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浅析高压除氧器水位测量异常现象探讨

发表时间:2021-06-03 10:52作者:上海上仪四厂

摘要:从电厂高压除氧器的工作原理、介质工作状况入手,对除氧器常见测量仪表的测量原理进行了介绍,并着重阐述了差压变送器测量水位的原理。在此基础上,分析了电厂高压除氧器水位异常时的工况和机理,对差压变送器水位计在除氧器异常工况时显示的水位进行了定量计算,为水位异常的正确处理提供了理论依据。


高压除氧器是火电厂、核电厂发电工艺流程中不可缺少的设备,主要作用是除去锅炉给水中的氧气,防止游离状态的氧在高温下与金属发生氧化反应,腐蚀金属。高压除氧器为混合式回热加热器,是加热锅炉给水的重要设备,一般有定压运行和滑压运行两种方式。从锅炉给水安全考虑,除氧器水位需要基本稳定,维持在一定范围内:高压除氧器水位过低会导致漩流吸入气体,导致给水泵汽化,继而造成给水泵损坏,锅炉给水不稳定甚至中断,机组停车等严重问题;水位过高会造成压力波动,除氧不合格等问题,高到某一规定值会自动启动事故放水门,降低水位。因此,高压除氧器水位稳定,准确测量水位,正确显示水位意义重大。在实际运行过程中,高压除氧器水位异常时有发生,特别是滑压运行时异常次数更多,有的电厂被迫反复更换水位测量一次仪表。经过分析可知,很多异常是测量仪器受原理限制产生的错误结果。



1 除氧器工作原理

除氧器除去氧气的原理主要依据“亨利定律”和“气体分压定律”[1 -2]。“亨利定律”是指在等温、等压下,某种挥发性溶质(一般为气体)在溶液中的溶解度与液面上该溶质的分压力成正比。“气体分压定律”是指某一气体在气体混合物中产生的分压等于在相同温度下它单好占有整个容器时所产生的压力,而气体混合物的总压强等于其中各气体分压之和。依据这两个原理,高压除氧器中的水就要求长期处于沸腾状态,即除氧器中的水温为对应压力下的饱和水温度。


2 除氧器水位测量计的种类及测量原理

除氧器普遍同时安装 3 种水位计:一是就地水位计,如玻璃管式、磁翻板式等;二是差压变送器式水位计,一般传输到分布式控制系统(DCS)用于数字化显示水位,并作为除氧器水位的被调节量;三是电接点水位计,用于水位高、低值报警和联动事故放水阀。


(1)就地水位计依据连通器原理,其就地显示的水位总是与除氧器内的实际水位相同,具有直观、可靠的特点,用于现场巡检时观察,并与远传信号进行对比。


(2)电接点水位计原理较为简单,水位计上、下部均与除氧器筒体相连。根据连通器原理,水位计水位总是与除氧器筒内水位相同,被水位淹没的电接点会接通电源,被淹接点的指标灯因通电亮起,显示出水位,并确定适当的电接点为高、低水位报警开关量和联动事故放水阀。


(3)差压变送器式水位计显示相对较为复杂,安装如图1 所示。差压变送器测量的差压 ΔP转换成模拟量,电流模拟量传输到二次仪表或DCS,再还原成水位显示。



3 水位异常原因分析

在实际工作过程中,当除氧器的工作压力 P变化较快时,经常出现 DCS 显示水位与电接点水位不相符、DCS 水位与就地水位计显示不对应的现象,甚至出现因电接点水位高,高压除压器电动溢水阀动作,而DCS 中显示水位正常,变化不明显的现象。部分电厂技术人员常误以为差压变送器水位计计量不准,只能更换水位计,对导致异常的原因无法进行准确分析。下面从机理上分析水位产生异常的原因。


(1)产生水位异常基本出现在高压除氧器压力快速下降的时候,即 P 0 快速下降时,因高压除氧器筒内的水温 T 0 为饱和状态,P 0 降为 P 1 后,对应饱和温度值 T 1 明显下降(即 T 1 小于 T 0 ),筒内水必将发生剧烈沸腾,部分水闪蒸成蒸汽,产生汽水共腾现象[3] 。闪蒸就是高压的饱和液体由于容器内压力突然下降,这些饱和液体温度因高于对应压强下的饱和温度,容器内部分液体会快速蒸发为对应压力下的饱和蒸汽。闪蒸发生后,饱和水内部会产生大量汽泡,汽泡将自下向上运行,直致升高到液面后破裂,释放出饱和蒸汽,显示出液面急剧升高,即日常生活中看到的水“溢出”了,饱和水变成饱和蒸汽,吸收水中汽化潜热,降低筒内水温,直至水温与液面压力 P 1 对应的新的饱和水温 T 1 相等,闪蒸结束,高压除氧器内达到新的饱和水与饱和汽共存的状态,进入新的稳定状态。高压除氧器水位异常就是这一闪蒸过程中出现。


(2)当饱和水闪蒸时,水中出现大量水泡,这时我们假定除氧器内进、出水量相等,即存量水维持相对不变状态,在不变水量中产生大量水泡后,其体积必然膨胀,表现出水位明显升高,如上文所述的电接点水位计和就地水位计显示的原理,这时,两种水位计会正确显示出筒内水位。但差压变送器显示的水位就不一定能正确显示筒中水位了,即二次仪表显示水位会异常,下面就其显示的水位进行分析。



当容器内有一定量液体,且液体长期为对应压力下的饱和温度状态,当液面压力快速下降时,容器内液体会出现闪蒸,导致液位急剧升高,但差压变送器水位计受测量原理限制,显示液位不会体现这种升高。这种液位异常在高压除氧器较为常见,火力发电厂的高压加热器汽侧工作状况相似,也可能因闪蒸出现液位异常现象。发生这种情况时,快速、准确的判断是正确处理的前提,通过采取正确的措施可以避免险情发生,保证机组安全稳定运行。


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