摘要：辅助锅炉设备是核电项目重要的组成设备，其主要功能是在核电机组调试及启动、甩负荷、停闭时，向辅助蒸汽系统提供合格的蒸汽。锅炉汽包水位的高度是锅炉设备极为重要的参数，本文阐述了恰希玛C-2项目核电站辅助锅炉设备水位测量方式，实际调试运行过程遇到的问题和处理方法，以及在后续C3C4项目辅助锅炉的液位测量上的改进措施，保证了辅助锅炉液位测量装置可靠、稳定运行。总结得出原因，并通过分析处理为后续核电项目的锅炉水位控制的设计、采购、见证及现场调试运行提供参考。
关键词：核电；辅助锅炉；水位控制；液位计
1.论文背景
辅助锅炉设备是核电辅助蒸汽生产和分配系统重要的组成设备，其主要功能是在核电机组调试及启动、甩负荷、停闭时，向辅助蒸汽系统提供合格的蒸汽，以供各辅助蒸汽用户使用。在巴基斯坦恰希玛核电项目中，每台机组核电机组的蒸汽消耗量为25T/h，采用提供2台12.5T/h出力的辅助锅炉供应饱和蒸汽。
辅助锅炉设备在运行过程中，汽包水位是锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于提高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有重要意义。水位过高汽水分离效果不好，蒸汽含水量增大盐分增多，受热容易结垢造成传热效果变差；水位过低又会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管壁局部过热而爆管。因此锅炉水位控制是非常重要的。
2.辅助锅炉设备简介
锅炉是能量转换设备，它将燃料中潜在能量经过燃烧放出热量，经过热传作用传递给水，使水变成蒸汽的一种设备。
辅助锅炉最基本的部件是“锅”与“炉”两大部分。“锅”是锅炉设备中的汽水系统，以锅炉本体的受热面为中心，以水泵、水处理设备等辅助设备组成的工作系统，负担着向锅炉供水、吸取热量到输出蒸汽的任务，是水变成汽的吸热部分；“炉”是锅炉设备的燃烧系统，是以炉膛及燃烧设备为中心，与风机等附属设备组成，是油与空气发生化学反应产生高温火焰和烟气的放热部分，他们组成了一套完整的设备。
燃油锅炉的工作包括以下三个过程：油不断剧烈氧化的燃烧过程；火焰和高温烟气不断把热量传递给锅炉内水的传热过程；水在锅炉内不断流动循环，吸热升温的汽化的水循环过程及汽化过程。
经软化的给水经水泵充上方送入锅炉壳内，由于锅炉受热面采用对称布置形式，锅炉中的水在锅炉壳中心线两侧形成两个对称回流，并通过水的重度差，建立水的自然循环。给水的锅筒内被逐渐加热上升，成为汽水混合物，再经汽水分离装置的分离后进入主蒸汽管座，经主蒸汽阀排出相应压力下的饱和蒸汽。
3.C2项目辅助锅炉的水位控制
3.1 C2项目水位控制器的选择
C2项目采用OMRON的61F-G3H型电极式水位控制器来检测水位，提供水位高限、低限报警；
3.1.2 电极式水位计工作原理
电极式水位计的工作原理是利用炉水（被测介质）与蒸汽的导电率差异的特性进行测量，使部分电极侵入炉水中，部分电极置于蒸汽中，炉水中的电极对筒体阻抗小，而蒸汽中的电极对筒体的阻抗大，利用其数值数量级的变化这一特性，将这一变化经放大处理后转换成电讯号，并送至二次仪表。
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二次仪表使用双色光柱显示水位，自带4-20mA输出，适用于就地控制并于PLC连接，同时利用CMOS高输入阻抗的特点，信号输入回路仅有微电流通过电极，可以使被测液体对电极的化学腐蚀减少到最低限度。
3.1.3 电极式水位计读数不稳定
调试队与锅炉制造厂现场服务人员在C2项目辅助锅炉设备调试过程中，根据调试队反馈的资料及意见发现，电极式水位计有时没有输出，有时输出不准确或数据忽高忽低。
电极式水位计无法正常工作，这给锅炉汽包内实际水位的测量带来困难。
3.2 电极式水位计问题分析
3.2.1 辅助锅炉炉水来源
辅助锅炉炉水的来源为除盐水即反渗透的去离子水，电导率接近于零，电极式水位计的测量桶内液位与电极接触后不能建立完整的闭合电路，难以符合水位控制器的要求，故电极式水位计无法进行准确读数。
3.2.2 电导率问题解决措施
