鍋爐啟動(dòng)初期汽包水位檢測(cè)儀表故障原因分析及防范措施
鍋爐啟動(dòng)初期汽包水位檢測(cè)儀表故障原因分析及防范措施
摘要：以火電廠常用的幾種汽包水位檢測(cè)儀表為例，分析其工作原理和不同工況下的常見(jiàn)故障，結(jié)合火電廠幾起鍋爐啟動(dòng)期間因汽包水位表計(jì)異常運(yùn)行導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，分析其故障原因并闡述執(zhí)行相關(guān)規(guī)程規(guī)定的重要意義，提出了加強(qiáng)技術(shù)管理、制度管理等方面的防范措施。
關(guān)鍵詞：鍋爐；汽包水位；故障分析；防范措施
引言
汽包水位檢測(cè)儀表是現(xiàn)代火力發(fā)電廠*重要的監(jiān)視儀表之一。汽包水位的錯(cuò)誤指示，輕者造成保護(hù)誤動(dòng)、機(jī)組跳閘，重者導(dǎo)致鍋爐管道過(guò)熱損壞、汽輪機(jī)進(jìn)水等惡性事故。因此，行業(yè)規(guī)程、電廠運(yùn)行規(guī)程、檢修工藝規(guī)程等均對(duì)汽包水位檢測(cè)儀表的設(shè)計(jì)、選型、安裝、運(yùn)行、維護(hù)等做出了詳細(xì)規(guī)定。但是，因機(jī)組運(yùn)行工況變化，特別是鍋爐啟動(dòng)期間各種因素的影響，由于汽包水位的不正常顯示誤導(dǎo)運(yùn)行人員操作、甚至危及設(shè)備**的現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生。保證汽包水位的準(zhǔn)確指示，提高機(jī)組啟動(dòng)期間**性，是技術(shù)管理人員、運(yùn)行人員必須長(zhǎng)期關(guān)注的重要問(wèn)題。
1. 幾種汽包水位檢測(cè)儀表的工作原理
1.1 差壓式水位計(jì)
典型的單室平衡容器差壓式水位測(cè)量系統(tǒng)如圖1所示。其工作原理是：汽包內(nèi)的蒸汽通過(guò)取樣管在平衡容器中凝結(jié)成水，此水柱產(chǎn)生的壓力作用在差壓變送器上，作為差壓變送器的參比端；汽包內(nèi)的飽和水經(jīng)取樣管進(jìn)入差壓變送器，在一定的壓力和溫度下，此水柱所產(chǎn)生的壓力與平衡容器水柱產(chǎn)生壓力差，與汽包內(nèi)水平面的高度成正比。
圖1.差壓式水位測(cè)量系統(tǒng)示意圖
1.2 云母雙色水位計(jì)
云母雙色水位計(jì)是利用光在不同介質(zhì)中呈現(xiàn)不同的折射率和反射特性，并借助于濾色片使液相呈綠色，氣相呈紅色來(lái)顯示汽包水位的。由光源發(fā)出的光，通過(guò)紅綠濾色片，射向水位計(jì)本體液腔。在腔內(nèi)氣相部分，紅光射向正前方，而綠光斜射到腔壁上被吸收；在腔內(nèi)液相部分，由于水的折射，使綠光射向正前方，而紅光斜射到腔壁上被吸收。因而在正前方觀測(cè)時(shí)，可看到水位計(jì)顯示氣紅液綠，清晰透明。
1.3 磁翻板液位計(jì)
磁翻板式雙色液位計(jì)，是以磁性浮子為感測(cè)元件，并通過(guò)磁性浮子與顯示色柱中磁性體的磁耦合作用，反映出被測(cè)液位或界面，并應(yīng)用連通管原理，保證被測(cè)容器與測(cè)量管體間的液位相等，當(dāng)測(cè)量管中的浮子隨被測(cè)液位等量變化，浮子中的磁性體與顯示板上顯示色柱中的磁性體作用，使色柱翻轉(zhuǎn)，紅色表示無(wú)水，綠色表示有水，從而達(dá)到就地顯示水位的目的。
1.4 電接點(diǎn)水位表
電接點(diǎn)水位表是利用爐水和蒸汽的導(dǎo)電率差異的特性進(jìn)行測(cè)量液位的。由于液位的變化使部分電極浸入水中，部分電極置于蒸汽中，在爐水中的電極對(duì)筒體阻抗小，而在蒸汽中的電極對(duì)筒體的阻抗大，利用這一特性，可將非電量的水位轉(zhuǎn)化為電量，送給二次儀表，從而實(shí)現(xiàn)水位的顯示、報(bào)警輸出等功能。
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2. 機(jī)組啟動(dòng)期間，影響汽包水位檢測(cè)儀表的因素及消除措施
