1　概述及存在的問題

 

汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)是汽輪機(jī)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(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時會導(dǎo)致汽輪機(jī)燒瓦、大軸彎曲、轉(zhuǎn)子動/靜摩擦，甚至?xí)��?dǎo)致整機(jī)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。《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)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(jī)保護(hù)，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(jī)組運(yùn)行中發(fā)生油系統(tǒng)泄漏時，應(yīng)申請停機(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)主油箱油位測量的可靠、穩(wěn)定的重要性不言而喻。某火電廠4臺機(jī)組汽輪機(jī)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(xiàng)反措要求中的數(shù)量及作為主機(jī)保護(hù)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(jī)組汽輪機(jī)主油箱加裝了MAGNETROL導(dǎo)波雷達(dá) 液 位 計 ，兩 臺 亞 臨 界 機(jī) 組 汽 輪 機(jī) 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(diǎn)的缺陷，且無法解決。

 

2　缺陷原因分析

2.1　導(dǎo)波雷達(dá)液位計測量缺陷分析

導(dǎo)波雷達(dá)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(dá)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(dá)液位計由雷達(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，在測量過程中出現(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(dá)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?yàn)槠�輪機(jī)主油箱內(nèi)部油位波動較大，當(dāng)潤滑油通過氣相補(bǔ)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(diǎn)。

 

b. 由于汽輪機(jī)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(dá)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(diǎn)的情況。根據(jù)文獻(xiàn)[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(jìn)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(xiàn)[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(qiáng)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(jī)主油箱內(nèi)部存在較強(qiáng)磁場導(dǎo)致油位測量出現(xiàn)跳變，甚至變壞點(diǎn)的可能性較大。通過與該廠汽機(jī)專業(yè)溝通得知，為了吸附汽輪機(jī)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(qiáng)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(dá)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(jī)主油箱油位測量出現(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、磁致伸縮液位計的使用環(huán)境不匹配，由于汽輪機(jī)主油箱內(nèi)部客觀環(huán)境無法人為改變，因此考慮對汽輪機(jī)主油箱油位的測量方式進(jìn)行改造換型。通過一系列考察和查閱相關(guān)文獻(xiàn)[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(jī)保護(hù)的先例。因此，決定利用機(jī)組檢修機(jī)會對主油箱油位測量方法實(shí)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(jī)組主油箱油位測量方法改造均完成，改造效果良好達(dá)到預(yù)期（見圖2），觀察一段時間未再出現(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)。

 

差壓式液位計具有精度高、漂移小、抗過載能力強(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，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(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(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(bǔ)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：

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(shí)主油箱油位h'的計算公式如下：

 

此外，在投運(yùn)汽輪機(jī)主油箱差壓式液位變送器時，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(dá)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(qiáng)，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(yàn)且應(yīng)用廣泛,差壓變送器對液位進(jìn)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(shí)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(hù)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(diǎn)，選擇實(shí)用的、穩(wěn)定的、精que的液位測量儀表。