鍋爐汽包液位的準(zhǔn)確測量、穩(wěn)定控制和可靠運(yùn)行是鍋爐安全運(yùn)行的重要保證。液位計選型、安裝不當(dāng)，容易發(fā)生液位計炸裂、高溫水汽外漏、液位測量不準(zhǔn)甚至失靈。汽包液位過高或急劇波動會引起蒸汽品質(zhì)惡化和帶水，造成受熱面結(jié)鹽，嚴(yán)重時會導(dǎo)致汽輪機(jī)水沖擊振動、葉片損壞; 液位過低會引起排污失效，爐內(nèi)加藥進(jìn)入蒸汽，甚至引起下降管帶汽，影響爐水循環(huán)工況，造成爐管大面積爆破。因汽包液位引發(fā)的惡性事故至今仍時有發(fā)生，或者是險情不斷。

 

1 鍋爐汽包液位測量

1. 1 汽包液位計

汽包液位計的設(shè)計，一般選用石英玻璃管液位計和差壓遠(yuǎn)傳液位計。但也有人認(rèn)為: ①磁翻轉(zhuǎn)液位計盡管是間接觀察液位，但耐高溫高壓，全金屬結(jié)構(gòu)，壽命長、密封性好、不易泄漏; ②高壓玻璃板式液位計因價格昂貴、泄漏點(diǎn)多、維修困難而應(yīng)逐步退出中壓鍋爐液位計領(lǐng)域; ③電接點(diǎn)液位計在長期使用中易受腐蝕和結(jié)垢而不可靠; ④差壓變送器特別容易受鍋爐汽包內(nèi)壓力和蒸汽量變化影響，須經(jīng)常校正零點(diǎn)和量程，維護(hù)工作量多，甚至認(rèn)為此種測量方式的不確定因素和工作量都不能滿足生產(chǎn)和安全需求; ⑤電容式液位計在使用過程中，電容測量極板容易受水質(zhì)結(jié)垢影響，且鍋爐在運(yùn)行過程中，蒸汽量、溫度及壓力隨工況變化而快速變化，水和汽混合體的介電常數(shù)也是時刻變化，采用人工補(bǔ)償?shù)姆绞讲荒軓母旧舷?，容易造成虛假水位現(xiàn)象［1］。

 

有人建議: 以現(xiàn)場玻璃管液位計為基準(zhǔn)，增加視頻監(jiān)控和遠(yuǎn)傳顯示功能，滿足在主控室監(jiān)視鍋爐汽包水位的真實情況; 取消電接點(diǎn)液位計改成磁質(zhì)伸縮鍋爐汽包液位計; 取消差壓鍋爐汽包液位計，改成智能導(dǎo)波雷達(dá)液位計; 使用智能電容式液位計，能夠?qū)σ合嘟橘|(zhì)介電常數(shù)變化、汽相介質(zhì)介電常數(shù)變化和溫度變化同時進(jìn)行精確補(bǔ)償，具有全工況條件( 鍋爐啟、停、排污、事故工況等) 下液位準(zhǔn)確連續(xù)測控功能，耐高溫、高壓、長壽命，不存在“假水位”測量。

 

1. 2 汽包液位測量及控制論文

有關(guān)汽包液位測量及控制的論文至今都有在發(fā)表。比如《淺析鍋爐汽包液位模糊 PID 控制的應(yīng)用》指出模糊 PID 控制響應(yīng)速度迅速、超調(diào)量更小、跟蹤精度更高［2］; 《化工裝置鍋爐汽包液位儀表選型與計算》提供了結(jié)構(gòu)補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償兩種液位補(bǔ)償方式［3］; 《基于單神經(jīng)元自適應(yīng) PSD 的汽包液位控制》能根據(jù)汽包的工況動態(tài)整定控制參數(shù)、改善汽包液位的動態(tài)和靜態(tài)特性［4］。對汽包液位的控制，zui為常見的說法是采用三沖量控制，也有采用xianjin控制系統(tǒng)控制的。

 

1. 3 相關(guān)規(guī)程規(guī)定

《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求每臺鍋爐至少應(yīng)安裝 2 個彼此獨(dú)立的水位表。規(guī)程沒有對鍋爐汽包使用什么樣的現(xiàn)場液位計做出規(guī)定，也沒有對控制策略做出硬性說明。但每臺蒸汽鍋爐鍋筒( 殼) 至少應(yīng)當(dāng)裝設(shè)兩個彼此獨(dú)立的直讀式水位表，符合一定條件時鍋爐也可以只裝一個直讀式水位表。規(guī)程對汽水連接管內(nèi)徑、長度、坡度等作了相應(yīng)規(guī)定，對亞臨界鍋爐水位表要求對液體密度差引起的測量誤差進(jìn)行修正。

 

《火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》是汽包液位計的專項規(guī)定，雖然是針對高壓以上的鍋爐，但其內(nèi)容具體、詳細(xì)，操作性強(qiáng)，重視安全，完全可作為中壓及以下鍋爐參考。規(guī)定明確說明，汽包須配置就地水位計、差壓式水位測量裝置、電極式水位測量裝置，對差壓式水位計還有偏愛之詞。規(guī)定編制的說明部分進(jìn)一步指出: 電極式水位測量裝置技術(shù)已有較大突破，大量長期的應(yīng)用已經(jīng)證明其安全可靠、能消除汽包壓力影響、水位全程高精度的測量; 平衡容器技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)保證差壓式水位計測量精確、穩(wěn)定，并確保啟動時投入水位保護(hù)。規(guī)定對安全給予了充分重視和具體的闡述，比如汽包水位保護(hù)和控制功能分開、通道獨(dú)立、電源獨(dú)立等。對控制策略則沒有敘述。

