锅炉启动初期汽包水位检测仪表故障原因分析及防范措施

摘要：以火电厂常用的几种汽包水位检测仪表为例，分析其工作原理和不同工况下的常见故障，结合火电厂几起锅炉启动期间因汽包水位表计异常运行导致的严重后果，分析其故障原因并阐述执行相关规程规定的重要意义，提出了加强技术管理、制度管理等方面的防范措施。 关键词：锅炉；汽包水位；故障分析；防范措施 引言 汽包水位检测仪表是现代火力发电厂最重要的监视仪表之一。汽包水位的错误指示，轻者造成保护误动、机组跳闸，重者导致锅炉管道过热损坏、汽轮机进水等恶性事故。因此，行业规程、电厂运行规程、检修工艺规程等均对汽包水位检测仪表的设计、选型、安装、运行、维护等做出了详细规定。但是，因机组运行工况变化，特别是锅炉启动期间各种因素的影响，由于汽包水位的不正常显示误导运行人员操作、甚至危及设备安全的现象仍时有发生。保证汽包水位的准确指示，提高机组启动期间安全性，是技术管理人员、运行人员必须长期关注的重要问题。 1. 几种汽包水位检测仪表的工作原理 1.1 差压式水位计 典型的单室平衡容器差压式水位测量系统如图1所示。其工作原理是：汽包内的蒸汽通过取样管在平衡容器中凝结成水，此水柱产生的压力作用在差压变送器上，作为差压变送器的参比端；汽包内的饱和水经取样管进入差压变送器，在一定的压力和温度下，此水柱所产生的压力与平衡容器水柱产生压力差，与汽包内水平面的高度成正比。 图1.差压式水位测量系统示意图 1.2 云母双色水位计 云母双色水位计是利用光在不同介质中呈现不同的折射率和反射特性，并借助于滤色片使液相呈绿色，气相呈红色来显示汽包水位的。由光源发出的光，通过红绿滤色片，射向水位计本体液腔。在腔内气相部分，红光射向正前方，而绿光斜射到腔壁上被吸收；在腔内液相部分，由于水的折射，使绿光射向正前方，而红光斜射到腔壁上被吸收。因而在正前方观测时，可看到水位计显示气红液绿，清晰透明。 1.3 磁翻板液位计 磁翻板式双色液位计，是以磁性浮子为感测元件，并通过磁性浮子与显示色柱中磁性体的磁耦合作用，反映出被测液位或界面，并应用连通管原理，保证被测容器与测量管体间的液位相等，当测量管中的浮子随被测液位等量变化，浮子中的磁性体与显示板上显示色柱中的磁性体作用，使色柱翻转，红色表示无水，绿色表示有水，从而达到就地显示水位的目的。 1.4 电接点水位表 电接点水位表是利用炉水和蒸汽的导电率差异的特性进行测量液位的。由于液位的变化使部分电极浸入水中，部分电极置于蒸汽中，在炉水中的电极对筒体阻抗小，而在蒸汽中的电极对筒体的阻抗大，利用这一特性，可将非电量的水位转化为电量，送给二次仪表，从而实现水位的显示、报警输出等功能。 2. 机组启动期间，影响汽包水位检测仪表的因素及消除措施 机组启动期间，由于锅炉汽包内压力没有建立，水位计、平衡容器等处温度与环境温度接近相同，汽包内水质不同于正常工况下的水质等因素，对上述采用不同原理的水位检测仪表带来不同的影响。 2.1 汽包及环境低温的影响 2.1.1锅炉启动时，差压式水位计平衡容器内无法凝结成参比水柱。 由于汽包内温度低、压力低，蒸汽不能在平衡容器内自行凝结，无法建立参比水柱。为此，需采用人工向平衡容器内注水的方法，同时，尽可能排出取样管路中的空气泡，使差压变送器的正负取样管路全部充满水。同时，运行人员升降汽包水位，观察差压水位表显示值变化是否与实际水位相符并验证水位高低报警和跳闸值动作情况，即所谓汽包水位保护信号的传动试验。 当冬季气温特别低时，差压式水位表平衡容器及与其连接的取样管，由于暴露在空气中（设计规程规定），极易发生结冰的情况。为此，需加装临时保温措施，或对汽包小室进行保温、投用暖气，确保室内温度不低于0℃。 2.1.2 冬季云母双色水位计、磁翻板水位计因气温太低发生的错误指示 锅炉启动汽包上水后，由于温度低，水位计的部分管路暴露在空气中，极易发生结冰现象；尤其是其隔离阀手轮、阀杆等与冷空气直接接触，散热较快，与阀门连接的管路中有可能首先结冰，而水位计中的水不一定同时结冰，因此，会造成水位计中水位正常的假象，误导运行人员。