汽轮机真空监测设备配置及校验研究

李 杰，刘俊峰

（华能聊城热电有限公司，山东 聊城 252041）

汽轮机真空监测设备配置及校验研究

李 杰，刘俊峰

（华能聊城热电有限公司，山东 聊城 252041）

介绍了真空监测设备的现状，针对各电厂汽轮机真空监测设备的配置和校验差异较大的情况，研究了电厂汽轮机真空监测设备的配置，介绍了3种校验措施，并对电厂汽轮机真空参数的检测设备配置和校验提出了标准化建议。

汽轮机真空；绝压测量；真空校验

现有汽轮机设备的真空监测设备基本上都是按照排汽压力变送器、凝汽器真空变送器、真空压力开关来配置。长期以来，机组真空值(或者排汽压力)与排汽温度对应关系不正确，而对变送器和温度元件进行校验复装后还是不能取得正确的对应关系。此问题一般通过对变送器量程进行修正来解决，而修正量通过凑值法确定。为了获得精确的凝汽器真空测量值，需要从变送器校验方法来分析和解决，并对设备配置和校验流程进行规范。

1 真空监测设备校验现状

大多数电厂的真空监测设备校验过程，无论是采用差压变送器还是绝对压力变送器，一般都采用差压式校验方法。即，以大气压强为参考量，通过测试压差的方法来校验和设定变送器的上下限值。

尽管某些差压式校验方法沿用了绝对压力仪表的校准程序，但仍然无法正确读出真空度的数值，一些采用差压式原理传感器的数字式真空度仪表也有类似情况。同时使用就地真空仪表、DCS用压力变送器、真空压力开关等设备，将造成多种真空度计量方法并行使用，易产生一些误解混淆。但是，最容易被忽略且影响最大的，是因环境大气压变化而引起的差压式测量的系统误差。

现以罗斯蒙特变送器为例，介绍真空变送器的校验流程：

(1) 置标准表(真空表)示值为0；

(2) 抽真空至标准表示值为-100 kPa，设定变送器输出值为4 mA；

(3) 释放真空，在对空状态下(标准表示值为0)设定变送器输出为20 mA；

(4) 在DCS中设定测点量程为4～20 mA对应-100 kPa～0。

从严格意义上说，按此流程校验的变送器示值并不是真空度值，而是一个压差值(相对于校验时大气压的差值)，相当于规定绝对真空对应为-100 kPa相对压力，大气压力下相对压力为0。而大气压力通常情况下不为100 kPa，且随着季节和气温不同有波动和变化，所以实际应用中的示值和真实值无法对应，也无法和排汽温度对应。

也有一部分电厂采用绝对压力变送器进行真空或者排汽压力的监测。对这种设备进行校验时，利用高精度绝对压力标准表对校验点(除绝对压力0外)进行校准，根据校验点的线性来判断校验结果是否合格。按照这种方法，变送器零点不予校验，一旦发现线性不合格或者零点偏移严重，就需复位变送器或者返厂进行处理。

2 汽轮机真空及测量要求

当容器中的压力低于大气压力时，低于大气压力的部分是真空，即P真空=P标准大气压强-P绝对压强。

汽轮机真空即凝汽器真空，它是汽轮机运行的重要指标，是反映凝汽器综合性能的一项主要考核指标。影响机组真空的因素主要有凝汽器传热情况，真空系统严密性情况，冷却水的温度、流量，机组的排气量，抽汽器的工作状况等，但与环境大气压力是弱相关的。

许多技术资料中或者习惯描述“汽轮机真空为-96 kPa为最佳真空”，此处的-96 kPa是在标准大气压下的相对真空值，而不是表压力值。结合大部分真空变送器的校验现状，在实际大气压下校准的真空变送器显示的真空是相对真空，与绝对真空存在偏差。因此，在实际应用中，要分析汽轮机真空相关的经济性，使用“排气压力”、“绝对压力”等会更明确，而不会产生歧义。

3 汽轮机真空测量分析

基于变送器与DCS通讯的原理，变送器量程只要包含工况的变化范围且准确即可。因此，理想状态下的规范示值标定方法是：当被测容器中气体压强从环境大气压逐渐变化到0时，对应的示值从0变化到-101.325 kPa(当环境大气压等于1个标准气压时)，输出4～20 mA信号。要实现常规校验设备下的绝对压力精确指示，需要对测量设备和校验流程都进行规范，从而得到精确的测量结果。

调查各厂现有的真空变送器校验流程，大多忽略了大气压力对变送器量程的影响，即变送器校验时是以当前大气压作为基准的。当使用时，大气压发生变化后，真空的基准值随着大气压的变化而变化，从而使真空值产生误差。

