锅炉“虚假水位”处理不好是运行人员永远的伤！

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锅炉“虚假水位”处理不好是运行人员永远的伤！

锅炉虚假水位容易引起，操作人员的误判断，导致错误的操作指令，引起严重的后果，处理虚假水位，要靠操作人员的经验和严格的执行规程。掌握负荷骤增、骤减时所形成的虚假水位，对调整水位，平稳操作有很大帮助。当运行中出现此中虚假水位时，不要立即调整，而要等到水位逐渐与给水量蒸发量之间平衡关系变化一致时再调整。具体地讲，当负荷骤增，压力下降，水位突然升高时，不要减少给水量，而要等到水位开始下降时，在增加给水量。负荷骤减，压力升高，水位突然降低时，不要增加给水量，而要等到水位开始上升时，再减少给水量。
下列情况注意虚假水位（8条）
1.蒸汽负荷突然升高或降低
2.给水压力突然升高或降低
3.给水调节装置有缺陷
4.锅炉安全阀动作
5.锅炉定期排污
6.炉水品质不合格，连排量不足时
7.锅炉机组发生故障或燃烧不稳时
8.对空排汽开启时
虚假水位分为3种情况：
1. 水位计泄漏。如果是汽侧泄漏，水位偏高；如果是水侧泄漏，水位偏低。
2. 水位计堵塞。无论汽侧阻塞还是水侧堵塞，水位均偏高，水位计水侧堵塞是，水位停止波动。
3. 当负荷骤增，气压下降时，水位短时间增高。
负荷骤增，压力下降，说明锅炉蒸发量小于外界负荷。因为饱和温度下降，炉水自身汽化，使水冷壁内汽水混合物中蒸汽所占的体积增加，将水冷壁中的水排挤到汽包中，使水位升高。反之，当负荷骤减，压力升高时，水位短时间降低。
为什么负荷骤增水位瞬间升高，负荷骤减水位瞬间降低？在稳定负荷下，水冷壁管内蒸汽所占的体积不变，给水量等于蒸发量，汽包水位稳定。见图1（b）。

图1 负荷骤增骤减汽包水位变化示意图

（a）负荷骤减；(b)负荷稳定；（c）负荷骤增

负荷骤增分两种情况，一种情况是进入炉膛的燃料量没有发生变化，而外界负荷骤增。在这种情况下，汽压必然下降。由于相应的饱和温度下降，储存在金属和炉水中的热量，主要以水冷壁内炉水汽化的形式释放出来。炉水汽化使水冷壁管内蒸汽所占有的体积增加，而将多余的炉水排入汽包。此时给水量还未增加，由于物料不平衡引起的水位降低要经过一段时间才能反映出来，所以其宏观表现为水位瞬间上升。经过一段时间后，当水冷壁管内的蒸汽体积不再增加达到平衡，而物料不平衡对水位产生明显影响时，水位逐渐恢复正常。如不及时增加给水量，则会出现负水位。
另一种情况是由于锅炉的燃料增加太快，使锅炉的蒸发量骤增。在这种情况下，由于水冷壁的吸热量骤增，水冷壁管内产生的蒸汽增多，蒸汽所占的体积增加，将水冷壁管内的炉水迅速排挤至汽包，使水位瞬间升高。
由此可以看出，无论属于何种情况，负荷骤增水位必然瞬间升高，见图1 （c）。
同样的道理，负荷骤减时，由于蒸汽压力升高，相应的饱和温度提高，进入锅炉的燃料，一部分用来提高炉水和金属的温度，剩余的部分才用来产生蒸汽。由于蒸汽所占的体积减小，汽包里的炉水迅速补充这部分减少的体积，物料不平衡对水位的影响较慢，所以瞬间水位降低，见图1（a）。
由此可以看出，负荷骤增骤减时，不但给水流量和蒸汽流量不平衡会引起汽包水位变化，而且水冷壁管内汽水混合物体积的变化也会引起汽包水位变化。负荷骤增时，汽水量不平衡水位的受化，炉水体积膨胀水位的变化及汽包最终的水位变化，见图2。为了防止汽包水位大幅度波动，负荷增减要缓慢，要勤调整。

