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火電廠汽輪機主油箱液位測量缺陷分析及處理

  來源:河北國華滄東發(fā)電有限責(zé)任公司  作者:陳順青,閆建平

 針對某火電廠4臺機組汽輪機主油箱油位測量過程中出現(xiàn)跳變甚至變壞點的問題,從工作原理、使用環(huán)境、介質(zhì)特性等方面分析原因,認(rèn)為主油箱內(nèi)部油位波動較大以及存在較強磁場是導(dǎo)致問題的主要原因,提出將汽輪機主油箱油位測量方式改為差壓式測量的處理措施,處理后,測量精度、可靠性、穩(wěn)定性均滿足“二十五項重點要求”的相關(guān)要求,4臺機組主油箱油位低跳機保護投入。MTI壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
1 概述及存在的問題
 
汽輪機潤滑油系統(tǒng)是汽輪機設(shè)備的一個重要組成部分。若潤滑油系統(tǒng)出現(xiàn)異常會威脅汽輪機設(shè)備的安全運行,嚴(yán)重時會導(dǎo)致汽輪機燒瓦、大軸彎曲、轉(zhuǎn)子動/靜摩擦,甚至?xí)䦟?dǎo)致整機損壞等惡性事故的發(fā)生[1]。例如:潤滑油中斷,失去潤滑,軸承將迅速被燒毀。潤滑油中斷是由于大量漏油未及時發(fā)現(xiàn),油箱油位降低到主油泵不能正常工作的位置,主油泵故障以及油系統(tǒng)管道堵塞等原因造成的!斗乐闺娏ιa(chǎn)事故的二十五項重點要求》(國能安全[2014]161號)8.4.9及8.4.10要求應(yīng)設(shè)置主油箱油位低跳機保護,必須采用測量可靠、穩(wěn)定性好的液位測量方法,并采取三取二的方式,油位計及相關(guān)
信號裝置,必須按要求裝設(shè)齊全、指示準(zhǔn)確。機組運行中發(fā)生油系統(tǒng)泄漏時,應(yīng)申請停機處理,避免處理不當(dāng)造成大量跑油,導(dǎo)致燒瓦。
 
綜上可知,汽輪機主油箱油位測量的可靠、穩(wěn)定的重要性不言而喻。某火電廠4臺機組汽輪機潤滑 油 箱 # 初 分 別 配 備 了 1支 磁 翻 板 就 地 液 位 計 和液位高、低開關(guān)量報警信號,不滿足二十五項反措要求中的數(shù)量及作為主機保護信號的測量精度要求。為了提高測量精度、可靠性、穩(wěn)定性,兩臺超臨界機組汽輪機主油箱加裝了MAGNETROL導(dǎo)波雷達 液 位 計 ,兩 臺 亞 臨 界 機 組 汽 輪 機 主 油 箱 加 裝 了磁致伸縮式液位計,但這兩種液位計在測量過程中均出現(xiàn)了跳變,甚至變壞點的缺陷,且無法解決。
 
2 缺陷原因分析
2.1 導(dǎo)波雷達液位計測量缺陷分析
導(dǎo)波雷達液位計基于電磁波TDR( 時域反射)原理,由于電磁波的傳導(dǎo)不受介質(zhì)的粘度、蒸汽、密度等影響,因此,導(dǎo)波雷達液位計相對于某些傳統(tǒng)測量方法有很多優(yōu)勢[2]。MAGNETROL導(dǎo)波雷達液位計由雷達變送器和導(dǎo)波探桿兩部分構(gòu)成,該電廠采用的是705型頂裝同軸桿式探頭,在測量過程中出現(xiàn)了跳變,甚至變壞點的缺陷。由于導(dǎo)波雷達液位計能否準(zhǔn)確測量完全依賴于電磁脈沖反射波的信號,因此通過分析后,懷疑存在以下原因:
 
a. 通過拆解該導(dǎo)波雷達液位計后發(fā)現(xiàn)其導(dǎo)波探
桿存在與探桿外部套管碰壁的可能,見圖1。因為汽輪機主油箱內(nèi)部油位波動較大,當(dāng)潤滑油通過氣相補償孔沖擊內(nèi)部導(dǎo)波探桿時,導(dǎo)波探桿不是處在固定垂直狀態(tài)而是處在晃動的狀態(tài)下,甚至碰壁,這樣電磁脈沖的傳輸路徑及反射界面就存在變化,從而可能導(dǎo)致測量的跳變,甚至壞點。
 
b. 由于汽輪機主油箱內(nèi)部油位波動較大,容易出現(xiàn)泡沫,泡沫的存在就導(dǎo)致反射的油位是一個“虛假”油位,測量區(qū)域泡沫的有無以及泡沫的多少直接影響了測量。該電廠使用導(dǎo)波雷達液位計測量七/八號低加水位時一直很精que,可以從側(cè)面印證此種情況。
 
