超临界锅炉启动分离器水位保护优化

摘 要：在超临界锅炉运行中，汽水分离器水位的控制和监视不容忽视，因环境温度过低而超出所使用仪表的正常工作温度区间，启动分离器水位两测量变送器一次门处可能出现冻结的现象，导致变送器显示水位升高，触发启动分离器高越限MFT保护误动停机。该厂用保护逻辑优化、伴热增加自动温控装置、加强日常巡检及时发现问题的方法有效解决了分离器中出现虚假较高水位以及分离器水位高越限MFT保护误动的情况，提高了测点的运行可靠性，保证机组经济稳定运行。

关键词：分离器；水位；优化

0 引言

在超超临界锅炉运行中，启动分离器水位的控制和监视不容忽视，如果控制、测量不当，可能会造成低温蒸汽进入过热蒸汽管道和汽轮机，损坏管道设备和扩大事故，或虚假水位导致保护误动，直接影响机组运行安全。

1 锅炉启动分离器概述

某电厂660MW机组采用内置式启动系统，内置式启动系统参与机组运行全程，在机组启停及低负荷运行阶段，汽水分离器类似于汽包锅炉的汽包；在机组正常运行阶段，汽水分离器只是作为蒸汽的流通通道。

锅炉分离器水位测量装置共设有4个（分A、B侧，每侧各2个），测量方式为普通的差压测量方式，测量出的差压经过分离器出口压力修正后计算出分离器水位，分离器水位参与主保护，大于14.5m时MFT动作。

该厂用差压变送器测量启动分离器水位，差压变送器利用液体自身重力产生的压力差来测量容器内液体的液位，其正压侧测量管始终处于充满水状态，保持压力恒定；而负压侧测量管与容器组成联通器，其压力随容器内液位的变化成线性变化。

2 存在的问题

在冬季锅炉运行过程中，当被测介质通过测量管线传送到变送器时0，常出现环境温度过低时就会发生凝固、冻结现象，直接影响到仪表测量显示的准确性。某年冬季因环境温度过低而超出所使用仪表的正常工作温度区间，启动分离器水位两测量变送器一次门处冻结，导致变送器显示水位升高，触发启动分离器高越限MFT保护误动停机。

经过分析发现，此次保护误动的原因为：该保护未能准确判断水位是否为虚假水位；伴热装置未安装自动温度控制装置，不能根据环境温度及时调整加热温度；日常巡检不到位，未能及时发现设备问题。

3 解决方法

自问题发现后，该厂组织专业人员进行分析和讨论，并做了大量的工作，用以下三种方法解决该问题。

3.1 控制对象模型的选取

分离器水位高保护逻辑由“分离器水位大于14.5m，MFT动作”修改为“分离器出口温度过热度小于4℃时，分离器水位大于14.5m，MFT动作”。

设为变送器接收到的差压信号，为容器内部压力，为变送器正压侧压力，为变送器负压侧压力；为容器内液体的密度；为重力加速度；为工艺零点到容器上部取压口的高度；为容器工艺液位；为变送器到工艺液位零点的高度。则有：

当液面由=0变化为=时，差压变送器所测得的差压由最大值变为=0，通过设置变送器，输出电流由4mA变为20m。

这样把测量液位的问题归结为测量差压的问题，而用差压变送器很方便地把差压测量出来，并转换成统一标准信号。

从水和水蒸气的性质来说，过热度指的是蒸汽温度高于对应压力下的饱和温度的程度，其饱和曲线在水蒸气图上是一条上升的曲线，即随着压力的升高，水的饱和温度也是升高的。同理，对于处于某一温度的水蒸气来说，提高压力，其对应的饱和温度也随之升高，则其温度高于饱和温度的程度也降低，即蒸汽的过热度降低，反之上升。

从理论上，在干态运行时分离器不应存在水位，所以从逻辑方面考虑，与上分离器出口温度过热度确保分离器水位是实际高于14.5m时触发启动分离器水位高MFT，可以有效的在逻辑上防止保护误动。

3.2 伴热增加自动温控装置

为防冻，该厂对仪表和仪表测量管线进行防冻处理，需要伴热保温的对象主要有检测管线、测量管线和安装在仪表保温箱内的差压变送器，但由于伴热系统未能自动投用，分离器、储水箱、下降管中的蒸汽处于静止状态，随外界汽温升高降低伴热不能自动调节，导致启动系统管路金属温度升高或降低，使系统中的水密度变小或蒸汽凝结。

按照要求，启动分离器水位测量取样管路温度应维持在15℃，调节控制数显表设定下限10℃，位于保温材料与管壁中间的温度元件检测的温度信号传输给控制器，此时若温度低于10℃控制器闭合开始加热，当温度高于30℃时，经温度元件检测信号上传的温度高于给定上限温度，控制器断开停止加热，由此实现伴热设备的自动控制。检修人员可以通过对温度上下限的参数设定，控制监视伴热温度。

这样，外界温度变化管壁温度会一直控制在要求范围内，防冻的同时不会因加热温度过高导致水密度影响水位测量结果，确保测量的准确性。

3.3 加强日常巡检及时发现问题

巡检措施由热控车间人员按预定巡检路线定时巡检。巡检中要检查保温管线阀门是否正常、变送器阀门是否严密、接头是否漏水、保温箱是否正常、温度自动控制系统是否正常、保温材料包装是否完好、电伴热供电元器件是否正常等。对易冻装置仪表进行重点检查并做好巡检记录，进行仪表及其保温防冻措施进行干燥、完整、洁净的维护保养，及时解决现场发生的保温伴热问题。

4 结论

启动分离器水位的伴热系统自动投入运行、进行逻辑优化、加强日常巡检后，有效解决了分离器中出现虚假较高水位，有可能发生分离器水位高越限MFT保护误动的情况，日后未出现分离水位异常现象，提高了测点的运行可靠性，保证机组经济稳定运行。

参考文献：

[1]王宗琪，王陶，章臣樾.直流锅炉启动分离器数学模型与仿真[J].热能动力工程，1997（1）.

[2]张磊.直流锅炉启动系统模块化建模与仿真[D].重庆：重庆大学，2013.

[3]綦明明，冷杰，俞辉.超临界直流锅炉内置式汽水分离器数学模型及仿真[J].东北电力技术，2009（12）.

作者简介：刘云（1986—），女，河北唐山人，助理工程师，研究方向：为热工自动化及其控制系统。

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