汽包虚假水位对锅炉运行的影响及其有效处理

摘 要：锅炉在工业生产运行中是重要的工业设备，在锅炉运行的任务之中，锅炉中的水位是其主要命脉，正常状态下的锅炉汽包水位是运行安全的重要保证。锅炉容量的大小决定了蒸发设备的储水量，设备的流量不平衡就会引起锅炉水位的急剧变化，因而，必须处理好锅炉虚假水位的问题，调节好适当的水位，预防发生因水位调整不当而造成的停炉或其他安全事故。

关键词：锅炉运行；虚假水位；处理；

中图分类号：TK223.6 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-04-00-02

一、汽包水位的重要性

维持锅炉汽包水位是保证锅炉和汽机安全运行的重要条件之一。当汽包水位过高时，由于汽包蒸汽容积和空间高度减小，蒸汽携带锅水将增加，因而引起蒸汽品质恶化，容易造成过热器积盐垢，引起管子过热损坏；同时盐垢使传热热阻增大，引起传热恶化，过热汽温降低。汽包严重满水时，除引起汽温急剧下降外，还会造成蒸汽管道和汽轮机的水冲击，甚至打坏汽轮机叶片。汽包水位过低，则会破坏炉水的正常循环，使水冷壁的安全受到威胁；如果出现严重缺水而又处理不当，则可能造成水冷壁爆管。

300MW单元机组的锅炉，汽包的相对水容积变小，容许变动的水量就更少，如果锅炉给水中断而继续运行，在几秒到十几秒内汽包水位计中的水位就会消失。即使是给水量与蒸发量不相平衡，在几分钟内也可能出现锅炉满水或缺水事故，可见对于容量较大的锅炉，汽包水位在任何时候都是必须严密监视的重要参数。

二、锅炉运行中水位变化的影响因素分析

虚假水位只是相对于进出质量流量不均衡而言的，它是真实可测的真实水位，我们用W、D、H值来分别表示锅炉的给水量、锅炉负荷和锅炉水位，锅炉的汽包、下降管和水冷壁，我们可以把它们看成一个互相连通的容器，在对这个连通容器的运行考察中，要综合考虑锅炉水位的影响因素，在这些因素的变化状态下，从现象上来看，锅炉蒸发量、燃料量和给水量的扰动是影响水位的关键因素；从实质来看，水冷壁汽水的温度和压力的变化是锅炉水位的内在因素。下面，本文进行逐一的阐述。

（一）负荷变化对水位的影响

负荷的变化即意味着蒸汽流量的变化，由于锅炉蒸发量是处于持续的变动状态，成为锅炉虚假水位的产生根源。如下图：

由上图所示：当其他条件保持恒定（即：锅炉燃料量和给水量恒定）的情况下，机组负荷增加则锅炉水位降低，如图中的曲线H1所示；当机组负荷骤然增加时，汽压将迅速下降，这时一方面使汽水混合的比容增大，另一方面使饱和温度降低，炉水和水冷壁金属放出部分热量，促使生成更多蒸汽，汽包水空间汽泡数量剧增，汽水混合物体积迅速膨胀，促使水位上升，形成虚假水位，如图中的曲线H2所示，虚假水位是暂时的，因为负荷增加，炉水消耗增加，炉水中的汽泡逐渐逸出水面后，汽水混合物体积又将收缩，所以如果给水量未随负荷增加时，水位又将迅速下降。反之，当负荷突然下降时，水位波动过程相反。

（二）燃烧工况对水位的影响

在其他条件恒定的状态下，燃烧工况的变化对水位的影响也很大。如燃料量突然增加，燃烧加强，水冷壁吸热量增加，炉水体积膨胀，汽泡增多使水位暂时上升，同时产汽量增加又会使汽包压力升高，饱和温度相应升高，炉水中汽泡数量将减少，水位又会下降（如下图）；汽压升高又引起蒸汽流量增大，在汽机调速系统未动作之前，发电机有功负荷增大，如果不加以人为干预，水位进一步降低。所以正常情况下应尽量投入机组协调控制，保证机组负荷稳定。如果炉内燃烧减弱，对水位影响与上述过程相反。

（三）给水流量对汽包水位的影响

在给水温度低于锅炉内的饱和水温度时，汽包数量快速减少、体积收缩，使水位呈现暂时性的降低，造成虚假水位，继而又由于蒸汽流量骤然减少，而给水流量来不及减小，使水位突然升高。反之，给水温度高于锅炉内的饱和水温度时，汽包内的体积产生膨胀，使水位呈现暂时性的上升，造成虚假水位，继而又由于蒸汽流量骤然增加，给水流量跟不及，而导致水位的下降。除此之外，还有特殊的“汽水共腾”虚假水位现象。

