1　概述及存在的問題

 

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)��?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、低開關(guān)量報(bào)警信號(hào)，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(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(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)量完全依賴于電磁脈沖反射波的信號(hào)，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(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，見圖1。因?yàn)槠�輪機(jī)主油箱內(nèi)部油位波動(dòng)較大，當(dāng)潤(rùn)滑油通過氣相補(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)絲的周圍產(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（波導(dǎo)絲）、變送器等組成。在測(cè)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(jì)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(dòng)、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(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(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(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ǎ�即在汽輪機(jī)主油箱上加裝1支專門測(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)滑油通過排污門排放一段時(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。通過本文的改造實(shí)踐可知，沒有哪一種液位測(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(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。