差压变送器在除氧器液位测量中改造优化方案的研究与改进

撰文背景：
差压变送器被大量的应用于各类液位、流量及密度的测量之中，润中仪表科技从事压力变送器和差压变送器研制生产多年，在此领域有丰富的经验，本文以某一用户在600MW 机组除氧器水箱的液位测量中遇到的相关情况，对所使用的差压变送器作研究与分析，并对改造优化方案的可行性作针对性的分析。此机组的除氧器水箱有模拟量和开关量测点，模拟量测点通过差压式变送器测得，开关量通过液位开关测得。用户单位热控人员经过长时间检修实践发现液位经常开关存在误报和拒报的情况，导致机组联锁保护无法正常投入。而模拟量的液位变送器测量准确能够实时反映除氧器水箱的液位。因此用户单位热控技术人员尝试将液位开关取消，并增加两套差压式水位计，一套进送DCS，与原来两套做三取中做调节，三取二作为保护使用。另一套差压变送器信号送至主控室立盘的光柱表显示，以便在DCS 系统失灵时能够在远方进行监视。
 
　　一、引言
用户单位除氧器液位测点有模拟量和液位开关。模拟量为差压式，安装智能3051 差压式变送器。液位开关为221A 系列。在实际应用中液位开关经常存在误动和拒动情况。主要原因为测量筒安装位置存在一定的误差，导致其节点动作时与模拟量对应有差异。液位开关浮筒内活动杆长期在水汽中工作，介质中杂质较多，使活动杠容易被卡涩，导致节点存在拒动现象。总之液位开关存在着的这些缺陷给除氧器的安全稳定运行带来了很大的安全隐患。很有必要研究改进除氧器液位的测量方法。用户单位通过长期的研究摸索，发现采用智能差压变送器的差压式测量方法能够代替液位开关。把液位开关取消，增加一套液位变送器，原来液位报警联锁的开关量信号改为模拟量高低值判断。同时，为了防止重要容器液位在DCS 系统失灵远方还能监视，在立盘上增加一光柱表，信号也来自就地一个独立取样的3051差压变送器。
 
　　二、除氧器水箱水位测量可靠性研究
用户单位自投产以来，热控技术人员一直重视容器液位测量。除氧器水箱液位虽然不像汽包水位那样为主保护测点，但其重要性不言而喻。一是除氧器作为给水系统中贮水的重要中转站，其巨大的贮水量可以通过一定范围内调节其水位来满足给水需求。由此可以知道除氧器水箱水位*先个重要之处是准确测量来进行液位调节。二是除氧器水箱水位过高可能会导致除氧器水箱中的水倒流回汽轮机造成汽轮机的严重损坏。或者是除氧器水箱水位过低将会导致给水泵的气蚀。这样又可以得到另一个结论就是除氧器水箱水位过高或者过低都会导致重要设备损坏，故除氧器水箱水位测点是重要的保护测点。通过上面的论述足以说明除氧器水箱水位在火力发电机组调节以及保护中占有的重要地位，很有必要对除氧器水箱水位测量的可靠性进行研究。用户单位热控技术人员发现模拟量测点相对比较准确，特别是多点测量取中间值更能保证模拟量调节的可靠性。而作为联锁保护的测点一般选用三取二可靠性更高。另外，在DCS 系统失灵时，为了能够在远方监视除氧器水箱水位需要考虑增加独立于DCS 系统的水位显示。
 
　　三、改造思路
用户单位除氧器水箱水位测点有模拟量测点和开关量测量。模拟量测点为差压式，安装差压变送器，通过4 ～20mA 远传至DCS 进行监视及调节。差压式液位变送器安装两台，分别位于除氧器水箱的左右侧。开关量信号通过在除氧器水箱上安装的液位开关送出，液位开关安装9 个，分别是水位高三值3 个，高二值1 个，高一值1 个，低一值1 个，低二值3 个。高一值和高二值用于联锁关闭四抽逆止门及四抽至除氧器供汽电动门，低二值用于联锁停运给水泵。目前，液位开关存在着误动和拒动的情况。综合考虑，液位的开关量信号可以使用模拟量信号大小判断获得。所以需要增加一套模拟量液位测点。其中用于除氧器水箱水位调节的可以用三个模拟量测点三取中获得。水位开关量信号: 低一值，高一值，高二值使用三取中后的点大小判断获得。高三值低二值开关量均为三个，则使用三个模拟量测点独立判断获得。独立取样的三个低三值三取二跳闸给水泵可靠性更高。同时再增加一个液位变送器使该液位变送器信号远传至主控室立盘的光柱表，以便在DCS 系统异常时能够在远方监视除氧器水箱水位。该光柱表使用单独UPS 电源供电。
 
　　四、改造过程
( 一) 设备选型。液位变送器选型: 液位变送器选用艾默生公司的智能3051 系列差压变送器，该系列变送器测量准确，安装及校验方便，运行可靠稳定。考虑到除氧器水箱液位能达到的高度，选用型号为3051CD2A 为适合。光柱表选型: 考虑除氧器水箱水位需要测量的范围在3米左右，故选用的光柱表测量范围在3 米以上。上海自动化仪表厂生产的XTMA － 1020 － B 系列变送器测量范围－1600mm ～ 1600mm，另外尺寸大小根据立盘安装位置定，总之以美观实用为准。该光柱表使用220V 交流电源供电，电源取自热控仪表电源柜。电源的容量2A 左右即可，不用太大。需要注意的是，该光柱表接收的4 ～ 20mA 信号有两种，一种是有源的，另一种需要光柱表供电。本次改造使用的差压变送器就是需要光柱表供电才能正常工作。在接线时特别要注意，即将“P”端子与“+ ”端子短接，接在变送器的正极。
 
