浙江电力 ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ２０１１年第３期 ６００ ＭＷ机组高压加热器疏水控制系统改进 张良军，李康良 （国电浙江北仑第一发电有限公司，浙江宁波３１５８００） 摘 要：分析了北仑发电厂６００ ＭＷ机组高加疏水控制系统存在的问题，提出了通过单室平衡容器实 现疏水水位差压式测量；进行疏水水位测量压力温度修正和疏水水位控制由基地式控制改为ＤＣＳ控制 的改进方案，可为存在类似问题的发电厂提供参考和借鉴。 关键词：高压加热器；疏水；基地式控制；压力修正；端差 中图分类号：ＴＫ３２３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００７—１８８１（２０１１）０３—００４０—０３ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｈｅａｔｅｒｓ ｏｆ ６００ ＭＷ ＵＩｌｉｔｓ ＺＨＡＮＧ Ｌｉａｎｇ－ｊｕｎ，ＬＩ Ｋａｎｇ－ｌｉａｎｇ （Ｇｕｏｄｉａｎ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｂｅｉｌｕｎ Ｎｏ．１ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｎｉｎｇｂｏ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１５８００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｅａｔｅｒｓ ｏｆ ６００ ＭＷ ｕｎｉｔｓ ｉｎ Ｂｅｉｌｕｎ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ ａｎｄ ｏｆｆｅｒｓ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈａｍｂｅｒ ｂａｌａｎｃｅ ｖｅｓｓｅ１．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｅ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｆｏｒ ｄｒａｉｎａｇｅ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｌｏｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｄｒａｉｎａｇｅ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅ１． ｉｓ ｒｅｐｌａｃｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ（ＤＣＳ）．Ｉｔ ｃａｎ ｓｅｒｖｅ ａｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｏｔｈｅｒ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｂｌｅｍｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｅａｔｅｒ；ｄｒａｉｎａｇｅ；ｌｏｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；ｔｅｒｍｉｎａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ １系统简介 高压给水加热器（简称高加）是热力发电厂广 泛应用的节能设备之一，利用汽轮机抽汽回热来 加热锅炉给水，提高给水温度，以达到节能的目 的。北仑发电厂３—５号机组所配置的高、低压加 热器和除氧器均由日本东芝公司设计制造。