如何防止汽包水位事故

防止锅炉汽包满水和缺水事故

锅炉汽包满水事故一般是指锅炉水位严重高于汽包正常运行水位的上限值，
使锅炉蒸汽严重带水，使蒸汽温度急剧下降，蒸汽管道发生水冲击。锅炉汽包缺
水事故是指锅炉水位低于能够维持锅炉正常水循环的水位，蒸汽温度急剧上升，
水冷壁管得不到充分的冷却，而发生过热爆管。锅炉汽包满水和缺水事故严重威
胁机组的安全运行，轻者造成机组非计划停运，严重时可造成汽轮机和锅炉设备
的严重损坏。
例如：秦皇岛电厂发生引进型亚临界1025t／h强制循环汽包锅炉严重缺水重
大事故。1997年12月16日，高压加热器满水，高压加热器水位保护动作，自动退
出解列。高压加热器水位保护动作后，由于高压加热器人口三通阀电动头与阀芯
传动机构固定键脱落，旁路门未能联动开启(CFIT显示旁路门开启)，导致锅炉断
水；汽包水位计由于环境温度(温度补偿设计定值500(2，实际130~C)的影响造成
了测量误差，水位虚高108mm，使汽包低水位保护拒动；锅炉A循环泵在测量系统
故障的情况下，又未采取替代措施而失去了保护作用，由于采用三取三的保护逻
辑，因而在水循环破坏的情况下，B、C循环泵差压低跳泵，A泵只发差压低报警而
未能跳泵，导致MFT未动作；值班人员未能对水循环破坏、锅炉断水作出正确的判
断，并在发现主蒸汽温度以平均45℃／min速率升高的情况下，也未能按规程的规
定实施紧急停机，最终造成水冷壁大面积爆破的重大事故。
又如：新乡电厂发生2号锅炉满水造成2号机组轴系断裂事故。1990年1月25日
03：20，在2号锅炉灭火后，在恢复过程中，因给水调整门漏流量大(漏流量达
120t／h)，运行人员未能有效控制汽包水位，导致汽包水位直线上升，汽温急剧
下降，造成汽轮机水冲击。运行人员未能及时发现汽温急剧下降，使低温蒸汽较
长时间进入汽轮机。低温蒸汽进入汽轮机，造成汽缸等静止部件在温差应力作用
下变形，转轴弯曲，动静部件发生径向严重碰磨，轴系断裂。
综合典型事故分析，水位表失灵和指示不正确、锅炉水位保护拒动、给水系
统故障、违反运行规程、误判断、误操作等是造成锅炉汽包满水和缺水事故的主
要原因，因此，应从汽包水位测量系统的配置、安装和使用以及给水系统的维护
等方面出发，制定相应的反事故技术措施。

一、条文8。1
原文：“ 1 汽包锅炉应至少配置两只彼此独立的就地汽包水位计和两只
远传汽包水位计。水位计的配置应采用两种以上工作原理共存的配置方式，以保
证在任何运行工况下锅炉汽包水位的正确监视。”
目前，国内锅炉汽包水位表由于没有配置标准，汽包配置水位表数量过多，一
般都在6套以上，如一台600MW机组锅炉，其汽包水位表多达12套，而且形式多样
，其目的在于提高锅炉水位监视的可靠性、准确性。实际上，由于各种水位表的
测量原理、安装位置、结构不同，它们之间的显示值存在较大的偏差，容易给运
行人员的汽包水位监视造成混乱，同时，锅炉汽包开孔过多，也影响汽包的强度
，不利于锅炉的安全运行。
国外的锅炉汽包通常配置1—2套就地水位表和3套差压式水位表，而锅炉汽包
水位的监视、自动控制、越限报警和跳闸保护完全依靠3套差压式水位表来实现。
目前我国部分成套引进的锅炉，也按照上述原则配置，运行10年来，也未发生过
由于锅炉汽包水位表问题引起的事故。
因此，要求新建锅炉汽包可配置具有独立测点的1—2套就地水位表和3套差压
式水位表。就地水位表可以采用玻璃板式、云母板式、牛眼式、磁性翻板式、电
极式水位表。考虑到各地的习惯，2套就地水位表中可以有一套采用电极式水位表
。
由于在役锅炉汽包水位取样孔的位置已经确定，而开口高度也不同，按新机
标准的要求进行配置，实施起来比较困难。因此，可在不改变取样孔的情况下进
行相应的配置，但锅炉汽包水位调节和水位保护的信号应采用有压力、温度补偿
的差压式水位表的信号。

