淺析高壓除氧器水位測量異常現(xiàn)象探討

摘要:從電廠高壓除氧器的工作原理、介質(zhì)工作狀況入手，對除氧器常見測量儀表的測量原理進(jìn)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(chǔ)上，分析了電廠高壓除氧器水位異常時(shí)的工況和機(jī)理，對差壓變送器水位計(jì)在除氧器異常工況時(shí)顯示的水位進(jìn)行了定量計(jì)算，為水位異常的正確處理提供了理論依據(jù)。

高壓除氧器是火電廠、核電廠發(fā)電工藝流程中不可缺少的設(shè)備，主要作用是除去鍋爐給水中的氧氣，防止游離狀態(tài)的氧在高溫下與金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，腐蝕金屬。高壓除氧器為混合式回?zé)峒訜崞鳎羌訜徨仩t給水的重要設(shè)備，一般有定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行兩種方式。從鍋爐給水安全考慮，除氧器水位需要基本穩(wěn)定，維持在一定范圍內(nèi):高壓除氧器水位過低會導(dǎo)致漩流吸入氣體，導(dǎo)致給水泵汽化，繼而造成給水泵損壞，鍋爐給水不穩(wěn)定甚至中斷，機(jī)組停車等嚴(yán)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(guī)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(wěn)定，準(zhǔn)確測量水位，正確顯示水位意義重大。在實(shí)際運(yùn)行過程中，高壓除氧器水位異常時(shí)有發(fā)生，特別是滑壓運(yùn)行時(shí)異常次數(shù)更多，有的電廠被迫反復(fù)更換水位測量一次儀表。經(jīng)過分析可知，很多異常是測量儀器受原理限制產(chǎn)生的錯誤結(jié)果。

1 除氧器工作原理

除氧器除去氧氣的原理主要依據(jù)“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(fā)性溶質(zhì)(一般為氣體)在溶液中的溶解度與液面上該溶質(zhì)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(chǎn)生的分壓等于在相同溫度下它單好占有整個容器時(shí)所產(chǎn)生的壓力，而氣體混合物的總壓強(qiáng)等于其中各氣體分壓之和。依據(jù)這兩個原理，高壓除氧器中的水就要求長期處于沸騰狀態(tài)，即除氧器中的水溫為對應(yīng)壓力下的飽和水溫度。

2 除氧器水位測量計(jì)的種類及測量原理

除氧器普遍同時(shí)安裝 3 種水位計(jì):一是就地水位計(jì)，如玻璃管式、磁翻板式等;二是差壓變送器式水位計(jì)，一般傳輸?shù)椒植际娇刂葡到y(tǒng)(DCS)用于數(shù)字化顯示水位，并作為除氧器水位的被調(diào)節(jié)量;三是電接點(diǎn)水位計(jì)，用于水位高、低值報(bào)警和聯(lián)動事故放水閥。

(1)就地水位計(jì)依據(jù)連通器原理，其就地顯示的水位總是與除氧器內(nèi)的實(shí)際水位相同，具有直觀、可靠的特點(diǎn)，用于現(xiàn)場巡檢時(shí)觀察，并與遠(yuǎn)傳信號進(jìn)行對比。

(2)電接點(diǎn)水位計(jì)原理較為簡單，水位計(jì)上、下部均與除氧器筒體相連。根據(jù)連通器原理，水位計(jì)水位總是與除氧器筒內(nèi)水位相同，被水位淹沒的電接點(diǎn)會接通電源，被淹接點(diǎn)的指標(biāo)燈因通電亮起，顯示出水位，并確定適當(dāng)?shù)碾娊狱c(diǎn)為高、低水位報(bào)警開關(guān)量和聯(lián)動事故放水閥。

(3)差壓變送器式水位計(jì)顯示相對較為復(fù)雜，安裝如圖1 所示。差壓變送器測量的差壓 ΔP轉(zhuǎn)換成模擬量，電流模擬量傳輸?shù)蕉蝺x表或DCS，再還原成水位顯示。

3 水位異常原因分析

在實(shí)際工作過程中，當(dāng)除氧器的工作壓力 P變化較快時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn) DCS 顯示水位與電接點(diǎn)水位不相符、DCS 水位與就地水位計(jì)顯示不對應(yīng)的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)因電接點(diǎn)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(xiàn)象。部分電廠技術(shù)人員常誤以為差壓變送器水位計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)，只能更換水位計(jì)，對導(dǎo)致異常的原因無法進(jìn)行準(zhǔn)確分析。下面從機(jī)理上分析水位產(chǎn)生異常的原因。

(1)產(chǎn)生水位異常基本出現(xiàn)在高壓除氧器壓力快速下降的時(shí)候，即 P 0 快速下降時(shí)，因高壓除氧器筒內(nèi)的水溫 T 0 為飽和狀態(tài)，P 0 降為 P 1 后，對應(yīng)飽和溫度值 T 1 明顯下降(即 T 1 小于 T 0 )，筒內(nèi)水必將發(fā)生劇烈沸騰，部分水閃蒸成蒸汽，產(chǎn)生汽水共騰現(xiàn)象［3］ 。閃蒸就是高壓的飽和液體由于容器內(nèi)壓力突然下降，這些飽和液體溫度因高于對應(yīng)壓強(qiáng)下的飽和溫度，容器內(nèi)部分液體會快速蒸發(fā)為對應(yīng)壓力下的飽和蒸汽。閃蒸發(fā)生后，飽和水內(nèi)部會產(chǎn)生大量汽泡，汽泡將自下向上運(yùn)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(nèi)水溫，直至水溫與液面壓力 P 1 對應(yīng)的新的飽和水溫 T 1 相等，閃蒸結(jié)束，高壓除氧器內(nèi)達(dá)到新的飽和水與飽和汽共存的狀態(tài)，進(jìn)入新的穩(wěn)定狀態(tài)。高壓除氧器水位異常就是這一閃蒸過程中出現(xiàn)。

(2)當(dāng)飽和水閃蒸時(shí)，水中出現(xiàn)大量水泡，這時(shí)我們假定除氧器內(nèi)進(jìn)、出水量相等，即存量水維持相對不變狀態(tài)，在不變水量中產(chǎn)生大量水泡后，其體積必然膨脹，表現(xiàn)出水位明顯升高，如上文所述的電接點(diǎn)水位計(jì)和就地水位計(jì)顯示的原理，這時(shí)，兩種水位計(jì)會正確顯示出筒內(nèi)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(jìn)行分析。

當(dāng)容器內(nèi)有一定量液體，且液體長期為對應(yīng)壓力下的飽和溫度狀態(tài)，當(dāng)液面壓力快速下降時(shí)，容器內(nèi)液體會出現(xiàn)閃蒸，導(dǎo)致液位急劇升高，但差壓變送器水位計(jì)受測量原理限制，顯示液位不會體現(xiàn)這種升高。這種液位異常在高壓除氧器較為常見，火力發(fā)電廠的高壓加熱器汽側(cè)工作狀況相似，也可能因閃蒸出現(xiàn)液位異常現(xiàn)象。發(fā)生這種情況時(shí)，快速、準(zhǔn)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(xiǎn)情發(fā)生，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。