关于锅炉汽包水位监控保护安全问题.docx

《关于锅炉汽包水位监控保护安全问题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关于锅炉汽包水位监控保护安全问题.docx（12页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、安全技术关于锅炉汽包水位监控保护安全问题 分析汽包水位测孔与一次测量装置问题对监控保安系统的影响，已成为系统完善与提高牢靠性的主要障碍，在实施DCS改造时应同步解决之。提出针对性技改目标与要求。华能淮阴电厂应用水位多测孔接管技术，解决了测孔过少、取位不当问题，以及使用电接点水位计高精度取样测量筒解决汽包水位精确牢靠测量的问题。 1、汽包水位监控爱护系统的平安分析 汽包水位是锅炉最重要的平安参数。监控保安系统由水位仪表、自动调整、信号报警和停炉爱护等几个子系统组成，保障锅炉设备及水位运行的平安。只要处于牢靠的工作状态，汽包水位自动调整系统就可每分每秒、忠实地将水位精确地钳制在允许的范围内。水位参

2、数正常就意味着平安。因此，水位自动调整也是一个平安系统。水位高2值联锁爱护即：当水位上升至高2值时自动打开事故放水门，向排污扩容器放水，使水位降低至高1值以下时自动关闭事故放水门。水位低2值联锁爱护即：当水位降低至低2值时自动关闭连续排污总门，当水位高于低1值时自动打开连续排污总门。这两种水位工况自动掌握实际上是二位式 自动调整保安系统。 事故放水管口的口径较大，又是向排污扩容器放水，故放水流量很大。当水位上升至定值时，只要能牢靠地自动打开事故放水门，就能使水位快速回降，避开汽包满水。由于放水管口位于0水位高度， 水位只能回降至0水位， 如放水门拒关，仅连续对排污扩容器放汽，不会造成缺水事故。

3、因此该爱护能较牢靠地将水位钳制在0水位与高2值之间。可见，该爱护的拒动概率应不大于误动概率，在系统牢靠性设计时必需予以留意。 由于连续排污管口的口径较小、实际运行中的连续排污量与给水流量相比很小，所以低2值爱护防止汽包缺水的力量有限。由于某种缘由，水位高过高2值，且自动打开事故放水门爱护拒动，水位将高至厂家认为可能危及锅炉平安的高3值时自动停炉，称高 水位停炉爱护，又称满水停炉爱护。 由于某种缘由，水位降低至低3值时，为防止降水管严峻带汽或水循环中断而锅炉烧坏时，自动停炉，称为缺水停炉爱护。这两种爱护属于设备危机爱护，是电力锅炉最重要的主爱护，运行中必不行少。其牢靠性之高应居电站设备爱护牢靠性

4、水平之最，既不能误动，更不能拒动。 在锅炉水位事故统计中，缺水事故比率远比满水事故率多。其缘由是，导致缺水事故的因素比满水事故多得多，例如：由众多设备串联而成的给水系统中，任何一个故障都可能中断锅炉给水;锅炉水冷壁、省煤器等炉水系统设备大面积爆管泄漏而不能维持汽包水位;凹凸2值工况爱护效力的差异大等等。因此预防缺水事故又是重中之重。 在锅炉运行中，运行人员看不见水位比看不见压力温度流量，危急得多。汽包水位表的平安地位不亚于平安门。它既是运行人员手动掌握汽包水位的眼睛，又是赖以推断给水、自调与爱护系统工作是否正常，不行缺少的最重要表计。在锅炉给水与炉水系统故障时，水位表是否正常，往往打算了运行人

5、员紧急事故处理的正误。假如两个主要表计显示不全都，人员很难坚决处理事故。 近些年来，由于水位测量变送单元精确性和牢靠性的提高，特殊是DCS系统掌握的胜利应用，人们认为，常规汽包水位表不那么重要了，好像可以削减，例如在一些设计中，未按规程规定的数量设置水位表。加之，汽包水位表和满缺水停炉爱护等系列问题长期未能解决，致使少数火电站付出了沉重的代价。 2、问题的提出 秦皇岛热电厂#4炉为1025t/h亚临界锅炉，采纳现代化的DCS(MAX-1000) 掌握系统。1997.12.16的给水断水事故，扩大为锅炉严峻损坏重大事故，直接经济损失三百多万元。人们不禁要问，采纳现代化先进掌握系统，何以不能保证锅