二、条文 2
原文：“ 2 汽包水位计的安装。
2．1 取样管应穿过汽包内壁隔层，管口应尽量避开汽包内水汽工况不稳
定区(如安全阀排汽口、汽包进水口、下降管口、汽水分离器水槽处等)，若不能
避开时，应在汽包内取样管口加装稳流装置。
2．2 汽包水位计水侧取样管孔位置应低于锅炉汽包水位停炉保护动作值
，一般应有足够的裕量。
2．3 水位计、水位平衡容器或变送器与汽包连接的取样管，一般应至少
有1：100的斜度，汽侧取样管应向上向汽包方向倾斜，水侧取样管应向下向汽包
方向倾斜。
2．4 新安装的机组必须核实汽包水位取样孔的位置、结构及水位计平衡
容器安装尺寸，均符合要求。
2．5 差压式水位计严禁采用将汽水取样管引到一个连通容器(平衡容器)
，再在平衡容器中段引出差压水位计的汽水侧取样的方法。”

为了保证锅炉汽包的水位测量准确，水位表的安装应满足如下要求。
(1)水位表都应具有独立的取样孔，不得在同一取样孔上并联多个水位测量装
置，以避免相互影响，降低水位测量的可靠性。
(2)水位表安装时，均应以汽包同一端的几何中心线为基准线，必须采用水准
仪精确确定各水位表的安装位置，不应以锅炉平台等物作为参照标准。
(3)水位表汽水侧取样阀门安装时应使阀杆处于水平位置，以避免在阀门内形
成水塞。为了缓冲汽包水位快速波动对测量的影响，可以在水位表侧汽水取样管
间加装连通管。
(4)水位表的开孔位置、取样管的管径应根据锅炉汽包内部设备的结构、布置
和锅炉的运行方式，由锅炉制造厂负责确定和提供。
(5)就地水位表的安装。
1)就地水位表的零水位线应较汽包内的零水位线低，降低的值取决于汽包工
作压力。
2)安装取样管时应保证管道的倾斜度不小于100：1。对于汽侧取样管应使取
样孔侧高，对于水侧取样管应使取样孔侧低。
3)就地水位表汽水取样管、取样阀门和连通管均应保温。
(6)差压水位表的安装。
1)差压水位表的平衡容器应为单室平衡容器，即直径约lOcm的球体或球头圆
柱体(容积为300—800em3)容器前汽水取样管应有连通管。
2)安装取样管时应保证管道的倾斜度不小于100：1。对于汽侧取样管应使取
样孔侧低，对于水侧取样管应使取样孔侧高。
3)禁止在连通管中段取样作为差压水位表的汽水取样管(见图8-1)。由于其存
在着较大的测量误差，上海锅炉厂生产的引进型锅炉，若水位达到低水位跳闸值
为—381mm时，其差压已超过其差压水位表量程860mm，所以低水位保护始终无法
动作。
4)差压水位表汽水取样管、取样阀门和连通管均应保温。平衡容器及容器下
部形成参比水柱的管道不得保温。引到差压变送器的两根管道应平行敷设共同保
温，并根据需要采取防冻措施。

三、条文 3、 4
原文：“ 3 对于过热器出口压力为13．5MPa及以上的锅炉，其汽包水位
计应以差压式(带压力修正回路)水位计为基准。汽包水位信号应采用三选中值的
方式进行优选。
3．1 差压水位计(变送器)应采用压力补偿。汽包水位测量应充分考虑平
衡容器的温度变化造成的影响，必要时采用补偿措施。
3．2 汽包水位测量系统，应采取正确的保温、伴热及防冻措施，以保证
汽包水位测量系统的正常运行及正确性。
4 汽包就地水位计的零位应以制造厂提供的数据为准，并进行核对、标
定。随着锅炉压力的升高，就地水位计指示值愈低于汽包真实水位，表8—1给出
不同压力下就地水位计的正常水位示值和汽包实际零水位的差值Δh，仅供参考。
”