因此，要精确使用和校验汽轮机真空校验设备，需要解决2个问题。

(1) 校验后的变送器测量值为绝对压力，不受大气压力影响；量程设定后，其限值对应的压力必须是绝对压力。

(2) 要解决绝对真空零点的校验问题，确保汽轮机真空变送器的量程可直接校验，从而使校验结果可控。

3.1 变送器修正后的校验措施

为消除大气压力变化对变送器校验的影响，应认真分析变送器校验过程，修正校验方法。

3.1.1 无表计校验法

无表计校验法仅需绝对压力表提供大气压值，其校验步骤如下：

(1) 置标准表示值为0，记下当前大气压值(即绝对真空值X)；

(2) 抽真空至绝对真空，即控压装置真空极限，设定变送器输出值为4 mA；

(3) 释放真空，在对空状态下(绝对压力表示值为当前大气压)，设定变送器输出为20 mA；

(4) 变送器复装后将DCS测点量程设置为4～20 mA对应0～XkPa；X为校验时记下的大气压力值，即对真空测点按照变送器测量的的校验绝对压力进行设置，则测量值为绝对压力值，即排汽压力。

3.1.2 标准绝对压力表直接校验法

标准绝对压力表直接校验法的步骤如下：

(1) 当前大气压下，记下标准绝压表值X，并设置变送器输出值为20 mA；

(2) 抽真空至绝对真空，即绝对压力为0，设定变送器输出值为4 mA；

(3) 变送器复装后将DCS测点量程设置为4～20 mA对应0～XkPa；测点按照变送器测量的校验绝对压力进行设置，则测量值为绝对压力值，即排汽压力。

3.1.3 真空标准表量程修正法

真空标准表量程修正法的步骤如下：

(1) 置标准真空表示值为0，记下当前大气压值(即绝对真空值X)；

(2) 抽真空至标准真空表稳定指示Y(比如-98 kPa)，设定变送器输出值为4 mA；

(3) 释放真空，在对空状态下(标准表示值为0)，设定变送器输出为20 mA。对变送器量程进行负向修正，修正值为X-98 kPa;

(4) 变送器复装后将DCS测点量程设置为4～20 mA对应0～YkPa，则测量值为绝对压力值，即排汽压力。

3.1.4 3种校验方法的比较

(1) 第1，2种方法必须具备的条件有：高精度绝对压力表(指示当前大气压)和真空压力发生器(抽取高真空)。但是绝对真空是不存在的，即使压力发生器性能最好也只是接近真空，而不可能达到绝对压力为0的要求。这2种方法均存在系统误差。

(2) 第3种方法与现有的校验方法相同，必须具备的条件有：高精度绝对压力表(指示当前大气压)，实现起来简单可行，系统误差可控。

(3) 这3种方法最终在DCS系统中显示为排气压力值，即绝对压力值，而不是通常的相对真空。但在大气压变化的情况下，相对于排汽温度的对比需要，相对真空是没有意义的数值。如果想显示标准大气压下的相对真空，可在DCS组态中设置量程为4～20 mA，对应：修正值101.325 kPa，或者将显示组态修改为：显示值-101.325 kPa。

(4) 以上各方法的重点是确保变送器测量的数值是绝对压力值，使排气压力与排气温度的对应关系不受大气压力变化影响，从而具备分析价值。

4 汽轮机真空监测设备配置

汽轮机真空监测设备配置有以下几种方案。

(1) 采用相对真空变送器监测的电厂，需增加机组侧绝对压力变送器用于测量当前大气压。真空变送器校验时采用无表计校验法，但需记下校验时的大气压值，然后在DCS中用当前大气压与校验时大气压的差值修正测量值。这种条件下对校验台无特殊要求，每次检修需对真空变送器和绝对压力变送器同时进行校验，以保证真空测量的精度。标准室需同时配备真空标准表、绝对压力标准表和真空校验台。

(2) 采用绝对压力变送器监测的电厂，根据真空标准表量程修正法的需要进行配置：现场监测使用的绝对压力变送器、标准室配置绝对压力标准表、真空校验台。此方案为推荐方案。

(3) 在真空校验台的选用上，很多电厂反映无法抽取真空至-100 kPa，其原因可能是真空设备的极限真空太低，也可能是大气压本身就不足100 kPa。因此，选用真空校验台，除了关注极限真空外，还需关注满足校验要求的最大真空值处的稳压性能。

(4) 对采用绝对压力变送器检测的电厂，若采用标准绝对压力表直接校验法进行设备校验，则建议在标准室配置专门用于校验绝对压力设备的分子泵类真空校验台，但这样也会产生系统误差，最好采用标准绝对压力表对真空零点进行修正。

5 后续措施和建议

建议电厂采购绝对压力变送器用于真空监测，标准室采用高精度的标准绝对压力表用于真空变送器校验，并按照标准绝对压力表直接校验的操作规程完善检修规程。

通过调研发现，各电厂真空监测设备的配置和校验存在各种问题，JJG882—2004《压力变送器检定规程》也没有关于真空监测设备的规范说明。电厂汽轮机真空是汽轮机安全运行和经济性分析的重要参数，有必要对其监测进行规范。

1 杜水友，李东升，王小娜．压力变送器示值误差测量不确定度评定[J]．计量技术，2005(7)．

2 彭博伟．600 MW机组真空扰动原因分析与防范措施[J]．电力安全技术，2014(2)．

2014-11-06。

李 杰(1979-)，男，工程师，主要从事电厂热工技术管理工作，email：13563570063@163.com。

刘俊峰(1978-)，男，工程师，主要从事电厂热工技术检修相关工作。