根据现场调试队及设计院的分析，锅炉电极式水位计无法进行准确读数，分析原因：1、被测水为核电系统的除盐水；2、炉水中电解质浓度过低，不能满足电导率。
经过讨论，解决方案：通过加药装置向炉水中加入磷酸三钠，提高钠离子含量继而增强介质导电率，以满足电极式液位计的工作条件。
3.3 满足电导率后带来的问题
辅助锅炉所在的辅助蒸汽系统向各辅助蒸汽用户提供合格的蒸汽，其中一个主要用户是为除氧器提供蒸汽，用于机组启动前的给水预除氧。如果在锅炉炉水中加入磷酸三钠，则在锅炉输出的饱和蒸汽中的钠离子浓度就会增高，导致给水除氧器系统中钠离子含量增高。
因此，在辅助蒸汽投用阶段，辅助锅炉的炉水中加入磷酸三钠的多少会带来二回路钠离子浓度的变化。
3.4 C2项目辅助锅炉设备水位控制经验总结
通常锅炉设备在火电、工业等行业中，按照国标要求均对锅炉内水质有明确要求；在核电行业中由于锅炉内炉水来源为除盐水，水质参数的数据值要求远低于标准所要求。
水质标准高优缺点明显，其优点为：1、不易造成锅炉结垢；2、减少运行中加大排污和加药的次数。其缺点为：不利于电极式水位计的工作。
4.C3/C4项目辅助锅炉的水位控制
4.1 C3/C4项目辅助锅炉设备水位计的选择
针对C2项目现场液位控制存在的相关问题，我方会同调试队及设计院前往锅炉制造厂，针对C3/C4项目锅炉设备液位控制方式的相关事宜召开多次技术交流会，最终决定采用磁翻板式液位计及差压变送器的方式进行水位检测，提供水位高限、低限报警。
4.2 磁翻板式液位计简介
磁翻板液位指示器安装在桶槽外侧并和被测容器形成连通器，当本体管内的磁性浮球随液位上升时色片翻转，即可就地显示液位高度。也可在本体管上加装磁性开关或远传变送器，输出开关信号或模拟量信号，实现远程控制。适合用于高温、高压、耐腐蚀等场合，可就地显示和远程控制。
4.3 C3/C4项目磁翻板液位计使用情况
现阶段，C3/C4项目的辅助锅炉设备已完成安装调试工作。根据现场反馈，锅炉设备的磁翻板式水位控制器运行状况良好，能够通过差压变送器实现就地及远程测量。
4.4 C3/C4项目磁翻板液位计的特点
据对磁翻板式水位控制器的了解，其最大的优点是无泄漏、维护量小，并且不受炉水电解度的影响；但是其也有一定的缺点，其中最需要引起重视的问题是浮漂卡涩和翻板不灵活。将来锅炉设备的炉水存在在测量筒和浮漂上结垢的可能，影响浮漂运动因而造成误指示；发生事故时，汽包内水位变化大，翻板不能跟随其变化速率，因此可能无法准确测出当时的实际水位。
5.电极式与磁翻板式水位控制器的对比及讨论
C2项目的电极式水位控制器与C3/C4项目的磁翻板式水位控制器均已成功运用在各自的锅炉设备上，目前均处于正常使用阶段。这两种水位控制器均有各自的特点，电极式水位计较之磁翻板式水位计有成本低、显示直观、使用寿命长、测量误差小等优点；磁翻板式相比电极式，不受锅炉水质影响等特点。
两种水位控制器均有各自的特点，但也各有不足。比如磁翻板式在运行周期较长后可能存在一定的故障率，而电极式水位控制器需要通过加药系统不断补充介质中的离子浓度。
6.结论
对未来核电项目锅炉液位控制器选型的建议：为了能保证锅炉的稳定运行及液位测量的准确性，建议同时采用电极式与磁翻板式液位控制器，两种控制器相互配合，既能起到数据核对的功能，又能保证无论何种情况下，即使一套液位控制器失灵，至少仍然有一套液位控制装置能正常工作，从而保证锅炉的安全运行。
参考文献
[1]赵彬，电极式水位计电极的结构与应用，《电子仪器仪表用户》 1996年05期
[2]高红艳，核电站辅助电锅炉蒸汽钠离子质量分数控制技术探讨，《发电设备》，2014：06
[3]耿其瑞，《巴基斯坦恰希玛核电工程设计总结》，上海核工程研究设计院
[4]GB/T12145-2008 《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》（国标）
论文作者:刘昕
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/12/12
标签：锅炉论文; 水位论文; 电极论文; 蒸汽论文; 水位计论文; 设备论文; 核电论文; 《建筑学研究前沿》2019年18期论文;