangdao 066000）

 

摘要：保持锅炉汽包水位在正常范围内是锅炉运行的一项重要的安全性指标。锅炉运行中，我们是通过锅炉汽包水位测量系统来监视和控制汽包水位的。当汽包水位超出正常运行范围时，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。由于锅炉汽包水位测量和控制问题而造成恶性事故时有发生，严重影响火电厂运行的安全性。因此，锅炉汽包水位测量系统是机组安全运行的极端重要的系统,其直接和间接的社会和经济效益要远远大于前期投入。

 

关键词：汽包；锅炉汽包水位测量系统；汽包水位

 

Abstract：It is the Operational Safety Indicators for utility boiler that maintaining in the normal range of Water Level. 

We control and supervised the water level with Water Level Controlling System .For Ensuring the utility boiler and steam turbine safety, 

the Alarm System would give an alarm when the water level outside the normal range. It threaten the safety of Thermal Power Plant 

that occasionally occur accident in the water level and controlling question. So the water level controlling was of extreme importance in Operation, 

and the advantages of direct or indirect social and economic benefits.

 

Key words：Steam drum; Water Level Controlling System; Water Level

 

0 引言

锅炉汽包水位测量系统是通过一种或多种测量传感器对锅炉汽包水位测量，

由控制系统或保护装置对汽包水位进行控制、调节、显示及报警保护功能，实现对锅炉汽包水位进行测量、保护动作和监视的保护系统。

它是锅炉汽包水位保护系统是防止锅炉汽包满水和缺水，从而防止蒸汽带水和锅炉干烧事故发生的重要测量及保护系统。

传统锅炉汽包水位测量及保护系统组成：

Ø 汽包水位计

连通管原理水位计：电极式测量传感器（电接点水位计）、就地双色水位计（云母水位计）、磁翻板水位计等水位计；

差压式原理水位计：平衡容器式水位计。

Ø 保护系统

在分布式控制系统（DCS）或汽包水位保护装置中进行组态和逻辑分析判断。

传统锅炉汽包水位测量及保护系统由于设计及环境条件的影响在汽包水位测量的准确性及稳定性方面具有很大的误差及不稳定缺点，汽包水位保护逻辑也具有一定的缺陷，如：保护误动、保护拒动。这些都使锅炉运行有很大的安全隐患。

新型锅炉汽包水位测量及保护系统是由高精度电极式测量传感器、内置式单室平衡容器式水位计、无盲区低偏差云母水位计和成熟的保护逻辑组成的，它具有更高的准确性、更好的稳定性以及更强的可靠性。

 

1 传统汽包水位测量系统误差分析

我国一次能源以煤为主，因此电力工业的发展也是以煤电为主。据中电联统计：截止2008年底我国火力发电厂装机容量占总装机容量的75.87%（如图1所示）。现役火力发电厂锅炉除直流循环炉以外绝大部分都装有汽包水位测量及保护系统，并且此系统基本为锅炉出厂配套的传统汽包水位测量及保护系统，对此进行误差分析如下：

图1 截止2008年底我国发电装机容量统计数据

 

Ø 连通管式水位计测量原理及误差分析

连通管式水位计是利用水位计中的水柱与汽包中的水柱在连通管处有相等的静压力，从而可以用水位计中的水柱高度来间接反映汽包中的水位，因此，也称为重力式水位计，其水位称为重力水位。

连通管式水位计的显示水柱高度

H可按下式计算：

式中  H――汽包实际水位高度    

H――水位计的显示值 

 ――汽包内饱和蒸汽密度

――汽包内饱和水密度

 ――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，总是大于，水位计中的显示值总是低于汽包内实际水位高度，它的示值误差：

 

可见，基于连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、锅炉负荷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。曾经在相当长时间内，锅炉运行时要求不管在什么情况下，都要求以上述连通管式水位计作为基准仪表，实际上是一个很大的误区。

Ø 差压式锅炉汽包水位计的原理和误差

汽包水位与差压之间不是一个单变量函数关系，更不是一个线性函数关系；饱和水密度和饱和蒸汽密度的变化将影响测量结果，而饱和水密度和饱和蒸汽密度与汽包压力特定的函数关系。因此，汽包压力的变化将影响差压水位计的测量结果。此外，参比水柱温度变化同样也会影响差压水位计的测量结果。以L=600mm为例，计算表明：

 (40℃为基准)

温度（℃）	40	60	80	100	120	130	140	160
影响值(mm)	-	9.6	33.2	62.3	91.4	108	125	162

― 表1 ― 参比水柱平均温度对水位测量的影响表

 

由此可见，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，而且误差值大小在不同水位高度还是不同的。

 

2 新型汽包水位测量系统改进及特点

根据国家电力公司先后于2000年在《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中增加了第八项“防止锅炉汽包满水和缺水事故”和2001年下发了和《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）》的相关规定，先后于部分火力发电厂改造了新型汽包水位测量系统（主要配置如图2所示）， 机组容量覆盖了从100WM～600WM，并取得了明显效果。

 

 

图2 汽包水位测量系统配置图

下接《新型汽包水位测量及保护系统的应用前景与回报分析（中）》