6、炉设备的平安?这个问题已引起了一些专家的关注，并进行更深层次的思索。 此次重大事故报告注1指出，事故的直接缘由是，汽包水位计测量误差致使汽包低水位停炉爱护拒动，水位表和给水流量表误显示误导了运行人员误推断、误处理。从事故报告中还可以看出，汽包水位监控爱护系统设计不符合蒸汽锅炉平安技术检察规程、电力工业锅炉压力容器检察规程DL612 1996(简称电锅规)、火力发电厂设计技术规程DL5000 94(简称设规)、火力发电厂热工自动化设计技术规程(简称热自规)DNGJ16 89等有关规程要求，配套不完善、牢靠性不足，是导致事故的根本缘由。再细究其根源，并非设计考虑不周，亦不是不按规程办，而是汽包水位

7、测孔和一次测量装置问题未能解决，限制了设计水平。这是系统完善与提高牢靠性的主要障碍。采纳DCS掌握系统， 并不等于解决这两个问题。 现代掌握系统(包括DCS)以冗余技术为主、辅之以各自诊断技术，以最大限度面对运行人员的各种窗口设计开发人的潜在力量，以求提高监控保安的牢靠性。可以说，只要汽包上有足够的、独立的、合格的水位测孔，精确牢靠的一次测量装置，就可以轻而易举地将原系统改造成高牢靠性的、功能齐全、更完善的一流系统。 测孔是汽包水位监控保安设计的基础资源。现有锅炉的汽包水位测孔问题是：一方面是数量过少，一般只有48对，不能满意一流水位监控保安系统及其牢靠性改造设计的需求;另一方面是测孔选位不当

8、，易受干扰，不符合水位测量技术要求。此问题对于详细锅炉而言，有的是以测孔过少为主，有的是以取样点不当为主。这两方面问题属于热控与锅炉两专业之间的边缘课题。按电力企业内部习惯分工，由热控方向锅炉方提出测孔数量及测孔取位的技术要求，由锅炉方解决，但圆满的是，锅炉方(包括锅炉制造厂)往往很难满意热控方的要求。 对汽包水位进行精确、稳定、牢靠的一次测量，是监控爱护系统平安牢靠运行的最重要前提。一次测量问题较多，如就地水位表和电接点水位表存在严峻的负误差，差压式水位计的温度压力校正不准且易漂移等。这些问题解决不好，必定对监视仪表、自调、信号报警和爱护产生一系列影响。 3、一次测量问题对汽包水位监控保安的

9、影响 水位仪表不准，影响人员正确推断处理水位事故 秦皇岛热电厂#4炉断水事故后至锅炉损坏前，汽包处于严峻缺水状态，而电接点水位表和CRT中差压式水位计指示始终在缺水停炉定值以上，使运行人员迟疑不决，不能坚决手动紧急停炉，导致锅炉设备严峻损坏。可见，在水位事故状态下，水位表误显示使人员正确处理事故的力量大打折扣。许多案例证明白这一点。 电接点水位表和就地云母水位表的严峻负误差，使汽包内实际运行水位长期偏高厂家设计值，影响锅炉平安经济运行 水位仪表正负偏差直接导致汽包长期低水位或高水位运行. 以运行人员这信任的电接点水位表为例。理论计算和运行试验表明，用于400t/h、670t/h锅炉15.5 M

