防止汽包锅炉缺满水技术措施

　　汽包锅炉汽包是蒸发受热面与过热受热面的分界面，汽包水位是锅炉汽水流量是否平衡的标志。水位高于正常运行水位的上限为满水，低于下限为缺水。大容量电站锅炉汽包容积相对较小（计算表明一台600MW机组的汽包上下水位间的容积等于8.4s与额定蒸发量的乘积），在高加故障跳停、锅炉出力或负荷突变以致汽压骤变时，给水自动控制装置的性能难，以满足维持水位的基本功能，汽包水位便发生大幅度波动。汽包锅炉严重满水使汽温急剧下降，危及汽轮机安全；严重缺水时水冷壁得不到应有的冷却，膨胀不畅导致水冷壁变形甚至过热爆管，特别是亚临界参数汽包炉蒸发受热面的循环倍率一般只有3~4，水冷壁管出口处介质含汽量相当高，在异常工况下有发生第二类传热恶化的危险。水冷壁大面积损坏、汽轮机烧瓦、振动常常是缺满水事故处理不当扩大化的结果。当前存在以下隐患：

　　一、汽包水位测量问题

　　现在电厂普遍使用的汽包水位测量装置有就地水位计（包括玻璃、云母、牛眼水位计及其电视远传系统）、电极式水位计和差压水位计。就地水位计的显示原理决定其难以参与自动控制及热工保护，而且因水位计中水柱温度常低于汽包内饱和温度，所以其显示的水位要低于汽包内实际重力水位，其差值与压力、环境温度、保温质量、液位高度有关。对高中压锅炉正常水位时其差值约为25~75mm，对超高压、亚临界参数锅炉其差值可达125~175mm如不考虑此因素将使运行水位不必要的偏高，容易导致满水；对此一些锅炉在安装时就考虑了此差值并将‘0’位放低，以方便运行控制。但是，要注意冷态时并不存在此差值，所以冷态核对水位时，需扣除此项修正；同时要注意安装时水位计水连通管的走向及倾斜方向，以免造成假水位。

　　电极式水位计不能实现连续测量，因而不能用于自动调节。此外简体内介质温度低于饱和温度的情况与上述就地水位计一样，也存在偏差，而且目前各电厂对筒体的保温情况不完全一样，不实地测定难以明确差值。

　　差压式水位计可用于自动调节与热工保护。汽侧冷凝罐内的水位提供汽包压力之外的恒定正压，水侧压力显示汽包压力加上与水位有关的重力压头，汽包水位愈低二者压差愈大。此型水位装置存在以下测量问题：①在锅炉启动及水位表管冲洗后冷凝罐的水位一时难以迅速建立，便影响水位读数。②上述恒定正压除非有保温套的修正，一般均需根据事前设定的环境温度确定，一旦管内温度比原设定值高，则水位指示虚高。③差压变送系统有许多中间环节易发生故障。因此，由于汽包水位对锅炉安全的重要性，一般实行三取中的逻辑，并要求在正常水位附近与就地水位定期核对，以确保其值可靠。当然三取中是建立在上述汽侧正压管热稳定的基础上的，且三者必须相互独立；与就地水位计核对也要考虑上述偏差。除上述测量问题外，由于锅炉宽度方向热负荷偏差，汽包长度方向的重力水位并不相同，因此在实行三取中的逻辑时，三者之间的偏差必须实现自动监控报警（报警值可取30mm），以便判断处理。

　　二、关于保护定值问题

　　为防止锅炉缺满水事故导致设备损坏，最可靠的措施是水位超限时锅炉迅速停用，主要指低水位时切断锅炉燃料供应。目前，配备低水位保护装置的要求已列入国标（见GB/T16507—1996《固定式锅炉建造规程》第8.12.1条）ASME锅炉压力容器规范1998 年版也已经明确。现在的问题是保护定值是否正确，是否合理的设置延时，以及保护装置能否按要求动作等。汽包水位保护动作值的确定首先应保证此种缺满水情况下设备免遭损坏，其次必须在测量范围之内并有一定裕度。其值与锅内分离装置的布置、下降管管径、水速等有关，所以应执行制造厂规定。B&W公司提出的《火电机组控制系统仪表与控制装置联锁导则》有以下相关内容：①水位表（包括记录仪）的测量范围是正常水位上下318mm②跳炉的低水位值与汽包内径有关，内径为1524mm/1676mm/1828mm的汽包，动作值分别为-178mm/203mm/229mm；③通常情况下跳炉值为汽包可见水位低限上12.7mm，只有在就地水位计外还有二台相互独立的水位计时才按上述规定执行。国内一些电厂低水位保护动作值大致在-250~280mm/，过高的定值应核实（包括水位表的测量范围与制造的规定）。上面已经说明无论就地水位计还是差压水位计从原理上分析都存在测量偏差，此偏差难以通过二次仪表校验发现，所以必须推行冷态实际传动试验。

　　锅炉汽包水位高、低保护应采用独立测量的三取二的逻辑判断方式。此外，一些控制循环锅炉设置炉水循环泵差压低保护，有一定理由认为它能保证水冷壁冷却，但在个别循环泵跳时只要降低锅炉出力仍可维持安全的循环倍率，因此从某种意义上讲它不完全是低水位保护。国内一些引进此类设备的电厂除有低差压保护外，也设低水位保护。此外，ASME锅炉压力容器规范第七卷C2.320规定：在第一台循环泵投入运行和燃烧器点火之前，应当用使循环泵电气开关跳闸的方法来检查为防止循环泵差压低保护动作系统和器件是否可靠。对此规定应予考虑。

　　三、水位控制问题

　　锅炉汽包水位控制对锅炉安全至关重要，从点火到停炉必须全程实行自动控制与保护，除前述测量问题外，还有自动控制调节品质问题，主要是指“三冲量水位调节”在带负荷前只能实现“单冲量调节”，而且不能适应压力变化对调节品质的干扰。因此必须研究异常工况下的运行方式，包括机炉协调控制方式，以减少水位波动。

　　四、关于满水保护问题

　　前已提到，在运行中按“大火规”条文说明，开启锅炉放水，可能会造成扩容器超压。宜按ASME锅炉压力容器规范第七卷的要求，考虑B&W公司导则提出的高水位时报警—跳炉跳机—停给水泵的处理方式。

　　综上所述，防止汽包锅炉缺满水事故，涉及设计、安装，锅炉与热工专业；涉及保温工艺与校验方法，也涉及一些规程的修改。《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》。