某电厂曾发生过这样一例双色水位计的特殊故障：冬季气温较低时，云母双色水位计汽侧隔离阀门结冰，水位计只有水侧与汽包联通，从水位计中可以看到水位处于正常位置；升降水位时，水位计的液面也相应变化，使运行人员误认为水位计正常。出现这种情况的原因是：隔离在汽侧取样管路内的气泡，因水位升降被压缩或扩涨，使水位计中的水位随汽包的上水或放水变化，但其变化速度却远远低于实际水位，因此，上述故障如不能及时发现，会造成锅炉满水或断水的严重后果。 2.1.3 低温下电接点水位计的电极挂水、结冰影响显示 电接点水位计的测量筒、隔离阀门，除会因低温发生与双色水位计和磁翻板水位计同样的故障外，电接点水位计的电极，当锅炉刚上水时，还会出现水汽凝结现象，电极上形成水珠，俗称“挂水”，挂水后形成电极间联通及低温下水珠结冰，同样会造成水位显示的错误。 综上所述，防止低温对水位表计的影响，主要是采取合理的保温措施，确保汽包小室的环境温度不低于0℃，或有针对性的采取临时保温措施，保证汽水取样管路与汽包的可靠联通。 2.2 汽包零压力下投用伴热装置后对水位测量系统的影响 伴热装置是冬季防止汽包水位测量管路结冰的一项措施，机组正常运行工况下，其发热量的大小对水位测量的影响较小，但锅炉启动初期，特别是汽包压力为零时，伴热装置的发热量过大，有可能对汽包水位的正确测量产生重大影响。某电厂曾发生过这样一种特殊故障：冬季锅炉启动时，汽包双色水位计、磁翻板水位计均显示正常，但差压水位表多次出现大幅度波动，波动范围达几百毫米，无法正常监视。检查发现，由于差压式水位变送器取样管路保温较厚，取样管上缠绕的伴热电缆功率较大，使取样管中的凝结水温度升至100℃左右，此时，由于汽包压力为零，取样管中的水发生了沸腾，导致水位显示大幅度波动。临时停用伴热电缆后恢复正常。当汽包压力上升至额定压力时，取样管中的水温虽然还是100℃左右，但远低于沸点，因而不会发生汽化。解决此问题的措施，一是环境温度高于0℃时，及时停用伴热装置，二是采用自动温控装置或降低伴热装置的发热量，确保取样管路中的水既不低于0℃，也不高于100℃。 2.3 锅炉冷态启动对双色水位计的影响 在生产现场常出现这样一种情况：机组冷态时，双色水位计调整好以后，锅炉点火时，水位计显示发生不清晰的现象。究其原因，一是锅炉由冷态变为热态时，汽包及与之相连接的水位计、汽水管路、阀门及支架膨胀，相对位置发生了变化，从汽包水位电视中所看到的双色水位计显示效果不如冷态时理想，需再进行反复调整。二是锅炉升温升压后，新更换的云母片、密封件随温度升高、压力升高，其厚度、颜色发生变化，密封件膨胀变形后扩散至云母片处，影响透光。防范措施是，从水位计、取样管路、摄像机柜等的设计、安装、调试各个环节把好关，选用业绩良好、信誉好的设备厂家，提高设备可靠性。 2.4 汽包水质对电接点水位计的影响 锅炉启动时，汽包内的水质与正常工况下的水质不同，对于经过深净化处理的炉水，由于其导电度低，根据电接点水位表的测量原理可知，水、汽不易区别，有时会造成二次表显示水位不准，或水柱间断显示，误发水位报警信号等异常现象。采取的措施是：二次表采用智能动态测量补偿技术的表计，提高炉水和汽体的分辨能力。 3. 结论 从技术上采取各种措施，提高汽包水位测量表计的可靠性，只是保证测量准确性的一项基础工作，要确保锅炉启动期间锅炉不满水、不断水，更需要运行人员、检修人员的精心操作、精心检修，以及各级生产管理人员和指挥人员严格执行运行规程、行业规程和各项管理制度，才能最终杜绝恶性事故的发生。 参考文献: [1] 《磁翻板式液位计说明书》，P1. [2] 《电接点液位计说明书》，P1. 作者简介：宋益纯，（1968-），国电山东石横发电厂，仪控分场专工，大学本科毕业，工程师、高级技师。曾从事电厂热工仪表及自动控制装置检修维护、DCS系统检修维护、热控系统技术改造等工作。 写稿日期：2007年6月9日 联系电话：0538-3672712 单位地址：山东省肥城市石横镇 邮政编码: 271621