10、Pa 压力时0水位取样负误差为100 115mm，1025t/h 亚临界锅炉0水位负误差为140 155mm。那末，汽包内实际运行水位长期偏高厂家设计值分别为100 115mm，140 155mm。顺便指出，此项负误差不能靠转变测量筒、就地云母水位表的机械安装0位方法定点校正。若此，当水位低或压力低时，将消失严峻的正误差，可能导致汽包缺水而损坏锅炉。理论分析，高水位运行增加旋风分别器阻力，降低水循环速度，增加饱和汽湿度，导致锅炉热效率下降明显注2。运行实践证明，有的锅炉以就地云母水位表为准掌握水位，引起高水位运行，在大负荷时使饱和汽严峻带水，既限制锅炉出力，又影响锅炉平安。 测量不准对爱护的影

11、响 秦皇岛热电厂#4炉满水停炉爱护定值为：+300mm、-384mm，其开关量信号由差压式水位计给出。由于厂家温度补偿设定值不当等缘由造成偏差过大，可使指示水位虚高108mm，在断水事故后,汽包内水位已低于厂家规定的停炉值，而水位计不发缺水停炉信号，使爱护拒动。 配套一般测量筒的电接点水位表或液位报警器，高水位开关量定值误差太大。例如用于670t/h 15.5 MPa锅炉，则+300mm停炉定值取样负误差为195mm，即爱护动作时汽包内运行水位已达到495mm，高于厂家规定值195mm，炉水已沉没给水清洗孔板，饱和汽已严峻带水，实属满水停炉爱护动作过于迟缓，亦可认为,汽包内水位已达到+300m

12、m时爱护拒动。 测量不准同样会导致凹凸2值爱护、水位报警信号拒动或误动。 4、测点选位不当对水位监控保安系统的影响 电锅规)9.3.3指出，汽包上水位表的汽、水连接管接出位置不应影响水位的正确指示，能正确反映汽包的真实水位。对此，电锅规说明9.3.3解释是，一些超高压、亚临界参数汽包水位表由于内部汽水工况的影响，同一汽包上的就地水位表指示就有相差，有的还很大，无法推断真实水位。现在许多大型锅炉的汽水连接管已改从汽包封头引出，以削减汽包汽水扰动对水位测量的影响。明显，测点选位应在汽包封头。 目前，许多在役汽包的远传水位测点位于汽包中段，距旋风分别器、给水清洗孔板、下降管口很近，汽水流对取样精度影

13、响较大，特殊在旋风分别器倾倒与顶帽脱开(此类故障率较高)或给水清洗孔板倾斜时，汽水流冲向测孔，使取样误差大大增加，使同一汽包上的水位表、水位变送器、水位开关的取样相差很大，甚至达100200mm。加之汽包中段各点实际水位随燃烧工况、锅炉负荷等因素变化，不同点的水位有时相差较多。这些取样干扰变化，不仅使运行难于推断真实水位，热工维护人员不易哪个装置精确，还会使水位自调稳定性差，甚至失控。正是由于这种隐藏的取样干扰变化，大幅度降低爱护定值精度，使一些电厂发生了满缺水停炉爱护不明不白的误动，以致不顾增加拒动概率而采纳三信号串联回路降低误动率，甚至不敢投入满缺水停炉爱护。 5、测孔数量过少对监控保安的

14、影响 使许多锅炉满缺水停炉爱护的无法实现真正的三选二冗余规律设计。 三选二是高保真信号系统，属于对称表决推断规律网络，故障率远低于单、双信号回路。假如单信号的拒动与误动概率相等，则该网络拒动与误动概率也相等，即具有均衡的抗拒动、抗误动力量。因此，三选二是热机主爱护抱负的信号网络注3。真正的三选二信号规律要求三个信号从测量取样端彼此独立。 尽管设规热自规规定，重要热工爱护的输入信号应多重化，对于直接作用停炉、停机爱护信号，在可能时宜按三取二方式选取，但由于缺乏测孔，即缺乏独立水位信号，使设计师无法按规程要求设计三选二满缺水停炉爱护。 例如：秦皇岛热电厂#4炉、华能淮阴电厂670t/h超高压锅炉等

