針對(duì)某火電廠4臺(tái)機(jī)組汽輪機(jī)主油箱油位測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)跳變甚至變壞點(diǎn)的問(wèn)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(dòng)較大以及存在較強(qiáng)磁場(chǎng)是導(dǎo)致問(wèn)題的主要原因,提出將汽輪機(jī)主油箱油位測(cè)量方式改為差壓式測(cè)量的處理措施,處理后,測(cè)量精度、可靠性、穩(wěn)定性均滿(mǎn)足“二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求”的相關(guān)要求,4臺(tái)機(jī)組主油箱油位低跳機(jī)保護(hù)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(wèn)題
汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)是汽輪機(jī)設(shè)備的一個(gè)重要組成部分。若潤(rùn)滑油系統(tǒng)出現(xiàn)異常會(huì)威脅汽輪機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)燒瓦、大軸彎曲、轉(zhuǎn)子動(dòng)/靜摩擦,甚至?xí)䦟?dǎo)致整機(jī)損壞等惡性事故的發(fā)生[1]。例如:潤(rùn)滑油中斷,失去潤(rùn)滑,軸承將迅速被燒毀。潤(rùn)滑油中斷是由于大量漏油未及時(shí)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。《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》(國(guó)能安全[2014]161號(hào))8.4.9及8.4.10要求應(yīng)設(shè)置主油箱油位低跳機(jī)保護(hù),必須采用測(cè)量可靠、穩(wěn)定性好的液位測(cè)量方法,并采取三取二的方式,油位計(jì)及相關(guān)
信號(hào)裝置,必須按要求裝設(shè)齊全、指示準(zhǔn)確。機(jī)組運(yùn)行中發(fā)生油系統(tǒng)泄漏時(shí),應(yīng)申請(qǐng)停機(jī)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(jī)主油箱油位測(cè)量的可靠、穩(wěn)定的重要性不言而喻。某火電廠4臺(tái)機(jī)組汽輪機(jī)潤(rùn)滑 油 箱 # 初 分 別 配 備 了 1支 磁 翻 板 就 地 液 位 計(jì) 和液位高、低開(kāi)關(guān)量報(bào)警信號(hào),不滿(mǎn)足二十五項(xiàng)反措要求中的數(shù)量及作為主機(jī)保護(hù)信號(hào)的測(cè)量精度要求。為了提高測(cè)量精度、可靠性、穩(wěn)定性,兩臺(tái)超臨界機(jī)組汽輪機(jī)主油箱加裝了MAGNETROL導(dǎo)波雷達(dá) 液 位 計(jì) ,兩 臺(tái) 亞 臨 界 機(jī) 組 汽 輪 機(jī) 主 油 箱 加 裝 了
磁致伸縮式液位計(jì),但這兩種液位計(jì)在測(cè)量過(guò)程中均出現(xiàn)了跳變,甚至變壞點(diǎn)的缺陷,且無(wú)法解決。
2 缺陷原因分析
2.1 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量缺陷分析
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)基于電磁波TDR( 時(shí)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(dá)液位計(jì)相對(duì)于某些傳統(tǒng)測(cè)量方法有很多優(yōu)勢(shì)[2]。MAGNETROL導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)由雷達(dá)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(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)了跳變,甚至變壞點(diǎn)的缺陷。由于導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)能否準(zhǔn)確測(cè)量完全依賴(lài)于電磁脈沖反射波的信號(hào),因此通過(guò)分析后,懷疑存在以下原因:
a. 通過(guò)拆解該導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)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(jiàn)圖1。因?yàn)槠啓C(jī)主油箱內(nèi)部油位波動(dòng)較大,當(dāng)潤(rùn)滑油通過(guò)氣相補(bǔ)償孔沖擊內(nèi)部導(dǎo)波探桿時(shí),導(dǎo)波探桿不是處在固定垂直狀態(tài)而是處在晃動(dòng)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(cè)量的跳變,甚至壞點(diǎn)。
b. 由于汽輪機(jī)主油箱內(nèi)部油位波動(dòng)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(gè)“虛假”油位,測(cè)量區(qū)域泡沫的有無(wú)以及泡沫的多少直接影響了測(cè)量。該電廠使用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量七/八號(hào)低加水位時(shí)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(jì)測(cè)量缺陷分析