機(jī)組啟動(dòng)期間，由于鍋爐汽包內(nèi)壓力沒(méi)有建立，水位計(jì)、平衡容器等處溫度與環(huán)境溫度接近相同，汽包內(nèi)水質(zhì)不同于正常工況下的水質(zhì)等因素，對(duì)上述采用不同原理的水位檢測(cè)儀表帶來(lái)不同的影響。
2.1 汽包及環(huán)境低溫的影響
2.1.1鍋爐啟動(dòng)時(shí)，差壓式水位計(jì)平衡容器內(nèi)無(wú)法凝結(jié)成參比水柱。
由于汽包內(nèi)溫度低、壓力低，蒸汽不能在平衡容器內(nèi)自行凝結(jié)，無(wú)法建立參比水柱。為此，需采用人工向平衡容器內(nèi)注水的方法，同時(shí)，盡可能排出取樣管路中的空氣泡，使差壓變送器的正負(fù)取樣管路全部充滿水。同時(shí)，運(yùn)行人員升降汽包水位，觀察差壓水位表顯示值變化是否與實(shí)際水位相符并驗(yàn)證水位高低報(bào)警和跳閘值動(dòng)作情況，即所謂汽包水位保護(hù)信號(hào)的傳動(dòng)試驗(yàn)。
當(dāng)冬季氣溫特別低時(shí)，差壓式水位表平衡容器及與其連接的取樣管，由于暴露在空氣中（設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定），極易發(fā)生結(jié)冰的情況。為此，需加裝臨時(shí)保溫措施，或?qū)ζ∈疫M(jìn)行保溫、投用暖氣，確保室內(nèi)溫度不低于0℃。
2.1.2 冬季云母雙色水位計(jì)、磁翻板水位計(jì)因氣溫太低發(fā)生的錯(cuò)誤指示
鍋爐啟動(dòng)汽包上水后，由于溫度低，水位計(jì)的部分管路暴露在空氣中，極易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象；尤其是其隔離閥手輪、閥桿等與冷空氣直接接觸，散熱較快，與閥門連接的管路中有可能首先結(jié)冰，而水位計(jì)中的水不一定同時(shí)結(jié)冰，因此，會(huì)造成水位計(jì)中水位正常的假象，誤導(dǎo)運(yùn)行人員。某電廠曾發(fā)生過(guò)這樣一例雙色水位計(jì)的特殊故障：冬季氣溫較低時(shí)，云母雙色水位計(jì)汽側(cè)隔離閥門結(jié)冰，水位計(jì)只有水側(cè)與汽包聯(lián)通，從水位計(jì)中可以看到水位處于正常位置；升降水位時(shí)，水位計(jì)的液面也相應(yīng)變化，使運(yùn)行人員誤認(rèn)為水位計(jì)正常。出現(xiàn)這種情況的原因是：隔離在汽側(cè)取樣管路內(nèi)的氣泡，因水位升降被壓縮或擴(kuò)漲，使水位計(jì)中的水位隨汽包的上水或放水變化，但其變化速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際水位，因此，上述故障如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)造成鍋爐滿水或斷水的嚴(yán)重后果。
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2.1.3 低溫下電接點(diǎn)水位計(jì)的電極掛水、結(jié)冰影響顯示
電接點(diǎn)水位計(jì)的測(cè)量筒、隔離閥門，除會(huì)因低溫發(fā)生與雙色水位計(jì)和磁翻板水位計(jì)同樣的故障外，電接點(diǎn)水位計(jì)的電極，當(dāng)鍋爐剛上水時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)水汽凝結(jié)現(xiàn)象，電極上形成水珠，俗稱“掛水”，掛水后形成電極間聯(lián)通及低溫下水珠結(jié)冰，同樣會(huì)造成水位顯示的錯(cuò)誤。
綜上所述，防止低溫對(duì)水位表計(jì)的影響，主要是采取合理的保溫措施，確保汽包小室的環(huán)境溫度不低于0℃，或有針對(duì)性的采取臨時(shí)保溫措施，保證汽水取樣管路與汽包的可靠聯(lián)通。
2.2 汽包零壓力下投用伴熱裝置后對(duì)水位測(cè)量系統(tǒng)的影響