　　接线图如图1 所示。
　　平衡容器选型: 考虑到压力及温度等参数，使用的平衡容器型号为TG － 10 － DP/2。
附属设备: 一是引压管，引压管采用FITOK 公司外径为14mm，内径10mm，不锈钢管。二是阀门，二次门也采用FITOK 公司的针型阀; 另外使用差压变送器配套的三阀组便于变送器的投退。
 
　　( 二) 工程施工。
　　1． 敷设电缆。因为计划增加两套变送器，所以需要敷设两颗4* 1． 5 阻燃屏蔽电缆。一颗从变送器到DCS 机柜，另外一颗从变送器到主控室立盘处。另外光柱表需要的220V交流电源需要重热控电源柜取，所以还得敷设从热控电源柜到主控室立盘的电源电缆一颗。
 
2． 平衡容器及仪表管焊接。焊接安装平衡容器，汽侧取样点到平衡容器处管路应满足100: 1 的水平向下坡度。一次门门杆保证水平。水侧一次门门杠也应水平安装。当阀门的门杆竖直方向安装时介质经过阀门门芯时并不是水平经过的。也就是说当一次门的门杆竖直方向安装阀门的时候，平衡罐内液位和取样点之间的液位会有一定的差异，这将会对差压式水位计造成很大的测量误差。
 
3． 安装差压变送器。变送器在安装前需送实验室校验，合格才能使用。差压变送器引压处分高压侧和低压侧。平衡容器接的是汽侧，正常运行时比水侧的压力高，当两侧差压越小时水位越高。安装差压变送器时可以将变送器高压侧接汽侧，也可以接水侧。两种不同的安装方法对应变送器量程设置方法相反。当变送器高压侧接汽侧时，量程应从小到大设置，反之当变送器高压侧接水侧时，量程应从大到小设置。图2 水位－ 差压转换原理图


 
4． 变送器量程标定。由图2 可知，平衡容器( 汽侧) 所在液柱比水侧高，平衡容器内蒸汽凝结充分后，有多余的水会倒流回容器内，当平衡容器内水蒸发时容器内水会马上补充进入平衡罐。这样差压式水位计高压侧液柱就保持不变，形成可以作为参考的液柱，这就是所谓的参比水柱。液位的变化与负压侧表管内压力相关了。这里所说的量程标定就是测量负压侧取样处与正压侧取样处高度差。标定工具选用透明的塑料软管，里面灌满水并且得保证没有气泡。正压侧位置标定: 选用正压侧一次门门芯位置，观察塑料软管内液位与门芯位置齐平后，检查塑料软管另一侧水位，在固定地方( 可以是钢梁、墙等) 做好标记。负压侧位置标定: 选用负压侧一次门门芯位置，观察塑料软管内液位与门芯位置齐平后，检查塑料软管另一侧水位，在固定地方( 可以是钢梁、墙等) 做好标记。测量两标记处的高度差，所得的高度差就是该差压变送器的量程范围。
 
5． 变送器接线调试。智能3051 系列变送器均为两线制，两颗线既是电源线也是信号线，分正负极，接反变送器无法工作。接线完成后变送器液晶屏应有显示，使用手操器进行量程标定。另一个送立盘光柱表的变送器设定方法一样，光柱表设定方法参照产品说明书。
 
( 三) 变送器投运。除氧器水箱见水后，打开排污门及放气门进行排污及放气，以便排污管路中的污水及积气。因为平衡容器位置较高，水箱内的水无法进入平衡容器行程参比水柱，故开始阶段测点显示不正常。此时需要等除氧器水箱内的高温蒸汽进入平衡罐内慢慢凝结直至平衡罐的水位与取样处一致为止，参比水柱形成，测量可以正常进行。

( 四) 零点迁移。由于新增液位变送器正负压侧取样位置与原来的变送器不一样，量程也不一样，所以新增差压式液位变送器零点需要迁移。除氧器水箱水位的零点需要根据早先安装的变送器确定，通过迁移零点的方法使新增水位测点与原有测点显示一致。
 
　　五、测点工作情况
用户单位#1 机组在2012 年4 月份进行除氧器水箱水位液位开关改造为液位变送器工作。在机组检修后启动时进行了水位传动试验合格。在#1 机组2012 年11 月份临修时，再次进行实际水位高低传动试验，试验时就地设置专人记录翻板液位计度数，并与DCS 测点进行对比。选取#1 机组起动时期间中水位变化比较大的三个小时，记录如表1。


 
　　六、结语
　　通过该技术的应用，保证了除氧器液位的准确测量，在液位处于报警联锁值时能够正确显示，大大增加了除氧器安全稳定运行的可靠性。该技术已经在#1 机组中成功应用，目前#1 机组除氧器液位有四套测量装置，其中3 路信号进DCS系统，用于液位的调节控制及联锁，第4 路信号送至主控立盘的光柱表。完成改造后，取消了液位开关，减少了液位测点的维护工作量


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