 

2 汽包液位計的應(yīng)用實踐

威頓公司有 2 套 400 kt /a 硫磺制酸裝置。其中HRS 1. 0 MPa 汽包 2 個，各配置玻璃板液位計 1 臺、液位高高觸點(diǎn)報警 1 臺、差壓液位計 1 臺。余熱鍋爐 4. 0 MPa 汽包 2 個，各配置石英管雙色液位計 2臺、雙室平衡容器差壓液位計 2 臺。汽包液位計運(yùn)行及改造情況如表 1 所示。

圖 1 是同一個 4. 0 MPa 汽包的兩個差壓液位計的對比，一臺改造一臺未改造。通過趨勢的追蹤分析，表明傳統(tǒng)差壓法液位可能會因設(shè)計、安裝等方面的不足，出現(xiàn)鍋爐啟動期液位測量失靈的現(xiàn)象( 圖 1 中 100%液位實為虛假液位) ，這個現(xiàn)象往往又因汽包壓力的上升而自動消失。實例中兩液位測量的重合點(diǎn)起始于 “A 點(diǎn)”，對應(yīng)的壓力值約為0. 135 MPa。由于該現(xiàn)象具有迷惑性，導(dǎo)致汽包升壓過程中液位測量問題長期得不到應(yīng)有的重視和解決，特別是相關(guān)設(shè)計規(guī)范的應(yīng)有調(diào)整。

蒸汽壓力波動對汽包液位的影響如表 1 和圖 2所示。測試方法: 將汽包壓力先提高，然后突然全開主蒸汽管調(diào)節(jié)閥( 并汽母管本身帶壓) ，液位控制從自動轉(zhuǎn)為手動，然后觀察相關(guān)參數(shù)的變化。測試結(jié)果表明，蒸汽流量在一定范圍內(nèi)波動，并不會對液位測量立即產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，實例中的液位變化在 38 mm 以內(nèi)。液位測量也沒有出現(xiàn)明顯的時滯，這或許是得益于液位計的整改。

3 問題探討

1) 玻璃板液位計壽命長、免維護(hù)，遠(yuǎn)比石英管液位計安全可靠。雖然其價格貴，但從安全角度考慮，還是盡量選用。

2) 差壓液位計也是壽命長、免維護(hù)、安全可靠的汽包液位測量儀表。因其涉及面廣，容易受設(shè)計、安裝的影響而讓人誤解。導(dǎo)壓管建議能設(shè)計成無須伴熱的zui好。如果采用蒸汽伴熱、電伴熱，伴熱管與導(dǎo)壓管之間宜先采用石棉繩等保溫材料預(yù)先隔離一層。如果采用蒸汽伴熱，zui好同時施工四氟電伴熱以備不時之需。由于排污閥使用幾次后可能會出現(xiàn)關(guān)閉不嚴(yán)，建議終端配備容易拆裝的堵頭。

3) 對汽包液位計，建議優(yōu)先選擇玻璃板液位計、差壓法液位計、電接點(diǎn)液位計。這些都是經(jīng)過大量用戶、長期實踐運(yùn)行驗證過的、性價比高的液位測量方式。從測量原理上講，磁翻板液位計、電容液位計、浮筒液位計和雷達(dá)液位計相比更不容易實現(xiàn)長期、穩(wěn)定、可靠、免維護(hù)運(yùn)行，如果已經(jīng)配備了，建議先作為備用?！痘鹆Πl(fā)電廠鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》中說，選用的液位計“應(yīng)是xianjin的且有成功應(yīng)用業(yè)績和成熟的”，再換用對電極式

液位計的要求來說，“zui好是經(jīng)過大量用戶長期的實踐證明安全可靠、能消除汽包壓力影響、全程測量精確度高、能確保從鍋爐點(diǎn)火起就能正常投入保護(hù)的產(chǎn)品”。

 

石英管液位計雖然不是太可靠，但便宜。也有公司對其做了大量的研究和優(yōu)化，比如采用厚壁特級石英管，表體內(nèi)增加了減少石英管氣蝕的裝置等。

 

4) 差壓法測液位所用的管閥件很容易出現(xiàn)內(nèi)徑小于 8 mm 的情況，不一定都會影響正常測量，但有風(fēng)險。行業(yè)設(shè)計及產(chǎn)品供給上應(yīng)及時響應(yīng)這一要求。

 

5) 汽包液位是否需要補(bǔ)償，以及是否采用復(fù)雜的補(bǔ)償，要視現(xiàn)場具體情況而定。往往一些補(bǔ)償?shù)募僭O(shè)條件在現(xiàn)場并不成立。只要汽包冷熱態(tài)下的液位誤差值在規(guī)定范圍內(nèi)，能不補(bǔ)償就不補(bǔ)償。變送器遷移量宜參照直讀式液位計進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

 

6) 汽包液位是否需要采用三沖量等復(fù)雜的方式去控制，也要視現(xiàn)場具體情況而定。參變量越多，控制受到的干擾因素就越復(fù)雜，控制的穩(wěn)定性和可靠性也可能反而下降。再如，因汽包失壓導(dǎo)致虛假液位等一系列不良的影響，zui穩(wěn)妥的解決辦法可能是在汽包出口增加壓力調(diào)節(jié)閥。