图2 锅炉负荷骤增汽包水位的变化

1-汽水量不平衡水位的变化；

2-炉水体积膨胀水位的变化；

3-最终的水位变化

影响汽包水位变化的主要因素
锅炉运行中，汽包水位是经常变化的。引起水位变化的原因，一个是锅炉外部发生扰动(如负荷的变化);另一个是锅炉内部发生扰动(如燃烧工况的变化)，当出现外扰或内扰时，将使蒸发设备的物质平衡(既蒸发量与给水量的平衡)遭到破坏，或者工质状态发生变化(当锅炉压力变化时，水与蒸汽的比容发生变化)，上述两方面的原因都能引起汽包水位发生变化。汽包水位变化的剧烈程度，不仅与扰动量的大小有关，而且还与扰动速度的大小有关。根据水位变化的根本原因，可归纳出影响水位变化的主要因素有锅炉负荷，燃烧工况和给水压力等。
1、锅炉负荷
汽包水位的稳定与锅炉负荷的变化有密切的关系。因为负荷改变不仅影响到蒸发设备中水的消耗量，而且还影响到压力的变化，从而使炉水状态发生变化，引起它的体积也相应发生变化。如当锅炉负荷D突然增加时，在给水量G和燃烧未做相应调节之前，锅炉的气压和汽包水位的变化是:汽包水位开始先迅速升高，而后再逐渐降低。开始时升高的水位，称之为”虚假水位”。当锅炉负荷突然增加时，汽压将很快下降。这时一方面使汽水混合物比容增大；另一方面使饱和温度降低。由于饱和温度的降低，使蒸发管金属和炉水放出部分热量，生成更多的蒸汽。锅炉水容积中蒸汽含量增加，汽水容积膨胀，促使水位很快上升，形成虚假水位。虚假水位的产生只是暂时的，因为锅炉负荷增加锅炉水消耗量增加，但这时的给水量并没有随负荷的增加而增加，因此水位会随之逐渐降低；反之，当锅炉负荷突然降低时，出现的情况与上述相反。
实际上，当锅炉工况变动时，水位暂时很快上升，从物质不平衡的情况看，蒸发量大与给水量，炉水不是多了而是相对少了，水位是很快要下降的。因此一般的处理方法是首先增加风煤，强化燃烧，恢复汽压，然后再适当加大给水，以满足蒸发量的需要。但是，如果虚假水位很严重，亦即水位上升幅度很大，不加限制就会造成满水事故时，还是应当先适当的减少给水流量，同时强化燃烧，恢复汽压，在水位停止上升时再加大给水量，恢复正常水位。
2 、燃烧工况
在锅炉负荷和给水量没有变动的情况下，炉内燃烧工况发生变动多数是由于燃烧不良，给煤量不稳定等所引起的。
燃烧工况变动不外乎有两种情况。
1，燃烧加强,，如当炉内燃料量突然增多，体积膨胀，因而使水位暂时升高，由于产生的蒸汽量不断增多，使气压上升，相对应的提高了饱和温度，炉水中的蒸汽泡数量又减少，水位又会下降，对于单元制锅炉，由于汽压上升使蒸汽做功能力提高了，而外界电负荷又没变化，因而汽轮机调节机构将调门关小，减少进汽量，于是锅炉蒸汽流量减少。此时由于给水流量没有变，因而将使水位又升高。
2.炉内燃烧减弱，炉内燃烧减弱对水位产生的影响与燃烧加强的情况完全相反。
3、给水压力
如果给水系统运行不正常，使给水压力变化时，将使送入锅炉的给水量发生变化，从而破坏了给水量与蒸发量的平衡，则必将引起汽包水位的变动。因此汽包水位与给水压力有关。
4、汽水共腾
5、省煤器汽化
为了使汽包内有足够的蒸汽空间，保证良好的汽水分离效果，以获得品质良好的蒸汽，一般规定汽包中心线以下150mm为零水位。正常上下波动范围为±50mm，最大波动范围不超过±75mm。汽包水位过高，则由于蒸汽空间太小，会造成汽水分离效果不好，蒸汽品质不合格。
汽包水位太低会危及水循环的安全。对于安装了沸腾式省煤器的锅炉来讲，汽包中的水呈饱和状态，汽包里的水进入下降管时，截面突然缩小，产生局部阻力损失。炉水在汽包内流速很低，进入下降管时流速突然升高，一部分静压能转变为动压能。所以，水从汽包进入下降管时压力要降低。如果汽包的水位不低于允许的最低水位，汽包液面至下降管入口处的静压超过水进入下降管造成的压力降低值，则进入下降管的炉水不会汽化。如果水位过低，其静压小于炉水进入下降管的压降，进入下降管的炉水就可能汽化，而危及水循环的安全。