15、，只好采纳用单信号回路，牢靠性过低，不能适应主爱护的要求。例如，河北西北坡电厂等采纳双信号串联回路，河南焦作电厂等采纳三信号串联回路以降低误动概率。这是以增加拒动概率为代价的，有违于爱护主设备的宗旨。 使一些大型锅炉水位自调的水位信号系统仍旧采纳单信号设计。这与当今流行的三选中推断网络相比，牢靠性、稳定性和精确性都差得多。 迫使 三选二停炉爱护与三取中 水位自调系统设计 合用 测孔或合用二次水位信号。这在国内极为普遍。合用二次水位信号与现代分散掌握系统(DCS)的信息共享不能混为一谈。DCS对于信息的处理与应用，是分等级的。DCS的精髓在于危急分散。 合用信号却将危急集中， 不符合我国火力发电

16、厂设计技术规程DL5000 94、火力发电厂热工自动化设计技术规程DNGJ16 89，关于爱护用的接点信号应取自专用的开关量仪表，强制性主燃料跳闸的检查元件和线路，应与其他掌握监视系统分开的规定。汽包满、缺水停炉爱护属保安系统，水位自动调整属过程掌握系统。国际上一些有权威的标准对掌握与保安系统的独立性作出了明确的规定。当前，很多国际标准均要求掌握系统与保安系统分开，即保证平安爱护系统的独立性。AICHE指出，在基本掌握系统和平安联锁系统之间应在地理上和功能上分开;IECTC65WG10标准规定，受控设备的掌握系统应与平安相关系统及减小危急的外部设施相分开和独立;ISASP84标准也指出，用于掌

17、握系统的传感器不应用于平安系统。美国核工业系统有关规定也指出，平安系统应考虑冗余，冗余系统应相互独立，并在地理上和功能上相互分开 从上述规程和标准可见，保安系统的独立性比过程掌握系统的独立性更为重要。对于这两个三重冗余系统来说，地理上分开原则的含义有两层： (1) 系统内部的三个信号应从取样端彼此独立，即各有独立的取样点和取样装置。否则，可能因合用测孔管路堵塞或取样装置泄漏，使三重冗余系统失效。 (2) 两系统之间的信号必需相互隔离，从取样端彼此独立。否则，同一个测孔、管路、二次信号装置、线路消失故障，将使两系统同时瘫痪。许多运行设备严峻损坏事故案例证明，这是极为危急的。华能淮阴电厂的满、缺水

18、停炉爱护与仪表、自调合用同一对测孔管路，常常因后两系统排污、泄漏或修理而退出运行，曾2次引发误动停炉事故。此例应引以为戒。 使水位表数量过少，冗余度达不到规程要求，影响了运行人员对水位监控与事故推断处理的精确性和牢靠性。根据规程规定和实际需要，若能在任何状况下充分满意监视的需要，应有6个相互独立的水位表。 许多大型锅炉的水位表数量达不到上述要求。例如秦皇岛热电厂的掌握室只有一个常规的电接点水位表，和一个水位电视(就地水位表的电视画面，即水位TV)，以及CRT中水位画面。正如事故报告中所述，该炉水位计配置不尽合理，就地水位表量程200mm，电接点水位表量程300mm，CRT水位计400mm，而爱

19、护定值是+300mm，-384mm，在特别状况下，缺乏充分监视和比较分析手段 。假如水位在+ 200mm300mm，-200mm300mm时，只有一个常规的电接点水位表和CRT水位计可监视水位;假如水位在+ 300mm+400mm，-300mm-400m时，只有靠CRT水位计监视水位。如此配置，在水位事故状态下完全不能满意运行人员的监视需求。在事故状况下没有参比的常规水位表，若要求运行人员正确翻页查找CRT水位画面，而正确推断处理水位事故，已超出了人员应有的力量。从人机平安工程学原理分析，这种方式非常危急，是由于有关数据表明，面对危急状况需在60秒内作出正确响应，而运行人员通常在99.9%时间

