因温度补偿导致汽包水位波动的故障分析

因温度补偿导致汽包水位波动的故障分析

何大圣

茂名臻能热电有限公司 广东茂名 525000

摘要：简述了机组运行期间因补偿温度故障导致汽包水位大幅度波动的事件经过，分析并改进了测量和控制逻辑中存在的一些问题，使水位的测量更加的准确、可靠。

关键词： 汽包水位 温度补偿

1. 引言

汽包作为加热、蒸发、汽化三个过程的连接点和分界点，在汽水循环中起着重要的作用，而汽包水位是汽包中最重要的一项监测数据，对机组的安全经济运行起着重要影响。汽包水位过高会导致汽水品质恶化，减少设备的使用寿命，甚至会造成水冲击损坏汽轮机；汽包水位过低会导致排污失效，甚至会造成锅炉干烧，由此可见安全并准确地测量汽包水位十分必要。

2. 水位波动的事件经过

某厂330MW机组锅炉为亚临界自然循环炉，对于汽包水位的检测配备了差压式水位计、双色水位计和电接点水位计三种，其中双色水位计和电接点水位计主要用于运行对于水位的辅助监测和判断，差压式水位计用于汽包水位的自动调节和保护。差压式水位计采用的是单室平衡容器的补偿方式，在汽包的两侧分别配备了两个横河川仪的差压变送器，再送到DCS进行补偿计算。

某日下午，机组运行人员发现汽包水位光字牌发“汽包水位异常”报警，观测CRT画面发现四个差压水位计均显示坏点，两台汽动给水泵退出自动调节，并且结合双色水位计工业电视观测到汽包水位在大范围的波动。热工人员就地检查引压管接头并无泄露，差压变送器工作正常并且就地显示面板的差压数值随着水位的变化而变化；检查DCS组态发现汽包水位差压正常、补偿压力正常，但补偿温度显示坏点，检查就地热电阻发现a线与c线间电阻无穷大热电阻已损坏。更换热电阻后汽包水位恢复正常，运行人员观察汽包水位稳定后投入给水自动调节。

3. 水位的测量原理

此锅炉汽包水位采用的是单室平衡容器的测量方式，其水位的计算公式为：

其中h为水位（单位：m），ρ凝为平衡容器内凝结水密度（单位：kg/m3）,ρ汽为饱和蒸汽密度（单位：kg/m3），ρ水为饱和水密度（单位：kg/m3），g为重力加速度（单位：m/s2）,L为正负压侧取压管的高度差（单位：m）,ΔP为差压（单位：Pa）。

在公式中，g、L为常数，在ρ凝、ρ汽和ρ水保持不变的情况下，汽包水位h是只与差压ΔP相关的线性函数，但在实际上ρ凝、ρ汽和ρ水受压力、温度等因素的影响，即使水位保持不变，温度、压力引起的密度的变化也会引起差压的变化，从而造成测量误差。ρ汽和ρ水为饱和状态下蒸汽和水的密度，在饱和状态下压力和温度有对应关系，所以其密度可以看成是压力的函数，而ρ凝的大小同时受到温度跟压力的影响，但由于温度的影响远大于压力的影响，可视为工作在额定压力下关于温度的线性函数。

该机组采用的是新华XDPS6.0版本的DCS控制系统，有专用的功能块Lvlcomp进行汽包水位的补偿计算，其内部的补偿函数已经构建好用户无法修改，通过搭建组态逻辑对汽包压力为16MPa下温度变化引起的水位变化进行模拟，当温度变化为50℃时，水位变化为46mm；保持温度为90℃，当压力变化5MPa时，水位变化为3mm，可见温度对于汽包水位补偿的影响远大于压力的影响。

4、原因分析及整改

4.1温度元件的整改

就地检查温度元件发现热电阻只是简单地用铁丝固定在平衡容器上，而且由于冷凝的要求平衡容器上也并未加装保温，在附近开展其他检修工作存在着误碰损坏热电阻的可能。在后续的改造中在平衡容器的外壁焊装了固定卡座，用上螺丝卡套对元件进行固定，既保护温度元件又使元件跟外壁贴合得更加紧密。

4.2 DCS组态的修改

在控制逻辑中，同侧的两个水位测量值取平均后送到TQ模块对质量进行判断，当任意一侧的水位判断质量坏点时，都会切除给水自动调节。水位测量模块Lvlcomp有差压、压力和温度三个输入并接受其质量传递，当任意一个输入为坏点时，水位的质量都会变成坏点并往下一级传递。在补偿温度损坏后，差压跟补偿压力测量回路还是正常的，控制逻辑取温度损坏那一瞬间的值参与计算，CRT上显示的水位值还是实时变化的，但由于质量传递的关系四个水位值均显示坏点，运行人员不能很好判断水位的实际情况，进而不能很好地进行手动调节，造成了水位大幅度波动。

在原来的DCS组态中，汽包A、B侧均装有热电阻测量温度，但实际逻辑只应用了A侧温度参与逻辑运算，B侧的温度仅用于显示，由于A、B两侧平衡容器内的凝结水温度未必相同，使用A侧的温度对B侧进行补偿存在着一定的误差，故对逻辑进行修改分别用同侧的温度对水位进行补偿，使测量更加准确。

调出补偿温度的历史曲线发现温度在三周之前曾经出现过20℃的突变，考虑到温度变化对水位影响较大，为了避免温度元件故障导致测量值大幅度突变对水位测量值的影响，结合单室平衡容器投入期间的实际情况，在Lvlcomp模块的温度输入前加入一个高低限幅模块，把温度对水位测量的影响限定在一定的范围内,修改后的逻辑见图1。

图 1 汽包水位逻辑图

5. 总结

在此次事件中因补偿温度的质量传递导致汽包水位的大幅波动，通过对现场温度元件安装方式的改造和对汽包水位控制逻辑的修改，提高了汽包水位测量的稳定性和可靠性，有利于机组的安全稳定运行。

参考文献

1. 电厂锅炉原理及设备（第三版） 叶江明 中国电力出版社

2. 汽包水位的压力温度补偿 李云 西北电力技术