三、锅炉虚假水位的处理措施及方法。

由上面的分析可知，锅炉虚假水位的影响因素有各方面，包括主蒸汽流量的变化、燃料量的变化和给水量的变化，这些因素都会造成虚假的水位现象，我们要深刻明晰不同锅炉运行工况，进行有效预防及处理措施。

（一）采取三冲量锅炉给水系统进行给水调节控制策略。冲量指的是变量，这一系统包括三个信号系统，即：锅炉水位H、蒸汽流量D、给水流量W，在这系统之中主要采用串级控制方案，通过对三个冲量汽包水位、蒸汽流量、给水流量进行PID运算。它由主、负两个调节器组成， 在两个调节器的参数设定下，由主调节器对水位的偏差进行运算，由副调节器来消除给水流量和蒸汽流量的干扰，保持系统的运行工况稳定。

具体PID调节要遵循主调比例弱、积分强；副调比例强、积分弱的原则，在具体操作时要注意的事项为：主调节器在调整水位偏差的过程中，在水位不变、蒸汽流量变大时，需要注意开调节阀进行及时的补水。副调节器在给水流量增大之时，要注意关小调节阀以减少给水量。另外，整定时要注意PID死区设置要合理 ，避免过大或过小的频繁或滞后动作；还要考虑一个系统对另一个系统的耦合影响，如：炉、机之间的影响、凝汽器液位和除氧器液位给分支间的影响等。

（二）掌握锅炉自动调节系统的特性，根据实际工况进行虚假水位的调整，及时进行针对性的处理，在处理的过程中，逐步累积经验，记录各负荷状态下的主蒸汽流量和给水流量值，以进行动态的、持续的监控，保障锅炉系统的安全稳定运行。

（三）保持锅炉燃烧的稳定。锅炉操作员平时要多加锻炼，累积锅炉处理经验，具备“火眼金睛”，辨清虚假水位的造成原因，由于锅炉都是大容量的机组，机会稍纵即逝，必须当机立断，及时调整燃料的控制速度，根据锅炉运行的参数情况，迅速果断地稳定燃烧状态，确保其安全及稳定。

（四）要处理好锅炉极热态启动措施。由于锅炉在极热态启动时，水冷壁气泡如果越多，则锅炉点火后的虚假水位越严重。因此，要在初期点火时，先投入两只油枪，尽量减少变化幅度；然后进行一段时间内，要尽量注意不要关闭汽机的高低压旁路，同时时刻注意汽包水位。待锅炉灭火后，禁止开启汽机高低压旁路，并将机组负荷降至最低。

（五）处理主汽调门自关、自开所造成的虚假水位措施。由于主汽调门自关而造成瞬间的水位下降，要调低锅炉热负荷，并准备将锅炉满水；如果是由于主汽调门自开所造成的瞬间水位升高，要做好锅炉缺水的准备。

（六）处理负荷下安全阀起坐的措施。由于安全阀起坐造成的虚假水位，要降低主汽压力，使安全阀尽快回坐。对于安全阀起坐与回坐这两种不同状态下的虚假水位高低，要防止高低水位保护动作，根据安全阀不同水位的高低进行不同的调整方法，这是比较复杂的处理措施，需要及时判断现场情况，进行水位变动趋势的准确判断，及时采取干预措施，加以调整和处理。

（七）锅炉监控人员要随时保持集中的注意力，如果水位发生突变，要及时调整给水流量，并当虚假水位达到MFT动作值时，要进行应急处理，在完成水位保护动作之下，再进行紧急停炉处置，否则，极易发生安全事故，危及重大设备的损坏。

四、结束语

锅炉运行工况是不断变化的，它在运行的过程中要受到不同因素的影响，我们要通过不同的因素进行针对性的剖析，分析其变化的本质和内涵，从锅炉内壁汽包的温度和压力的变化来进行分析，对锅炉极热态启动时虚假水位采取针对性的处理措施，锅炉操作人员要全神贯注地密切注意锅炉汽包水位高低变化情况，对于不同工况下所造成的虚假水位进行深刻的了解，及时把握稍纵即逝的调整时间，根据锅炉水位的变化波动规律，进行准确的判断与果敢的处理，化险为夷。