淺析高壓除氧器水位測量異常現象探討

摘要:從電廠高壓除氧器的工作原理、介質工作狀況入手，對除氧器常見測量儀表的測量原理進行了介紹，并著重闡述了差壓變送器測量水位的原理。在此基礎上，分析了電廠高壓除氧器水位異常時的工況和機理，對差壓變送器水位計在除氧器異常工況時顯示的水位進行了定量計算，為水位異常的正確處理提供了理論依據。

高壓除氧器是火電廠、核電廠發電工藝流程中不可缺少的設備，主要作用是除去鍋爐給水中的氧氣，防止游離狀態的氧在高溫下與金屬發生氧化反應，腐蝕金屬。高壓除氧器為混合式回熱加熱器，是加熱鍋爐給水的重要設備，一般有定壓運行和滑壓運行兩種方式。從鍋爐給水安全考慮，除氧器水位需要基本穩定，維持在一定范圍內:高壓除氧器水位過低會導致漩流吸入氣體，導致給水泵汽化，繼而造成給水泵損壞，鍋爐給水不穩定甚至中斷，機組停車等嚴重問題;水位過高會造成壓力波動，除氧不合格等問題，高到某一規定值會自動啟動事故放水門，降低水位。因此，高壓除氧器水位穩定，準確測量水位，正確顯示水位意義重大。在實際運行過程中，高壓除氧器水位異常時有發生，特別是滑壓運行時異常次數更多，有的電廠被迫反復更換水位測量一次儀表。經過分析可知，很多異常是測量儀器受原理限制產生的錯誤結果。

1 除氧器工作原理

除氧器除去氧氣的原理主要依據“亨利定律”和“氣體分壓定律”［1 －2］。“亨利定律”是指在等溫、等壓下，某種揮發性溶質(一般為氣體)在溶液中的溶解度與液面上該溶質的分壓力成正比。“氣體分壓定律”是指某一氣體在氣體混合物中產生的分壓等于在相同溫度下它單好占有整個容器時所產生的壓力，而氣體混合物的總壓強等于其中各氣體分壓之和。依據這兩個原理，高壓除氧器中的水就要求長期處于沸騰狀態，即除氧器中的水溫為對應壓力下的飽和水溫度。

2 除氧器水位測量計的種類及測量原理

除氧器普遍同時安裝 3 種水位計:一是就地水位計，如玻璃管式、磁翻板式等;二是差壓變送器式水位計，一般傳輸到分布式控制系統(DCS)用于數字化顯示水位，并作為除氧器水位的被調節量;三是電接點水位計，用于水位高、低值報警和聯動事故放水閥。

(1)就地水位計依據連通器原理，其就地顯示的水位總是與除氧器內的實際水位相同，具有直觀、可靠的特點，用于現場巡檢時觀察，并與遠傳信號進行對比。

(2)電接點水位計原理較為簡單，水位計上、下部均與除氧器筒體相連。根據連通器原理，水位計水位總是與除氧器筒內水位相同，被水位淹沒的電接點會接通電源，被淹接點的指標燈因通電亮起，顯示出水位，并確定適當的電接點為高、低水位報警開關量和聯動事故放水閥。

(3)差壓變送器式水位計顯示相對較為復雜，安裝如圖1 所示。差壓變送器測量的差壓 ΔP轉換成模擬量，電流模擬量傳輸到二次儀表或DCS，再還原成水位顯示。

3 水位異常原因分析

在實際工作過程中，當除氧器的工作壓力 P變化較快時，經常出現 DCS 顯示水位與電接點水位不相符、DCS 水位與就地水位計顯示不對應的現象，甚至出現因電接點水位高，高壓除壓器電動溢水閥動作，而DCS 中顯示水位正常，變化不明顯的現象。部分電廠技術人員常誤以為差壓變送器水位計計量不準，只能更換水位計，對導致異常的原因無法進行準確分析。下面從機理上分析水位產生異常的原因。

(1)產生水位異常基本出現在高壓除氧器壓力快速下降的時候，即 P 0 快速下降時，因高壓除氧器筒內的水溫 T 0 為飽和狀態，P 0 降為 P 1 后，對應飽和溫度值 T 1 明顯下降(即 T 1 小于 T 0 )，筒內水必將發生劇烈沸騰，部分水閃蒸成蒸汽，產生汽水共騰現象［3］ 。閃蒸就是高壓的飽和液體由于容器內壓力突然下降，這些飽和液體溫度因高于對應壓強下的飽和溫度，容器內部分液體會快速蒸發為對應壓力下的飽和蒸汽。閃蒸發生后，飽和水內部會產生大量汽泡，汽泡將自下向上運行，直致升高到液面后破裂，釋放出飽和蒸汽，顯示出液面急劇升高，即日常生活中看到的水“溢出”了，飽和水變成飽和蒸汽，吸收水中汽化潛熱，降低筒內水溫，直至水溫與液面壓力 P 1 對應的新的飽和水溫 T 1 相等，閃蒸結束，高壓除氧器內達到新的飽和水與飽和汽共存的狀態，進入新的穩定狀態。高壓除氧器水位異常就是這一閃蒸過程中出現。

(2)當飽和水閃蒸時，水中出現大量水泡，這時我們假定除氧器內進、出水量相等，即存量水維持相對不變狀態，在不變水量中產生大量水泡后，其體積必然膨脹，表現出水位明顯升高，如上文所述的電接點水位計和就地水位計顯示的原理，這時，兩種水位計會正確顯示出筒內水位。但差壓變送器顯示的水位就不一定能正確顯示筒中水位了，即二次儀表顯示水位會異常，下面就其顯示的水位進行分析。

當容器內有一定量液體，且液體長期為對應壓力下的飽和溫度狀態，當液面壓力快速下降時，容器內液體會出現閃蒸，導致液位急劇升高，但差壓變送器水位計受測量原理限制，顯示液位不會體現這種升高。這種液位異常在高壓除氧器較為常見，火力發電廠的高壓加熱器汽側工作狀況相似，也可能因閃蒸出現液位異常現象。發生這種情況時，快速、準確的判斷是正確處理的前提，通過采取正確的措施可以避免險情發生，保證機組安全穩定運行。