这些 加热器均为表面式“Ｕ”型管加热器，卧式布置。 １—３号高加各配置２套基地式水位调节仪 图１高加基地式调节仪表安装结构图 （正常疏水调节仪和事故疏水调节仪）、１套浮子 式液位变送器、低／高／高高液位开关各１套。正 ２存在问题 常／事故疏水调节仪目标水位分别为＋０ ｉｎｎ水柱、 （１）基地式调节仪是纯机械式现场控制仪表， ＋５０ ｍｉｌｌ水柱。高（＋１４０ ｌｎｉｎ水柱）／低（一５０ ｍｉｌｌ水 其转换环节比较多，反应比较慢，在机组工况变 柱）液位开关用于ＤＣＳ系统报警，高高（＋６６０ ｍｍ 化比较大的情况下高加水位调节品质比较差；另 水柱）液位开关动作时高加隔离，液位变送器用 一方面，高加的疏水是依靠相互之间的压差逐级 于ＤＣＳ系统液位显示。 进行的．疏水从压力高的加热器流至压力较低的 ２０１１年第３期 浙江电力 ４１ 加热器。最后流至压力最低的除氧器，所以靠近 除氧器的３号高加疏水量最大，而压差最小，再 加上疏水管路长，沿程阻力大，远距离的气动信 号传输（汽机房６．１ Ｉｎ ３号高加层到汽机房３０ Ｉ１３ 高 除氧器层）出现严重的信号滞后，这导致３号高加 疏水调节品质差，５号机组３号高加疏水波动达 ５０ ｍｍ左右。 ｐ ｐ △Ｐ 图２高压加热器差压式水位测量原理图 （２）基地式调节仪内部有喷嘴、挡板、机械连 参比水柱密度进行压力温度修正，对测量精度影 杆、波纹管、放大器等部件，其测量单元直接与 高温高压介质接触，容易造成仪表内部密封垫圈 老化，缩短仪表的使用寿命。到目前为止，由于 高温烫伤已损坏５套高加基地式调节仪，而日本 原装ＹＡＭＡＴＡＫＥ ＨＯＮＥＹＷＥＬＬ基地式调节仪每 套将近ｌ６万元：１，２号高加基地式调节仪损坏 后曾经选用国内替代产品，但只能使用１年左右 时间，均因高温烫坏仪表内部密封部件而损坏。 ３ 改进方案 针对高加基地式调节仪存在的问题。鉴于高 加差压式水位测量方式的广泛使用及ＤＣＳ系统 Ｅｔ益成熟．将基地式调节改成ＤＣＳ系统控制及 应用差压方式实现高加液位测量是必然的选择。 应用差压原理实现高加水位测量：把水位高 度的变化转换成差压的变化．因此差压式水位测 量的精度取决于实际水位与差压之间的准确转 换，这可采用平衡容器形成参比水柱来实现。 变送器压差值△Ｐ计算如下： ＡＰ＝ｐ －ｐ一＝（ｐ １一Ｐ ）ｇｈｌ一（Ｐ 一Ｐ币）ｇ ２ ＝（ｐ －ｐ ）ｇｈ －（ｐ －ｐ甲）ｇｈ （１） ： 为高加实际水位高度；ｈ 为平衡容器参 比水柱高度；ｈ 为负压侧水柱高度；Ｐ 为高加内 饱和蒸汽密度；Ｐ 为高加内疏水密度；Ｐ 为负压 侧水柱平均密度；Ｐ 为平衡容器参比水柱平均 密度 ｈ＝（ｐｍ，（Ｐ －ｐ ）ｇ －ｐｑ￣）ｇｈ，－ＡＰ： （Ｐ －ｐ甲）二 垒 一 （ｐ ） （２） 根据单室平衡容器安装手册可知：单室平衡 容器水平导压管长度必须大于１ ｍ，正压侧下降 导压管管径尽可能小（实际应用中一般≤１６ ｍｍ）， 这样基本可保证正压侧下降导压管内水温接近于 环境温度。由文献『１１可知，不同抽汽压力、不同 温度下冷凝水的密度变化很小，所以对平衡容器 响不大。考虑到１号高加环境温度，以额定抽汽 压力（６．３ ＭＰａ）２０￣Ｃ冷凝水密度约１ ００１．０２１ ｋｇ／ｍ 代表所有工况下平衡容器参比水柱密度。 在高加投运过程中，高加内的热传递过程实 际上是十分复杂的。高温、高压蒸汽经过过热蒸 汽冷却段、凝结段和疏水冷却段３个热量释放过 程生成冷凝水（疏水）。为了维持高加安全、经济 运行．必须将疏水水位控制为零水位附近，通过 正常疏水调节阀将疏水进行排放．这部分排放掉 的包括将要排放的疏水还未达到饱和状态，而积 存于加热器底部靠近事故疏水排放口的水基本上 是饱和水，因此。高加内疏水是饱和水和未饱和 水的混合物。由于未饱和水占高加内疏水的大部 分，所以一般以高加内未饱和水的密度来表征高 加内疏水的密度。 