1　概述及存在的問題

 

汽輪機潤滑油系統是汽輪機設備的一個重要組成部分。若潤滑油系統出現異常會威脅汽輪機設備的安全運行，嚴重時會導致汽輪機燒瓦、大軸彎曲、轉子動/靜摩擦，甚至會導致整機損壞等惡性事故的發生[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現，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管道堵塞等原因造成的。《防止電力生產事故的二十五項重點要求》（國能安全［2014］161號）8.4.9及8.4.10要求應設置主油箱油位低跳機保護，必須采用測量可靠、穩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

信號裝置，必須按要求裝設齊全、指示準確。機組運行中發生油系統泄漏時，應申請停機處理，避免處理不當造成大量跑油，導致燒瓦。

 

綜上可知，汽輪機主油箱油位測量的可靠、穩定的重要性不言而喻。某火電廠4臺機組汽輪機潤滑 油 箱 # 初 分 別 配 備 了 1支 磁 翻 板 就 地 液 位 計 和液位高、低開關量報警信號，不滿足二十五項反措要求中的數量及作為主機保護信號的測量精度要求。為了提高測量精度、可靠性、穩定性，兩臺超臨界機組汽輪機主油箱加裝了MAGNETROL導波雷達 液 位 計 ，兩 臺 亞 臨 界 機 組 汽 輪 機 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了跳變，甚至變壞點的缺陷，且無法解決。

 

2　缺陷原因分析

2.1　導波雷達液位計測量缺陷分析

導波雷達液位計基于電磁波TDR( 時域反射)原理，由于電磁波的傳導不受介質的粘度、蒸汽、密度等影響，因此，導波雷達液位計相對于某些傳統測量方法有很多優勢[2]。MAGNETROL導波雷達液位計由雷達變送器和導波探桿兩部分構成，該電廠采用的是705型頂裝同軸桿式探頭，在測量過程中出現了跳變，甚至變壞點的缺陷。由于導波雷達液位計能否準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. 通過拆解該導波雷達液位計后發現其導波探

桿存在與探桿外部套管碰壁的可能，見圖1。因為汽輪機主油箱內部油位波動較大，當潤滑油通過氣相補償孔沖擊內部導波探桿時，導波探桿不是處在固定垂直狀態而是處在晃動的狀態下，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，從而可能導致測量的跳變，甚至壞點。

 

b. 由于汽輪機主油箱內部油位波動較大，容易出現泡沫，泡沫的存在就導致反射的油位是一個“虛假”油位，測量區域泡沫的有無以及泡沫的多少直接影響了測量。該電廠使用導波雷達液位計測量七/八號低加水位時一直很精que，可以從側面印證此種情況。

 

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絲上激勵出脈沖電流，該電流沿波導絲傳播時會在波導絲的周圍產生脈沖電流磁場。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（波導絲）、變送器等組成。在測量過程中出現了跳變，甚至變壞點的情況。根據文獻[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，導致輸出不穩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進行調高阻尼的操作，但是問題得不到解決。因此只能懷疑主油箱內部存在劇烈顫動，或探桿被磁化 。文獻[4]中指出由于測量原理等因素，當磁致伸縮式液位計處于強磁場干擾環境下，會使浮子受的磁場力疊加導致消磁。綜合考慮以上兩方面因素，懷疑汽輪機主油箱內部存在較強磁場導致油位測量出現跳變，甚至變壞點的可能性較大。通過與該廠汽機專業溝通得知，為了吸附汽輪機主油箱內部潤滑油中的鐵屑及雜質，在主油箱底部安裝有若干磁棒，磁棒的存在形成強磁場，干擾磁致伸縮式液位計的測量，導致以上缺陷產生。

 

3　處理措施及效果

 

3.1　處理措施

由于導波雷達液位計、磁致伸縮液位計在測量過程中均出現了跳變，經過以上缺陷原因分析可知，造成汽輪機主油箱油位測量出現缺陷的原因是汽輪機主油箱內部客觀環境與導波雷達液位計、磁致伸縮液位計的使用環境不匹配，由于汽輪機主油箱內部客觀環境無法人為改變，因此考慮對汽輪機主油箱油位的測量方式進行改造換型。通過一系列考察和查閱相關文獻[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保護的先例。因此，決定利用機組檢修機會對主油箱油位測量方法實施改造，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臺機組主油箱油位測量方法改造均完成，改造效果良好達到預期（見圖2），觀察一段時間未再出現跳變及變壞點的情況，均已投入主油箱油位低跳機保護。

 

差壓式液位計具有精度高、漂移小、抗過載能力強等特點。但是如果介質密度受介質的溫度、壓力、組分的變化影響大時，差壓式液位變送器就會產生虛假液位。某電廠地處北方，其汽輪機主油箱差壓式液位變送器設置在汽機房零米，隨著天氣的變化，變送器取樣管中的靜態潤滑油的密度會隨溫度的變化而變化，從而導致產生測量偏差。根據實際使用情況，如果存在較大偏差，可以考慮引入溫度補償的方法，即在汽輪機主油箱上加裝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（ρ(t)）的溫度補償系數k來提高差壓式液位變送器的測量精度。由于負壓端從主油箱上部引出，正負壓側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)，其他參數不變，真實主油箱油位h'的計算公式如下：

 

此外，在投運汽輪機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　結束語

隨著自動化儀表技術的發展，國內外研制開發出一些新的液位測量方法，出現了很多低功耗、微型化、高精度的智能型儀表，如導波雷達液位計、磁致伸縮液位計等，且在某些領域表現出了優越的性能，如精度高，穩定性好，環境適應強，應用范圍廣等，相對于這些新的液位測量方法，差壓變送器是比較傳統的測量方式，已有很多年的成功經驗且應用廣泛,差壓變送器對液位進行測量的關鍵是液位與差壓之間的轉換，所以測量精度很高，但在介質密度變化明顯的環境中不能采用。通過本文的改造實踐可知，沒有哪一種液位測量方法能夠適應所有的介質或環境，只有在充分了解各類儀表的工作原理、使用環境、介質特性，可能存在的問題及日后維護保養等因素的基礎上，根據環境和測量需求，結合各種測量方法的特點，選擇實用的、穩定的、精que的液位測量儀表。