磁致伸縮液位計(jì)[3]工作時(shí),傳感器的電路部分將在波導(dǎo)絲上激勵(lì)出脈沖電流,該電流沿波導(dǎo)絲傳播時(shí)會(huì)在波導(dǎo)絲的周?chē)a(chǎn)生脈沖電流磁場(chǎng)。該電廠采用的EDM磁致伸縮式液位計(jì)由測(cè)桿(不銹鋼管)、帶永久磁鐵的移動(dòng)浮子、磁致伸縮線(xiàn)(波導(dǎo)絲)、變送器等組成。在測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)了跳變,甚至變壞點(diǎn)的情況。根據(jù)文獻(xiàn)[3]中所描述的磁致伸縮式液位計(jì)變送器常見(jiàn)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(dòng)、探桿被磁化等四種。廠家在處理問(wèn)題的過(guò)程中已經(jīng)進(jìn)行調(diào)高阻尼的操作,但是問(wèn)題得不到解決。因此只能懷疑主油箱內(nèi)部存在劇烈顫動(dòng),或探桿被磁化 。文獻(xiàn)[4]中指出由于測(cè)量原理等因素,當(dāng)磁致伸縮式液位計(jì)處于強(qiáng)磁場(chǎng)干擾環(huán)境下,會(huì)使浮子受的磁場(chǎng)力疊加導(dǎo)致消磁。綜合考慮以上兩方面因素,懷疑汽輪機(jī)主油箱內(nèi)部存在較強(qiáng)磁場(chǎng)導(dǎo)致油位測(cè)量出現(xiàn)跳變,甚至變壞點(diǎn)的可能性較大。通過(guò)與該廠汽機(jī)專(zhuān)業(yè)溝通得知,為了吸附汽輪機(jī)主油箱內(nèi)部潤(rùn)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(qiáng)磁場(chǎng),干擾磁致伸縮式液位計(jì)的測(cè)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(dá)液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)在測(cè)量過(guò)程中均出現(xiàn)了跳變,經(jīng)過(guò)以上缺陷原因分析可知,造成汽輪機(jī)主油箱油位測(cè)量出現(xiàn)缺陷的原因是汽輪機(jī)主油箱內(nèi)部客觀環(huán)境與導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)的使用環(huán)境不匹配,由于汽輪機(jī)主油箱內(nèi)部客觀環(huán)境無(wú)法人為改變,因此考慮對(duì)汽輪機(jī)主油箱油位的測(cè)量方式進(jìn)行改造換型。通過(guò)一系列考察和查閱相關(guān)文獻(xiàn)[5]可知,差壓式測(cè)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(cè)量方式占有率較高,且也有已投入主油箱油位低跳機(jī)保護(hù)的先例。因此,決定利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)主油箱油位測(cè)量方法實(shí)施改造,每臺(tái)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(tái)機(jī)組主油箱油位測(cè)量方法改造均完成,改造效果良好達(dá)到預(yù)期(見(jiàn)圖2),觀察一段時(shí)間未再出現(xiàn)跳變及變壞點(diǎn)的情況,均已投入主油箱油位低跳機(jī)保護(hù)。
差壓式液位計(jì)具有精度高、漂移小、抗過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。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(shí),差壓式液位變送器就會(huì)產(chǎn)生虛假液位。某電廠地處北方,其汽輪機(jī)主油箱差壓式液位變送器設(shè)置在汽機(jī)房零米,隨著天氣的變化,變送器取樣管中的靜態(tài)潤(rùn)滑油的密度會(huì)隨溫度的變化而變化,從而導(dǎo)致產(chǎn)生測(cè)量偏差。根據(jù)實(shí)際使用情況,如果存在較大偏差,可以考慮引入溫度補(bǔ)償?shù)姆椒�,即在汽輪機(jī)主油箱上加裝1支專(zhuān)門(mén)測(cè)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(bǔ)償系數(shù)k來(lái)提高差壓式液位變送器的測(cè)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(jì)算公式如下:
在未考慮溫度對(duì)密度的影響時(shí),一般潤(rùn)滑油密度取ρ=820 kg/m3,P+、P-分別為
差壓變送器正負(fù)壓測(cè)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(duì)密度的影響時(shí),潤(rùn)滑油密度為ρ(t),其他參數(shù)不變,真實(shí)主油箱油位h'的計(jì)算公式如下:
此外,在投運(yùn)汽輪機(jī)主油箱差壓式液位變送器時(shí),還需要考慮到取樣管路中的空氣及潤(rùn)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(rùn)滑油通過(guò)排污門(mén)排放一段時(shí)間,直至排出的潤(rùn)滑油中看不到氣泡為止。
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著自動(dòng)化儀表技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外研制開(kāi)發(fā)出一些新的液位測(cè)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(dá)液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)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(qiáng),應(yīng)用范圍廣等,相對(duì)于這些新的液位測(cè)量方法,差壓變送器是比較傳統(tǒng)的測(cè)量方式,已有很多年的成功經(jīng)驗(yàn)且應(yīng)用廣泛,差壓變送器對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量的關(guān)鍵是液位與差壓之間的轉(zhuǎn)換,所以測(cè)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(guò)本文的改造實(shí)踐可知,沒(méi)有哪一種液位測(cè)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(lèi)儀表的工作原理、使用環(huán)境、介質(zhì)特性,可能存在的問(wèn)題及日后維護(hù)保養(yǎng)等因素的基礎(chǔ)上,根據(jù)環(huán)境和測(cè)量需求,結(jié)合各種測(cè)量方法的特點(diǎn),選擇實(shí)用的、穩(wěn)定的、精que的液位測(cè)量?jī)x表。
MTI壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器