根据高加实际运行情况可知，任一工况下高 加抽汽压力对应的饱和水温度与高加疏水温度的 偏差基本上是恒定的，例如北仑发电厂３—５号机 １，３号高加偏差大约为２０℃左右，２号高加偏差 大约为３３℃左右．因此，可以建立高加抽汽压力 与高加疏水密度、蒸汽密度之间对应关系，也就 是说Ｐ ，Ｐ中均是高加抽汽压力的函数，设． （ ）＝ Ｐ －ｐ甲，ｆ２（ｘ）＝ｐｑ￣－ｐ币。表１列出了几个绝对压力 值时对应的． （ ），． （ ）函数值。高加水位ｈ测量 公式则变为： （Ｐ ｌ－ｐ甲） ＡＰ 一 （ｐｑｗ— ） （Ｐ 一Ｐ译）ｇ．厂２（（ ）ｈｉ ） （ａｐ ）ｇ （３） ４项目实施 ３号机组ｌ，３号高加疏水控制系统的改进主 要采取了以下措施： （１）利用原来基地式水位测量筒连接管道安 装了两套单室平衡容器，将原来法兰连接方式变 更为焊接方式，并将测量量程由原来３００ ｍｍ扩 ４２ 张良军，等：６００ ＭＷ机组高压加热器疏水控制系统改进 ２０１１年第３期 大到８００ ｍｌＴｌ；适当增大单室平衡容器与差压变 送器垂直距离至６ １ＴＩ左右。 高加疏水水位波动范围大约为１０ ｍｍ，比改造前 波动范围１６ ｒａｉｎ略有改进，３号高加疏水水位波 动范围大约为１８ ｍｍ比改造前３０ ｍｍ波动范围 （２）参与高加隔离及保护的电磁阀控制回路 予以保留，新加装的电流气压转换装置（Ｉ／Ｐ）尽量 安装在阀门附近，将控制电磁阀移至Ｉ／Ｐ出口． 有明显改善。 （３）１，３号高加基地式调节仪改进后基本上可 以实现零费用维护，备品库存大幅降低。 即当１号高加水位高／高高液位开关动作时电磁 阀失电时，通过电磁阀快速排放Ｉ／Ｐ输出气体以 实现１号高加至凝汽器事故疏水调节阀全开：２ ６ 结语 高加水位调节由传统基地式调节改造为ＤＣＳ 控制是必然趋势，既能大幅节省检修、维护成 本。又能极大地提高高加运行的经济性安全性。 号高加水位高高液位开关动作时电磁阀失电时． 通过电磁阀快速排放Ｉ／Ｐ输出气体以实现１号高 加至２号高加正常疏水调节阀全关。 （３）高加疏水控制策略采用典型单回路ＰＩ调 节，正常疏水调节品质侧重于平稳和准确，事故 疏水调节品质则要求快速；由于水位测量设计了 压力修正功能，考虑到压力信号无冗余。所以逻 将成熟应用在发电厂汽包水位上单（双）平衡容器 差压式水位测量技术移植至高加水位测量上是完 全可行的，但需重视两者之间的差别，即前者测 量介质是饱和水而后者则是不饱和的疏水。目前 辑中增加了压力信号失去水位控制切至手动的功 能。另外，ＤＣＳ软件中增加了１号高加浮子式液 新投产机组的高加水位测量普遍采用了差压式水 位测量方式，由于没有进行抽汽压力修正，在机 组启停阶段或工况变化较大的情况下水位测量误 位测量信号与差压式液位测量信号切换逻辑，以 便于差压式水位变送器日常排污、校验等日常维 护时的无扰切换。除了通过电磁阀控制实现高加 保护（正常疏水调节阀全关、事故疏水调节阀全 差较大，因此必须对高加水位测量进行抽汽压力 修正．在日常维护中也应重视对加热器差压式变 送器仪表管的冲洗、排污工作。 开）外，还将高加水位高／高高等保护信号通过ＣＣＳ 控制系统ＴＲＡＣＫ功能实现高加保护。 参考文献： ［１】 国际水和水蒸汽热力性质学会（ＩＡＰＷＳ）．工业用水和 ５ 效果评价 高加疏水控制系统改进后，通过近两个多月 跟踪分析效果非常明显： （１）１，３号高加疏水端差达到设计标准，其中 １号高加在３００～６００ ＭＷ负荷变化范围端差为 水蒸汽热力性质计算公式［Ｇ】．１９９７． Ｊ辉武高加水位胡。护逻辑的改进和完善¨ 湖南电 ３２００６（２－４４ ２）：４，收稿日期：２０１０—０９—０３ ４．５～９￣Ｃ，比改造前５～１３￣Ｃ有明显改善，３号高 加端差４～７．６℃与改造前基本一致。 （２）１，３号高加疏水调节品质较好，其中１号 作者简介：张良军（１９６９一），男，浙江宁波人，高级工程师， 从事火电厂热工设备管理。 （本文编辑：陆莹）