2.2 磁致伸縮液位計測量缺陷分析
磁致伸縮液位計[3]工作時,傳感器的電路部分將在波導(dǎo)絲上激勵出脈沖電流,該電流沿波導(dǎo)絲傳播時會在波導(dǎo)絲的周圍產(chǎn)生脈沖電流磁場。該電廠采用的EDM磁致伸縮式液位計由測桿(不銹鋼管)、帶永久磁鐵的移動浮子、磁致伸縮線(波導(dǎo)絲)、變送器等組成。在測量過程中出現(xiàn)了跳變,甚至變壞點的情況。根據(jù)文獻[3]中所描述的磁致伸縮式液位計變送器常見故障及解決方案可知,導(dǎo)致輸出不穩(wěn)定的因素包括液位改變速度太快、跨距較短(<12”(600 mm))、劇烈顫動、探桿被磁化等四種。廠家在處理問題的過程中已經(jīng)進行調(diào)高阻尼的操作,但是問題得不到解決。因此只能懷疑主油箱內(nèi)部存在劇烈顫動,或探桿被磁化 。文獻[4]中指出由于測量原理等因素,當(dāng)磁致伸縮式液位計處于強磁場干擾環(huán)境下,會使浮子受的磁場力疊加導(dǎo)致消磁。綜合考慮以上兩方面因素,懷疑汽輪機主油箱內(nèi)部存在較強磁場導(dǎo)致油位測量出現(xiàn)跳變,甚至變壞點的可能性較大。通過與該廠汽機專業(yè)溝通得知,為了吸附汽輪機主油箱內(nèi)部潤滑油中的鐵屑及雜質(zhì),在主油箱底部安裝有若干磁棒,磁棒的存在形成強磁場,干擾磁致伸縮式液位計的測量,導(dǎo)致以上缺陷產(chǎn)生。
 
3 處理措施及效果
 
3.1 處理措施
由于導(dǎo)波雷達液位計、磁致伸縮液位計在測量過程中均出現(xiàn)了跳變,經(jīng)過以上缺陷原因分析可知,造成汽輪機主油箱油位測量出現(xiàn)缺陷的原因是汽輪機主油箱內(nèi)部客觀環(huán)境與導(dǎo)波雷達液位計、磁致伸縮液位計的使用環(huán)境不匹配,由于汽輪機主油箱內(nèi)部客觀環(huán)境無法人為改變,因此考慮對汽輪機主油箱油位的測量方式進行改造換型。通過一系列考察和查閱相關(guān)文獻[5]可知,差壓式測量方式在原理上可行,能正確的指示油箱油位,目前差壓式測量方式占有率較高,且也有已投入主油箱油位低跳機保護的先例。因此,決定利用機組檢修機會對主油箱油位測量方法實施改造,每臺主油箱上加裝3套差壓式液位變送器。
 
3.2 處理效果
目前4臺機組主油箱油位測量方法改造均完成,改造效果良好達到預(yù)期(見圖2),觀察一段時間未再出現(xiàn)跳變及變壞點的情況,均已投入主油箱油位低跳機保護。
 
差壓式液位計具有精度高、漂移小、抗過載能力強等特點。但是如果介質(zhì)密度受介質(zhì)的溫度、壓力、組分的變化影響大時,差壓式液位變送器就會產(chǎn)生虛假液位。某電廠地處北方,其汽輪機主油箱差壓式液位變送器設(shè)置在汽機房零米,隨著天氣的變化,變送器取樣管中的靜態(tài)潤滑油的密度會隨溫度的變化而變化,從而導(dǎo)致產(chǎn)生測量偏差。根據(jù)實際使用情況,如果存在較大偏差,可以考慮引入溫度補償?shù)姆椒,即在汽輪機主油箱上加裝1支專門測量油溫的溫度元件,在DCS邏輯中增加含有溫度——密度函數(shù)(ρ(t))的溫度補償系數(shù)k來提高差壓式液位變送器的測量精度。由于負(fù)壓端從主油箱上部引出,正負(fù)壓側(cè)的大氣壓力相等而相互抵消,因此主油箱油位h的計算公式如下:
20190710160106.jpg
在未考慮溫度對密度的影響時,一般潤滑油密度取ρ=820 kg/m3,P+、P-分別為差壓變送器正負(fù)壓測的壓力,ΔP為差壓變送器的差壓,g為重力加速度。若要考慮溫度對密度的影響時,潤滑油密度為ρ(t),其他參數(shù)不變,真實主油箱油位h'的計算公式如下:
QQ截圖20190710160111.jpg
 
此外,在投運汽輪機主油箱差壓式液位變送器時,還需要考慮到取樣管路中的空氣及潤滑油中可能存在泡沫,所以一定要將取樣管內(nèi)的空氣泡徹底排除。具體辦法就是將取樣管中的潤滑油通過排污門排放一段時間,直至排出的潤滑油中看不到氣泡為止。
 
4 結(jié)束語
隨著自動化儀表技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)外研制開發(fā)出一些新的液位測量方法,出現(xiàn)了很多低功耗、微型化、高精度的智能型儀表,如導(dǎo)波雷達液位計、磁致伸縮液位計等,且在某些領(lǐng)域表現(xiàn)出了優(yōu)越的性能,如精度高,穩(wěn)定性好,環(huán)境適應(yīng)強,應(yīng)用范圍廣等,相對于這些新的液位測量方法,差壓變送器是比較傳統(tǒng)的測量方式,已有很多年的成功經(jīng)驗且應(yīng)用廣泛,差壓變送器對液位進行測量的關(guān)鍵是液位與差壓之間的轉(zhuǎn)換,所以測量精度很高,但在介質(zhì)密度變化明顯的環(huán)境中不能采用。通過本文的改造實踐可知,沒有哪一種液位測量方法能夠適應(yīng)所有的介質(zhì)或環(huán)境,只有在充分了解各類儀表的工作原理、使用環(huán)境、介質(zhì)特性,可能存在的問題及日后維護保養(yǎng)等因素的基礎(chǔ)上,根據(jù)環(huán)境和測量需求,結(jié)合各種測量方法的特點,選擇實用的、穩(wěn)定的、精que的液位測量儀表。

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