李杰，劉俊峰

（華能聊城熱電有限公司，山東聊城252041）

汽輪機(jī)真空監(jiān)測(cè)設(shè)備校驗(yàn)方法研究

李杰，劉俊峰

（華能聊城熱電有限公司，山東聊城252041）

汽輪機(jī)真空監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置和校驗(yàn)各個(gè)電廠差異較大，壓力變送器檢定規(guī)程（JJG882—2004）中也沒有針對(duì)真空監(jiān)測(cè)設(shè)備的規(guī)范說明，而電廠汽輪機(jī)真空是涉及汽輪機(jī)安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性分析的重要參數(shù)，有必要對(duì)其進(jìn)行規(guī)范。研究和討論電廠汽輪機(jī)真空監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置和校驗(yàn)方法，提出真空檢測(cè)設(shè)備校驗(yàn)的量程修正方法。

汽輪機(jī)真空；絕對(duì)壓力測(cè)量；校驗(yàn)；量程修正

0 引言

現(xiàn)有汽輪機(jī)設(shè)備的真空監(jiān)測(cè)基本上都是按照排汽壓力變送器、凝汽器真空變送器、真空壓力開關(guān)來配置。長(zhǎng)期以來，機(jī)組真空值（或排汽壓力）與排汽溫度存在不對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象，對(duì)變送器和溫度元件進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)后復(fù)裝還是不能取得正確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)各電廠進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這是一個(gè)普遍存在的問題，一般是通過對(duì)變送器量程進(jìn)行修正來解決，但是修正量通過湊值法實(shí)現(xiàn)，缺乏理論依據(jù)。如何獲得精確的凝汽器真空值，需要從變送器校驗(yàn)方法來分析和解決，對(duì)設(shè)備配置和校驗(yàn)流程進(jìn)行規(guī)范。

1 真空監(jiān)測(cè)設(shè)備情況調(diào)查

多數(shù)電廠真空監(jiān)測(cè)設(shè)備的校驗(yàn)過程，無論是采用差壓變送器還是絕對(duì)壓力變送器，普遍使用差壓式校驗(yàn)方法，即以大氣壓力為參考量，通過測(cè)試壓差的方法來校準(zhǔn)變送器的上下限值。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的就地真空儀表、DCS用壓力變送器、真空壓力開關(guān)等設(shè)備同時(shí)使用造成了多種真空度測(cè)量方法的并行使用，也容易產(chǎn)生一些混淆。最容易被忽略且影響最大的是環(huán)境大氣壓的變化引起的差壓式測(cè)量的系統(tǒng)誤差。

真空變送器（以羅斯蒙特變送器為例［1］）的一般校驗(yàn)流程：置標(biāo)準(zhǔn)表（真空表）示值為零；抽真空至標(biāo)準(zhǔn)表示值為-100 kPa，設(shè)定變送器輸出值為4 mA；釋放真空，在對(duì)空狀態(tài)下（標(biāo)準(zhǔn)表示值為零），設(shè)定變送器輸出為20 mA；DCS中設(shè)定測(cè)點(diǎn)量程為4～20 mA對(duì)應(yīng)-100～0 kPa。

從嚴(yán)格意義上說，這樣校驗(yàn)出來的變送器示值是一個(gè)壓差值，是相對(duì)于校驗(yàn)時(shí)大氣壓的一個(gè)壓差值。相當(dāng)于規(guī)定絕對(duì)真空零點(diǎn)對(duì)應(yīng)為-100 kPa的相對(duì)壓力，大氣壓力下相對(duì)壓力為0。而大氣壓力通常情況下不為100 kPa，且隨著季節(jié)和氣溫有波動(dòng)和變化，所以實(shí)際應(yīng)用中的示值和真實(shí)值無法對(duì)應(yīng)，無法精確地和排汽溫度相對(duì)應(yīng)。