20、作出错误反应注4。因此，必需增加常规水位表的冗余度，保证让运行人员能随时醒目地看到至少两个牢靠的常规水位表。 6、 汽包水位系列技术改造的目标与要求 完善的掌握保安系统应具有如下功能：全工况水位自顶调整，水位凹凸2值工况爱护联锁，水位凹凸1、2、3值热工信号报警，满缺水停炉爱护。 具备完善的水位监视系统：至少有2个就地水位表;掌握室内至少有2个独立的牢靠的主要水位表(量程应大于满、缺水停炉定值)，1个独立的大量程全工况远传满水水位表，就地水位表的工业电视，DCS中的CRT水位。如采纳电接点水位计为主要水位表，在掌握室仪表电源失去时应能连续工作30分钟。 提高掌握保安系统的牢靠性： 满缺水停炉爱

21、护信号应是3取2冗余规律;水位自调信号应是3取中冗余规律;水位工况爱护联锁及热工信号报警视详细条件采纳冗余设置。 提高主要水位表和爱护定值系统的测量精度。 7、华能淮阴电厂汽包水位系列技术改造的关键技术措施 系列技术改造的核心任务是，解决满缺水停炉爱护牢靠性问题，解决由于电接点水位计测量负误差而引起的高水位运行问题。为此，必需解决独立水位信号不足、测量精度低及稳定性差的问题。那么，在汽包封头增加水位测孔和研制测量精确、性能牢靠、带有开关量的仪表，是完成上述任务的技术关键。 在汽包封头增加水位测孔。 讨论出汽包与测量装置之间多测孔接管(简称多测孔接管)最新技术(专利号ZL 97 2 07095.

22、8)。这是一种免开孔增孔技术，可将一对测孔改造为多对测孔。对于大多数在役汽包，利用多测孔接管，可在封头上增加24对独立测孔。 这项技术已在江苏华能淮阴电厂和河北马头电厂获得胜利。前者为哈锅670t/h锅炉，后者为东锅670t/h锅炉。在一台汽包封头上，仅用8天就制作安装了2对多测孔接管，增加4对(8个)内径为20的独立测孔。测孔独立性试验和长期的平安运行证明，所增的测孔具有良好的取样独立性。这些测孔取样管截面符合测量技术要求，犹如开在封头上一样，可避开汽水流的干扰。 研制高精度高牢靠性电接点水位取样测量筒 差压式水位计的问题在于平衡容器的取样不准、不稳定，需要精确的温度补偿。单、双室平衡容器的

23、正压侧取样动态慢，往往在较长一段时间内没有差压输出或取样误差很大，使仪表失去作用。带温度补偿的单室平衡容器的补偿误差较大，且不稳定。双室平衡容器在系统正常时，尽管取样误差很小，但输出差压经变送器变换后，同样需经过压力温度非线性补偿校正，才能正确显示水位。校正环节的本身就有误差，当实际参数与校正参数不符时校正误差增大。这些问题是差压式水位计(包括CRT水位)0水位常常飘乎不定的主要缘由，尽管配套高精度、高牢靠性的差压变送器，仍未能赢得运行人员和热工人员的充分信任，不得不常常以电接点水位表或就地云母水位表为准调整0位。 电接点水位计，测量原理简洁，显示直观可信。在超高压及以下压力的汽包炉上，作为主

24、要仪表，其牢靠性已经赢得运行的信任，但负误差大。在亚临界锅炉上，由于误差大、牢靠性较差，电接点水位计已沦为次要仪表。 电接点水位计不需要在二次转换中实现压力温度补偿，仪表精度取决于测量筒的取样误差。只要能使测量筒中水位和汽包内水位全都，便消退了取样负误差，实现区间显示的高精度测量。电接点水位计的二次转换简洁、精确、牢靠，如能进一步解决测量筒取样牢靠性问题，不仅可作为主要监视仪表，还可用作爱护的水位开关。基于对两种仪表的上述分析，为了精确掌握汽包0水位，讨论新一代电接点水位测量筒(GJT 2000)成为系统改造设计讨论的重点课题。GJT2000测量筒含有汽包电接点水位计高精度取样测量筒(专利号Z