汽包水位过低还有可能使炉水进入下降管时形成漏斗，汽包内的蒸汽从漏斗进入下降管而危及水循环的安全。
所以，为了获得良好的蒸汽品质，保证水循环的安全，汽包水位必须保持在规定的范围内。
1、汽包水位过高、过低的危害
（1） 汽包水位过高，使汽包蒸汽空间高低减小，汽水分离效果下降，将会引起蒸汽带水，使蒸汽品质恶化，蒸汽含盐量提高，以致在过热器关内产生盐垢沉积，使管子过热，金属强度降低而发生爆管。水位严重过高时，蒸汽大量带水，过热汽温度急剧下降，蒸汽管道、汽轮机等金属温度发生剧变，产生严重的热应力和热变形，甚至发生水冲击造成设备损坏。
（2） 汽包水位过低，致使下降管进口带汽，循环流动压头降低，严重时会引起水循环的破坏，使水冷壁管超温过热。严重缺水时，还可能造成汽包干锅水冷壁管烧损等严重事故。
2、汽包水位计运行方式
汽包水位计以DCS差压式水位计为基准，同时参照电接点和就地水位计，在锅炉启动和正常运行中，对汽包水位计进行零位校验，当各水位计偏差大于30mm时应立即查明原因予以消除。
3、汽包水位计高低水位保护
锅炉汽包水位保护的停退必须严格执行审批手续，锅炉汽包水位高低保护柴永独立测量的三取二的逻辑判断方式，当有一点因某种原因须退出运行时，应自动转为二取一的逻辑判断方式，当有二点因某种原因须退出运行时，应自动转为一取一的逻辑判断方式，应制定相应的安全运行措施，限期都是8小时。如逾期不能恢复，应立即停止锅炉运行。汽包水位保护在锅炉启动前应进行实际传动校验，禁止用信号短接方法进行模拟传动代替。
4、汽包水位正常监视
汽包各水位计必须指示正确，CRT汽包水位清晰，汽包水位高低报警应可靠，并按要求进行汽包水位高低报警试验，正常情况应依靠自动装置来实现汽包水位的自动控制。给水自动投入，水位自动设定值要设定在“0”，并经常监视汽包水位各表计的的指示，当汽包水位超过+120mm或-170mm急剧变化时，应及时改为手动调整，防止发生缺满水事故。增减负荷时要注意防止由于主汽压力和蒸汽流量的较大变化而造成汽包水位的大幅变化，两台汽泵负荷尽量分配均匀。
5、汽包水位常的处理
（1） 影响汽包水位变化的原因：
A、 增减负荷
B、 启停磨煤机
C、 煤质发生变化或燃烧不稳
D、 给煤机断煤
E、 燃料增减过快
F、 电汽泵切换或给水管路切换
G、 给水自动失灵
H、 承压部件泄漏
I、 汽机调门、过热器疏水门开关
J、 锅炉排污
（2） 在汽动给水泵调节系统控制失灵等原因造成汽包水位异常升高时，若汽动给水泵调节系统控制自动和手动均无法降低给水流量、采取其他降低水位的措施（开大连排或开启定排）均无效时，可手动脱口汽动给水泵，启动电泵来控制给水量。
（3） 若因为给煤机断煤造成磨煤机料位下降时，应加强对锅炉主汽压的调整，可采取增加其它制粉系统出力或降低机组负荷，以及投油助燃等手段来稳定锅炉汽压，防止汽压大幅下滑引发汽包水位剧烈波动。
（4） 若因承压部件泄漏等原因造成汽包水位异常下降时，应解除给水自动，停止定排和连排，加强给水同时申请停炉，如水位维持不住达到MFT动作值应动作，否则手动紧急停炉。
6、造成虚假水位的原因
“虚假水位”是汽包内某一瞬间过程的真实水位，虚假不是水位虚假，而是表示这一瞬间的水位和后来的水位变化相反。当工质状态发生改变时，即使能保持物质平衡，水位仍可能发生变化。这种水位变化不是因汽包内存水量的变化造成的，而是由于汽包压力变动引起工质密度、饱和温度等状态的改变，使得炉水比容和水容积中汽泡数量发生变化，造成汽包水体积膨胀或收缩，从而引起水位变化，这种水位变化是暂时的，并非最终结果，一般称之为“虚假水位”。