2 汽輪機(jī)真空測(cè)量分析

汽輪機(jī)真空即凝汽器真空，它是汽輪機(jī)運(yùn)行的重要指標(biāo)，是反映凝汽器綜合性能的一項(xiàng)主要考核指標(biāo)。影響機(jī)組真空的因素主要有凝汽器傳熱情況、真空系統(tǒng)嚴(yán)密性情況、冷卻水的溫度、流量、機(jī)組的排汽量、抽汽器的工作狀況等，但與環(huán)境大氣壓力是弱相關(guān)的［2］。

許多技術(shù)資料或者習(xí)慣描述中有“汽輪機(jī)真空為-96 kPa為最佳真空”的說法，此處的-96 kPa是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的相對(duì)真空值，而不是表壓力值。結(jié)合真空變送器校驗(yàn)現(xiàn)狀，在實(shí)際大氣壓下校準(zhǔn)的真空變送器顯示真空是相對(duì)真空，與絕對(duì)真空是存在偏差的，會(huì)造成概念上的混淆。因此在實(shí)際應(yīng)用中，要分析汽輪機(jī)真空相關(guān)的經(jīng)濟(jì)性，使用“排汽壓力”、“絕對(duì)壓力”等更明確而不會(huì)產(chǎn)生誤解。

根據(jù)變送器與DCS通信原理，變送器的量程只要包括工況的變化范圍且準(zhǔn)確即可，因此理想狀態(tài)下的規(guī)范的示值標(biāo)定方法是當(dāng)被測(cè)容器中氣體壓力從環(huán)境大氣壓逐漸變化到0時(shí)，對(duì)應(yīng)的示值從0變化到-101.325 kPa（當(dāng)環(huán)境大氣壓等于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣壓時(shí)），輸出4～20 mA信號(hào)。因此要實(shí)現(xiàn)常規(guī)校驗(yàn)設(shè)備下的絕對(duì)壓力精確指示，需要對(duì)測(cè)量設(shè)備和校驗(yàn)流程進(jìn)行規(guī)范，從而得到精確的測(cè)量結(jié)果。

調(diào)查各電廠現(xiàn)有的真空變送器校驗(yàn)流程，很多忽略了大氣壓力對(duì)變送器的量程的影響，即變送器校驗(yàn)時(shí)是取當(dāng)前大氣壓作為基準(zhǔn)，當(dāng)投入使用后，真空的基準(zhǔn)值隨著大氣壓的變化而變化，從而使真空值的誤差產(chǎn)生。

因此要精確地使用和校驗(yàn)汽輪機(jī)真空測(cè)量設(shè)備，需解決兩個(gè)問題。第一，校驗(yàn)后的變送器測(cè)量值要為絕對(duì)壓力，不受大氣壓力影響，即其量程設(shè)定后，限值對(duì)應(yīng)的壓力必須是絕對(duì)壓力。第二，要解決絕對(duì)真空零點(diǎn)的校驗(yàn)問題，確保汽輪機(jī)真空變送器的量程可以直接校驗(yàn)，從而使結(jié)果可控。

3 汽輪機(jī)真空變送器校驗(yàn)

消除大氣壓變化對(duì)變送器校驗(yàn)的影響，變送器校驗(yàn)方法有兩種。

1）標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)壓力表直接校驗(yàn)法（下稱為校驗(yàn)方法1）：當(dāng)前大氣壓下，記下標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)壓力表值x，并設(shè)置變送器輸出值為20 mA；抽真空至絕對(duì)真空即絕對(duì)壓力為0 kPa，設(shè)定變送器輸出值為4 mA；變送器復(fù)裝后將DCS測(cè)點(diǎn)量程設(shè)置為4～20mA對(duì)應(yīng)（0～x）kPa；測(cè)點(diǎn)按照變送器測(cè)量的的校驗(yàn)絕對(duì)壓力進(jìn)行設(shè)置，則測(cè)量值為絕對(duì)壓力值，即排汽壓力。