伴熱裝置是冬季防止汽包水位測(cè)量管路結(jié)冰的一項(xiàng)措施，機(jī)組正常運(yùn)行工況下，其發(fā)熱量的大小對(duì)水位測(cè)量的影響較小，但鍋爐啟動(dòng)初期，特別是汽包壓力為零時(shí)，伴熱裝置的發(fā)熱量過(guò)大，有可能對(duì)汽包水位的正確測(cè)量產(chǎn)生重大影響。某電廠曾發(fā)生過(guò)這樣一種特殊故障：冬季鍋爐啟動(dòng)時(shí)，汽包雙色水位計(jì)、磁翻板水位計(jì)均顯示正常，但差壓水位表多次出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，波動(dòng)范圍達(dá)幾百毫米，無(wú)法正常監(jiān)視。檢查發(fā)現(xiàn)，由于差壓式水位變送器取樣管路保溫較厚，取樣管上纏繞的伴熱電纜功率較大，使取樣管中的凝結(jié)水溫度升至100℃左右，此時(shí)，由于汽包壓力為零，取樣管中的水發(fā)生了沸騰，導(dǎo)致水位顯示大幅度波動(dòng)。臨時(shí)停用伴熱電纜后恢復(fù)正常。當(dāng)汽包壓力上升至額定壓力時(shí)，取樣管中的水溫雖然還是100℃左右，但遠(yuǎn)低于沸點(diǎn)，因而不會(huì)發(fā)生汽化。解決此問(wèn)題的措施，一是環(huán)境溫度高于0℃時(shí)，及時(shí)停用伴熱裝置，二是采用自動(dòng)溫控裝置或降低伴熱裝置的發(fā)熱量，確保取樣管路中的水既不低于0℃，也不高于100℃。
2.3 鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)對(duì)雙色水位計(jì)的影響
在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)常出現(xiàn)這樣一種情況：機(jī)組冷態(tài)時(shí)，雙色水位計(jì)調(diào)整好以后，鍋爐點(diǎn)火時(shí)，水位計(jì)顯示發(fā)生不清晰的現(xiàn)象。究其原因，一是鍋爐由冷態(tài)變?yōu)闊釕B(tài)時(shí)，汽包及與之相連接的水位計(jì)、汽水管路、閥門及支架膨脹，相對(duì)位置發(fā)生了變化，從汽包水位電視中所看到的雙色水位計(jì)顯示效果不如冷態(tài)時(shí)理想，需再進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。二是鍋爐升溫升壓后，新更換的云母片、密封件隨溫度升高、壓力升高，其厚度、顏色發(fā)生變化，密封件膨脹變形后擴(kuò)散至云母片處，影響透光。防范措施是，從水位計(jì)、取樣管路、攝像機(jī)柜等的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試各個(gè)環(huán)節(jié)把好關(guān)，選用業(yè)績(jī)良好、信譽(yù)好的設(shè)備廠家，提高設(shè)備可靠性。
2.4 汽包水質(zhì)對(duì)電接點(diǎn)水位計(jì)的影響
鍋爐啟動(dòng)時(shí)，汽包內(nèi)的水質(zhì)與正常工況下的水質(zhì)不同，對(duì)于經(jīng)過(guò)深凈化處理的爐水，由于其導(dǎo)電度低，根據(jù)電接點(diǎn)水位表的測(cè)量原理可知，水、汽不易區(qū)別，有時(shí)會(huì)造成二次表顯示水位不準(zhǔn)，或水柱間斷顯示，誤發(fā)水位報(bào)警信號(hào)等異常現(xiàn)象。采取的措施是：二次表采用智能動(dòng)態(tài)測(cè)量補(bǔ)償技術(shù)的表計(jì)，提高爐水和汽體的分辨能力。
3. 結(jié)論
從技術(shù)上采取各種措施，提高汽包水位測(cè)量表計(jì)的可靠性，只是保證測(cè)量準(zhǔn)確性的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，要確保鍋爐啟動(dòng)期間鍋爐不滿水、不斷水，更需要運(yùn)行人員、檢修人員的精心操作、精心檢修，以及各級(jí)生產(chǎn)管理人員和指揮人員嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行規(guī)程、行業(yè)規(guī)程和各項(xiàng)管理制度，才能*終杜絕惡性事故的發(fā)生。