（1）机组负荷
机组负荷的变化意味者蒸汽流量的变化，所以在其他条件不变的情况下，负荷增加，汽包水位将下降；反之水位将上升。当机组负荷突然增加时，水位变化是先升后降，这是因为负荷突然增加时，一方面造成汽包压力快速下降，汽包水体积膨胀；另一方面也使工质饱和温度相应降低，锅水温度高于新压力下的饱和温度而产生附加蒸发量，释放锅炉蓄热，使汽包内水中的汽泡数量大大增加，体积膨胀，促使水位暂时迅速上升，形成虚假水位、但最终由于蒸汽流量突然增加，而给水流量来不及增加，锅炉蓄热释放后，水位就随之下降。同理，当机组负荷突然下降时，水位变化是先降后升。
（2）燃烧工况
在其它条件不变的情况下，燃烧加强时，水位先升后降；燃烧减弱时，水位先降后升。这是由于燃烧工况的改变使炉内换热量改变，引起工质状态发生变化的缘故。
（3）锅炉安全阀起坐与回坐
当安全阀起坐后，汽包压力下降相应饱和温度也降低，使汽包内水中的汽泡数量大大增加体积膨胀，促使水位暂时迅速上升，形成虚假水位、但最终由于蒸汽流量突然增加，而给水流量来不及增加，锅炉蓄热释放后，水位就随之下降。
当安全阀回坐时，汽包压力升高相应饱和温度也升高，使汽包内水中的汽泡数量迅速减少体积收缩，促使水位暂时迅速降低，形成虚假水位、但最终由于蒸汽流量突然减少，而给水流量来不及减小，水位就随之升高。
另外蒸汽管道爆破、拉向空排汽都能造成“虚假水位”，另外还有一种特殊现象“汽水共腾”产生虚假的高水位。
7、造成安全阀起坐的原因
（1） 外因：例如减负荷速度过快、调门自关等。
（2） 内因：例如启停磨煤机、燃烧自动退出未及时调整等。
8、如何正确判断和处理虚假水位
通过以上说明造成虚假水位的根本原因外界引起主汽压力的变化和炉内热负荷的变化。锅炉燃烧率增加、主蒸汽流量增加（汽机调门开大、汽机高低压旁路开大、锅炉安全门动作），汽包压力下降等引起虚假高水位。锅炉燃烧率减少、主蒸汽流量减少（汽机调门关小、锅炉安全门回座、汽机高低压旁路关小）、汽包压力上升等引起虚假低水位。
（1）利用历史数据库，掌握各负荷段、各压力段主蒸汽流量、给水流量数值，积累自己的经验。
（2）熟悉设备、熟悉系统，掌握两台汽动给水泵和电动给水泵的调节特性，根据造成虚假水位的原因及时调整给水量。
（3）掌握锅炉的燃烧特性，分清虚假水位是内因造成的还是外因造成的，因燃烧造成的虚假水位应及时调整燃烧，大容量的锅炉热惯性很大，因此控制增减燃料速度要缓慢，必要时及时投入油枪稳定燃烧。针对12月21日的水位事故现象可以发现，燃烧不稳引起水位低“虚假水位”，因为自动跟踪的是水位---给水流量猛增，我们为了稳定燃烧及时投油助燃（及时正确），强化燃烧也造成高的“虚假水位”，这是给水流量大，水位还很高。如果水位自动还没有退出，汽泵势必快速降低转速，直至流量到了再循环开启的保护值（保护不能解除）---给水泵再循环打开，大家要明白这次“虚假水位”是叠加的高水位，强化燃烧蒸发量增加水位时应该降低的---我们控制住“虚假水位”后应该是补水，再循环打开了（应该打开），补水能力明显不足，真实的水位触动了汽包水位低二值保护动作。做为水盘值班人员，一定要明确水位变化趋势，30万机组不同于小机组，没有留给你过多的考虑时间，机会瞬间即失。发现水位异常应根据现场运行参数情况，当机立断迅速采取正确措施。这就要求我们平时加强汽包水位事故预想，掌握负荷、流量、水位三者的对应关系。大家可以发现水位事故多数是“虚假水位”造成的，但是调整不当也是造成水位事故的原因。我要强调磨煤机的运行状况稳定与否直接影响到汽包水位，我们最主要的调整就是保证燃烧稳定，只有这样才能保证合格的蒸汽品质（参数）。
