關(guān)于某廠高加水位測量準確性的研究

謝晨宇，夏鵬遠

（國家能源集團泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 215300）

某廠一、二期各配置兩臺百萬千瓦機組，機組額定參數(shù)以及高加進汽參數(shù)較高，對高加水位測量的準確性要求也隨之增加。目前四臺機組高加均不同程度存在水位不穩(wěn)、波動大的問題。本文介紹高加水位測量裝置及測量原理，分析影響水位測量準確性的因素，期為解決高加水位問題提供參考[1]。

1 某廠水位測量裝置介紹

該廠一、二期高壓加熱器均采用單平衡容器式水位測量裝置，每臺高加配置3套測量裝置，安裝位于高加蒸汽凝結(jié)段，測量裝置包括單室平衡容器和差壓變送器。工作原理如圖1所示。

圖1 單室平衡容器高加水位測量裝置的工作原理

高加汽側(cè)水平取樣管口接至平衡容器水平引出管，差壓變送器正壓側(cè)接至平衡容器垂直引出管，高加水側(cè)水平取樣管口接至差壓變送器負壓側(cè)， 差壓變送器采用低一運轉(zhuǎn)平臺安裝布置。最終形成同汽側(cè)取樣口等高的水柱并保持不變，高加內(nèi)水位的變化轉(zhuǎn)變?yōu)椴顗鹤兯推鞯牟煌顗?，差壓?jīng)變換后得出高加水位。

注： H 為高加水位； L 為參比水柱高度（平衡容器液面與水側(cè)取樣管口中心距離）；aρ為參比水柱密度； P+為差壓變送器正壓側(cè)壓力； P-為差壓送變器負壓側(cè)壓力。

式中：p+為差壓變送器正壓側(cè)壓力；p-為差壓變送器負壓側(cè)壓力；aρ為參比水柱密度； sρ為飽和蒸汽密度； wρ為飽和水密度。由式（1）推導(dǎo)出理論計算高加水位 H 為：

2 實際水位測量方法

經(jīng)查詢實際應(yīng)用中為簡化計算，未考慮壓力及溫度對密度的影響， 簡單的采用水位計算公式為：

可以看出高加水位和差壓呈完全的線性關(guān)系，且差壓越大水位越低。

該廠實際測量方法：

3 水位誤差分析

高加就地標刻的水位高低限為-50mm～+50mm，在此范圍內(nèi)可以保證高加安全經(jīng)濟運行。而水位的準確性是精準調(diào)節(jié)的前提，因此要對水位誤差進行分析。

3.1 重力加速度g取值影響

圖2 不同重力加速度下水位數(shù)值

對比不同重力加速度下幾個標志性水位及偏差如表1所示，可見目前的測量方式下DCS顯示數(shù)值偏高，按照此水位控制會增加高加端差，降低經(jīng)濟性。

表1 不同重力加速度下典型水位對比（mm）

3.2 參比水柱密度影響

因加熱器為高壓容器，參比水柱密度aρ會隨著進汽壓力及水的溫度變化而變化[1]。二期#1高壓加熱器設(shè)計壓力13.3MPa，實際進汽壓力1000MW工況下接近10MPa，750MW約為8MPa，500MW約為5MPa。通過查詢相關(guān)數(shù)據(jù)得出下表2所列不同溫度不同壓力下水的密度：

表2 不同溫度不同壓力下水的密度（kg·m-3）

夏季汽機房環(huán)境溫度估計50℃左右，計算35℃和50℃兩種環(huán)境溫度不同工況下的水位數(shù)值，得出表3。

表3 兩種環(huán)境溫度不同工況下的水位數(shù)值（mm）

由數(shù)據(jù)可以看出環(huán)境溫度越低，進汽壓力越高，水位偏差越小。

3.3 飽和水和飽和蒸汽密度影響

飽和水和飽和蒸汽的密度也隨進汽壓力變化而不斷變化[2]，由理論計算公式可以看出水位和差壓不再是單純的線性關(guān)系。而該廠實際計算使用的公式則是將加熱器當(dāng)做常壓容器，完全未考慮蒸汽密度影響，飽和水也取的恒定標準密度，勢必會導(dǎo)致水位測量失準。通過查找水和水蒸汽性質(zhì)表得出表4所列不同壓力下飽和水密度及飽和蒸汽密度。

表4 不同壓力下飽和水密度與飽和蒸汽密度參數(shù)（kg·m-3）

利用理論公式（2），g取10m/s2，aρ取標準水密度1000Kg/m3，計算幾個典型工況下的水位，與DCS顯示數(shù)值對比如下表5。

表5 不同工況下高加水位數(shù)值（mm）

表5中數(shù)據(jù)可以看出進汽壓力越高，飽和蒸汽和飽和水的密度變化就越大，由此引起的水位偏差也越大。若采用目前的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系，針對A1高加，不同負荷工況下雖然DCS顯示的水位數(shù)值相同，但實際水位卻相差很大。高加實際水位低于DCS顯示的數(shù)值，負荷越高偏差越大。若按DCS顯示水位控制將會降低高負荷下高加運行的經(jīng)濟性。

3.4 其他因素影響

此外測點安裝位置、變送器精度、高加水平度等對水位測量準確度也有影響，只不過影響程度較小，而且也無法做定量的分析，暫不做細致的研究[2]。

4 建議

經(jīng)過以上誤差分析可以得出g的取值、飽和水飽和蒸汽的密度、參比水柱密度是影響高加水位的計算準確度的主要因素。其中飽和水飽和蒸汽密度影響最大，光產(chǎn)生的偏差就超過了高加的水位上下限值。目前的水位測量方法導(dǎo)致DCS顯示水位數(shù)值偏高，會對運行調(diào)整產(chǎn)生誤導(dǎo)，影響高加運行的經(jīng)濟性和安全性。故針對上述分析，建議在生產(chǎn)運行中可做以下調(diào)整：

（1）對重力加速度g的取值進行調(diào)整，與當(dāng)前地理位置相對應(yīng)。

（2）飽和水和飽和蒸汽密度對水位計算影響最大，在水位計算邏輯中加入飽和水和飽和蒸汽密度隨壓力變化的修正函數(shù)，將會極大的提高高加水位測量的準確性。

（3）與飽和水和飽和蒸汽密度相比，參比水柱密度對高加水位測量影響較小，可以適當(dāng)?shù)倪M行修正。

5 結(jié)語

以上分析得出重力加速度取值、飽和水飽和蒸汽密度以及參比水柱密度都是影響水位測量準確性的因素。在不改變測量方式的情況下，只對差壓和水位轉(zhuǎn)換計算公式進行優(yōu)化就可以很大程度上提高水位測量的準確性，簡單有效，對高加水位的調(diào)整及高加運行的安全性和經(jīng)濟性都有重要的意義。