25、L95240275.0)、汽包电接点水位计电极组件装置(专利号ZL95240748.5)两项最新技术。利用传热学原理，实行综合技术措施，在测量筒中实现最牢靠的压力温度补偿，消退测量筒取样负误差，实现了测量筒高精度取样测量，提高取样传送的牢靠性。GJT 2000测量筒与现用测量筒相比的优点是：取样精度高，受环境温度影响很小;动态响应快;水质 好，可免排污;电极工作环境好，电蚀小，寿命长;能有效避开电极挂水;电极机械密封组件承压高，不泄漏等。 8、华能淮阴电厂汽包水位系列技术改造的结果 解决了测孔问题 ，增加4对封头测孔,使汽包共有9对测孔，使用安排是： 3对用于掌握室内的3个高精度的电接点水位计

26、：甲、乙侧电接点水位计(主要仪表兼作水位开关)，大量程全工况电接点水位计(-300+1200mm的全工况水位计，可和主表一样精确显示水位); 2对用于2个就地水位表，其中之一兼用于掌握室远传水位TV; 1对用于电接点水位开关，该开关和甲、乙侧电接点水位计都有凹凸1、2、3值6个开关量输出; 3对用于：3取中水位自调信号，兼用于CRT水位计。只有水位TV的测孔在汽包中段，其余8对在汽包两封头，从而实现了监控保安系统的8个测量装置在最佳部位独立取样。 由甲、乙侧电接点水位计、大量程全工况电接点水位计、CRT水位计、水位TV等5个相互独立的远传水位计组成了完善、精确牢靠的掌握室水位监视系统。 电接点

27、水位表的一般测量筒更换为GJ 2000测量筒。对比试验证明，与汽包内理论水位误差不大于10mm，仪表间指示差为20mm。CRT水位计0位，按电接点水位表显示调整，能和电接点水位表指示同步。 在水位事故状况下，该系统完全能保证运行人员精确牢靠地监视水位，特殊是在满水爱护停炉时，能看到详细的事故水位值。爱护联锁报警信号全部改为三取二。 由于有相互独立的三个开关量仪表，每个又有6个不同的开关量输出，借助于DCS改造，轻易地实现了同一名称(例如，水位低1值、缺水停炉等)信号的三取二冗余，使满、缺水停炉爱护，高、低2工况联锁爱护，以及凹凸1、2、3值热工报警信号，全部改为三取二 容余信号。 电接点水位爱

28、护开关也配套GJT 2000测量筒，使水位爱护、联锁、报警的定值和水位指示全都，提高了爱护定值精度和稳定性，保证了爱护动作的精确性牢靠性。 保证了三取二爱护和三取中自调两容余系统内部和系统之间的信号，从取样端彼此独立。华能淮阴电厂汽包水位监控保安系统经过系列技术改造后，不仅消退了主要仪表严峻的负误差，解决了因测量而引起的高水位运行问题，提高锅炉热效率，还提高了监控保安的牢靠性。自改进至今，从未发生因一个取样装置泄漏、排污、冲洗引起其他仪表、自动掌握及水位报警爱护功能失常大事，不仅提高了自调和爱护投入率，还削减人员误操作事故。 在采纳DCS系统和高能性的差压变送器之后，必需解决汽包水位测孔不足和选位不当问题，才能提高汽包水位监控保安系统的完善性和牢靠性。在已有足够合格的测孔，具备选择三取二网络条件下，要提高锅炉满缺水停炉爱护的精确性牢靠性，选择配套GJT 2000测量筒的电接点水位计作为水位开关，是可行的。华能淮阴电厂采纳汽包水位多测孔接管和GJT 2000测量筒，解决了测孔问题和一次测量不准的关键问题，获得了明显平安经济效益的阅历，可供借鉴。 第 12 页 共 12 页