（4）如果是主汽调门自关造成汽包压力突然升高产生的虚假水位---瞬间水位下降，应做好锅炉满水的操作准备，适当降低锅炉热负荷，防止锅炉安全阀起坐。如果是主汽调门自开造成汽包压力降低的虚假水位---瞬间水位升高，应做好锅炉缺水的操作准备（机侧的操作我没有发言权）。
（5）如甩负荷造成安全阀起坐（启停磨煤机操作不当，调整不及时也可能造成安全阀起坐），应调整燃烧降低主汽压力让安全阀尽快回坐。安全阀起坐时的虚假水位---水位迅速升高，安全阀回坐时的虚假水位---水位快速降低，因此要防止高低水位保护动作。（甩负荷造成的虚假水位最复杂，压力升高---水位降低，安全阀动作---水位升高，调整方法不同产生的“虚假水位”也不相同，一是降低热负荷---水位下降，安全阀回坐---水位降低。二是如果可能迅速带负荷---水位升高，安全阀回坐---水位下降。反反复复）。要根据现场情况和采取的手段，明确水位变化趋势，预先干预确保水位在相对的范围变化。
（6）当虚假水位达到MFT动作值时，保护应动作，否则手动MFT，保护动作后按紧急停炉处理。
9、关于水位控制的相关规定
由于汽包水位对蒸汽锅炉安全的重要影响，世界各国的锅炉监察规程对于汽包水位控制都有相应规定，其中包括水位监视、水位控制和水位保护3个方面。我国《电力工业锅炉压力容器监察规程》、《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、《固定式锅炉建造规程》、电力行业标准《锅炉运行导则》和《防止电力生产重大事故的25项重点要求》等文件对这方面的规定主要有：
(1) 运行中锅炉至少配置2台彼此独立的就地水位表和2台远传水位计，当就地水位表故障退出，有2台远传水位计可靠工作时，锅炉可允许短时间继续运行；
(2) 远传水位表显示必须定期以直读式水位表的显示为准加以比较，以便及时发现问题，但玻璃、云母、牛眼、电极、磁性翻板等就地水位表的水柱，因其温度低于饱和温度，不能完全代表汽包真实重力水位，差值是水柱温度、水柱高度与汽包压力的函数，因此需要先明确校验点，确定修正值后才能指导常规的水位计校对工作；
(3) 锅炉点火前汽包水位宜控制在最低水位，以备汽水膨胀时水位上升，减少蒸汽带水并减少热损失；
(4) 锅炉低水位保护装置的投入是锅炉启动的必备条件，对直流炉则是中间点温度高和断水保护；
(5) 水位保护动作值由制造商提供，但必须在可测量、可监视范围之内，汽包水位低于水位表可见水位时，最安全的方法是熄火处理；
(6) 为确保保护装置正确动作，锅炉点火前必须进行试验；
(7) 为保证水位指示正确，不出现虚假水位，水位表计汽水连接管的走向及管径须符合要求，并确保在水位表计进行冲洗时不互相干扰。
控制好汽包水位的方法
（1）要控制好汽包水位,首先要掌握锅炉的汽、水平衡,树立水位“三冲量”的概念。给水与蒸汽流量的偏差,既是破坏水位的主要因素,也是调整水位的“工具”。
（2）要掌握各负荷下给水量(蒸汽量)的大致数值。对汽泵、电泵的最大出力及其各种组合下能带多少负荷应心中有数。
（3）燃烧操作上避免汽压、燃烧的过大扰动,以减少虚假水位影响。在水位事故处理中需要燃烧控制与水位控制的良好配合,尽量避免在水位异常时再叠加一个同趋势的虚假水位。如果掌握得好,在处理中可利用虚假水位,在原水位偏离方向上叠加一个趋势相反的虚假水位来减缓水位的变化趋势。
（4）对操作中会出现的虚假水位及其程度应有一定的了解,并且事先采取措施预防水位的过分波动。操作上要力求平稳,不要太急、太猛。