2）真空標(biāo)準(zhǔn)表量程修正法（下稱校驗(yàn)方法2）：置標(biāo)準(zhǔn)真空表示值為零，記下當(dāng)前大氣壓值（即絕對(duì)真空值X）；抽真空至標(biāo)準(zhǔn)真空表穩(wěn)定指示-Y（比如-98 kPa），設(shè)定變送器輸出值為4 mA；釋放真空，在對(duì)空狀態(tài)下（標(biāo)準(zhǔn)表示值為零），設(shè)定變送器輸出為20 mA；對(duì)變送器上下量程均進(jìn)行負(fù)向修正，修正值為（101.325-X）kPa。變送器復(fù)裝后將DCS測(cè)點(diǎn)量程設(shè)置為4～20 mA對(duì)應(yīng)（0～Y）kPa；則測(cè)量值為絕對(duì)壓力值，即排汽壓力。

校驗(yàn)方法1必須具備的條件有高精度絕對(duì)壓力表（指示當(dāng)?shù)卮髿鈮海⒄婵諌毫Πl(fā)生器需具備抽取高真空的能力。但是絕對(duì)真空是不存在的，即壓力發(fā)生器性能最好也是接近真空而不可能達(dá)到絕對(duì)壓力為零的要求，因此這種方法會(huì)存在系統(tǒng)誤差。校驗(yàn)方法2與現(xiàn)有的校驗(yàn)程序相同，只需有高精度絕對(duì)壓力標(biāo)準(zhǔn)表用來指示當(dāng)?shù)卮髿鈮海瑢?shí)現(xiàn)起來簡(jiǎn)單可行，系統(tǒng)誤差可控。

兩種方法最終在DCS系統(tǒng)中顯示的都是排汽壓力值即絕對(duì)壓力值，而不是通常的相對(duì)真空；因?yàn)樵诖髿鈮鹤兓那闆r下，相對(duì)真空對(duì)于排汽溫度是沒有意義的數(shù)值，如果想顯示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的相對(duì)真空可在DCS組態(tài)中設(shè)置量程為4～20 mA對(duì)應(yīng)（-101.325～-修正值）kPa。

也有一部分電廠采用絕對(duì)壓力變送器進(jìn)行真空或排汽壓力的監(jiān)測(cè)，設(shè)備校驗(yàn)時(shí)利用高精度絕對(duì)壓力標(biāo)準(zhǔn)表對(duì)除絕對(duì)壓力0點(diǎn)外的校驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)校驗(yàn)點(diǎn)的線性來判斷校驗(yàn)結(jié)果的合格與否，這種方法下，變送器零點(diǎn)不予校驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)線性不合格，或者零點(diǎn)偏移嚴(yán)重，就采用變送器復(fù)位或者返廠處理，這種方法可以確保真空測(cè)量的準(zhǔn)確性，但是對(duì)于超差儀表的處理缺少手段。

各方法的要點(diǎn)是確保變送器測(cè)量的數(shù)值是絕對(duì)壓力值，這樣排汽壓力與排汽溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系不受大氣壓力變化影響。

4 汽輪機(jī)真空監(jiān)測(cè)設(shè)備配置

真空監(jiān)測(cè)不僅需要規(guī)范的校驗(yàn)流程，也需要特定的監(jiān)測(cè)和校驗(yàn)設(shè)備，關(guān)于設(shè)備配置，以下幾種方案可供參考。

已經(jīng)采用相對(duì)真空變送器監(jiān)測(cè)的電廠，需增加機(jī)組側(cè)絕對(duì)壓力變送器用于測(cè)量當(dāng)?shù)卮髿鈮?，真空變送器校?yàn)時(shí)采用常規(guī)差壓校驗(yàn)方法，但需記下校驗(yàn)時(shí)大氣壓值，然后在DCS中用當(dāng)前大氣壓與校驗(yàn)時(shí)大氣壓差值修正測(cè)量值；這種條件下對(duì)校驗(yàn)臺(tái)無特殊要求，每次檢修需對(duì)真空變送器和絕對(duì)壓力變送器同時(shí)校驗(yàn)，以保證真空測(cè)量的精度；標(biāo)準(zhǔn)室需同時(shí)配備真空標(biāo)準(zhǔn)表、絕對(duì)壓力標(biāo)準(zhǔn)表、真空校驗(yàn)臺(tái)。

已經(jīng)采用絕對(duì)壓力變送器監(jiān)測(cè)的電廠，根據(jù)校驗(yàn)方法進(jìn)行配置，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)使用絕對(duì)壓力變送器、標(biāo)準(zhǔn)室配置絕對(duì)壓力標(biāo)準(zhǔn)表、真空校驗(yàn)臺(tái)。

在真空校驗(yàn)臺(tái)的選用上，很多電廠反映無法抽取真空至-100 kPa，這其中的原因可能是真空設(shè)備的極限真空太低，也可能因?yàn)榇髿鈮罕旧砭筒粔?00 kPa，所以選用真空校驗(yàn)臺(tái)，除了看極限真空，還需要看在滿足校驗(yàn)要求的最大真空值處的穩(wěn)壓性能［3］。

若采用絕對(duì)壓力變送器檢測(cè)的電廠想采用校驗(yàn)方法1進(jìn)行設(shè)備校驗(yàn)，則建議標(biāo)準(zhǔn)室配置專門用于校驗(yàn)絕對(duì)壓力設(shè)備的分子泵類真空校驗(yàn)臺(tái)，但會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，最好采用標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)壓力表對(duì)真空零點(diǎn)做修正。

5 結(jié)語

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，各電廠對(duì)于真空監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置和校驗(yàn)存在各種問題，壓力變送器檢定規(guī)程（JJG882—2004）中也沒有專門針對(duì)真空監(jiān)測(cè)設(shè)備的規(guī)范說明，而電廠汽輪機(jī)真空是涉及汽輪機(jī)安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性分析的重要參數(shù)，有必要對(duì)其進(jìn)行規(guī)范和重視。建議存在問題的電廠采購絕對(duì)壓力變送器用于真空監(jiān)測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)室采用高精度的標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)壓力表用于真空變送器校驗(yàn)，按照真空標(biāo)準(zhǔn)表量程修正法規(guī)范校驗(yàn)操作規(guī)程并完善檢修規(guī)程。

［1］唐慧強(qiáng).精密壓力變送器的研制［J］.測(cè)控技術(shù)，1999，18（6）：63-65.

［2］史劍戟，沈坤全，江運(yùn)漢，等.凝汽器真空嚴(yán)密性研究［J］.上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，13（3）：46-49.

［3］杜水友，李東升，王小娜.壓力變送器示值誤差測(cè)量不確定度評(píng)定［J］.計(jì)量技術(shù)，2005（7）：53-55.

Steam Turbine Vacuum Monitoring Equipment Calibration Study

LI Jie，LIU Junfeng
（Huaneng Liaocheng Thermal Power Co.，Ltd，Liaocheng 252041，China）

For the configuration and calibration of steam turbine vacuum monitoring equipment，there are differences among different power plants.Verification regulation of the pressure transmitter（JJG882-2004）has not stipulated the standard procedure for vacuum monitoring devices.Steam turbine vacuum is an important parameter for safe operation and economic analysis.It is necessary to regulate and standardize calibration practice and set up standard.The steam turbine vacuum monitoring equipment configuration and verification methods are studied and discussed.It is expected to be of certain reference value and guiding significance.

steam turbine vacuum；absolute pressure measurement；vacuum check；range calibration

TK312

B

1007－9904（2015）03－0078－03

2014-10-25

李杰（1979），男，工程師，主要從事電廠熱工技術(shù)管理工作；

劉俊峰（1978），男，工程師，從事電廠熱工技術(shù)工作。