表8-1 就地水位计的正常水位示值和汽包实际零水位的差值Δh
┌───────┬────────┬────────┬────────
┐
│ 汽包压力 │ │ │
│
│ │ 16．14，1 65│ 1 66，1 39│ 1 40，19．60
│
│ (MPa) │ │ │
│
├───────┼────────┼────────┼────────
┤
│ Δh (mm) │ 一76 │ —102 │ —150
│
└───────┴────────┴────────┴────────
┘
(1)就地水位表。
目前，现行的规程要求锅炉水位的监视以就地水位表为基准，其存在的主要
问题如下。
1)就地水位表显示的水位始终低于锅炉汽包的实际水位。
就地水位表是按照连通管原理测量水位，在液体密度相同的条件下，连通管
各支管的液位处于同一高度。但是就地水位表因受外界环境的影响，就地水位表
内水的平均温度低于汽包内水的饱和温度，使就地水位表内水的密度比汽包中水
的密度高，从而造成水位表水位低于汽包的实际水位，并且随着锅炉压力的升高
，就地水位表指示值愈低于汽包真实水位。表8-1给出不同压力下就地水位计的正
常水位示值和汽包实际零水位的差值△h。对于亚临界锅炉，在额定汽压下，就地
水位表的正常水位比汽包内的正常水位要低150mm。
2)在额定汽压下，当汽包水位偏离零水位时，就地水位表显示的水位变化值
较汽包中的水位实际变化值要小。
锅炉汽包水位升高时，水位表中水的散热面增加，水位表中水的温度将进一
步降低，水位表中水的密度进一步加大，造成水位表显示的水位升高变化值小于
汽包中水位的实际变化值；当汽包水位降低时，水位表中水的散热面减少，水位
表中水的温度相对升高，水位表中水的密度相对降低，也造成水位表显示的水位
降低变化值要比汽包中水位的实际水位变化值小。当汽包压力为19MPa时，如汽包
水位变化±lOOmm，就地水位表显示值仅变化±50mm。
就地水位表的误差为非定值，在不同工况下，其误差的变化有很大的差异。
因此，就地水位表全程指示最为准确的观点必须改变。
(2)电极式水位计。
电极式水位计的基本工作原理与就地水位表完全相同，都是连通管原理，故
其存在的问题与就地水位表完全一样，即电极式水位表的零水位与汽包正常水位
之间存在偏差，且汽包水位波动后电极式水位表内水位波动不能与之对应。由于
电极式水位表和就地水位表之间的结构、形状和散热条件不同，这两种水位表同
时使用时，它们的显示值也存在明显偏差。因此，采用电极式水位表监视超高压
、亚临界锅炉的汽包水位也是不合适的。
(3)差压式水位表。
差压式水位表是利用比较水柱高度差值原理测量水位(见图8—2)。对应于汽
包液面水柱的压强与作为参比水柱的压强进行比较，根据其压差转换为汽包的水
位。当汽压和环境温度不变时，差压只是水位的函数。其存在的误差如下。
1)当汽包压力升高时，同样的汽包水位变化值所对应的压差变化减小，但是
这一误差仅源于压力的变化，可在测量回路中引入压力修正予以消除。
2)参比水柱的温度，受环境温度波动产生误差，其可以通过引入温度补偿予
以修正。
目前，电厂广泛应用DCS系统实施机组的监控，而且其锅炉水位监视信号也均
来自于差压水位表，故很容易将压力修正和温度补偿引入差压式水位表的测量回
路，以准确监视锅炉汽包水位。
因此，对于过热器出口压力为13．5MPa及以上的锅炉，其汽包水位的监视应
以差压式(带压力修正回路)水位表为准。由于锅炉水位保护起动前应进行实际传
动试验，所以在锅炉起动时差压式水位表已建立起参比水柱，差压式水位表可以
满足各种工况下汽包水位监视的需要。

四、条文 5- 7
原文：“ 5 按规程要求对汽包水位计进行零位校验。当各水位计偏差大
于30mm时，应立即汇报，并查明原因予以消除。当不能保证两种类型水位计正常
运行时，必须停炉处理。
6 严格按照运行规程及各项制度，对水位计及其测量系统进行检查及维
护。机组起动调试时应对汽包水位校正补偿方法进行校对、验证，并进行汽包水
位计的热态调整及校核。新机验收时应有汽包水位计安装、调试及试运专项报告
，列入验收主要项目之一。
7 当一套水位测量装置因故障退出运行时，应填写处理故障的工作票，
工作票应写明故障原因、处理方案、危险因素预告等注意事项，一般应在8h内恢
复。若不能完成，应制定措施，经总工程师批准，允许延长工期，但最多不能超
过24h，并报上级主管部门备案。”

同类型水位计之间经过修正后偏差仍大于30mm时，应立即汇报并查找原因予
以消除。
要求一套水位计退出运行时，一般应在8h内恢复，若不能完成，应制定措施
，经批准可延长工期，但最多不能超过24h；当不能保证两种类型水位计正常运行
时，必须停炉。

八、条文 8
原文：“ 8 锅炉高、低水位保护。
1 锅炉汽包水位高、低保护应采用独立测量的三取二的逻辑判断方式
。当有一点因某种原因须退出运行时，应自动转为二取一的逻辑判断方式，并办
理审批手续，限期(不宜超过8h)恢复；当有二点因某种原因须退出运行时，应自
动转为一取一的逻辑判断方式，应制定相应的安全运行措施，经总工程师批准，
限期(8h以内)恢复，如逾期不能恢复，应立即停止锅炉运行。
2 锅炉汽包水位保护在锅炉起动前和停炉前应进行实际传动校检。用
上水方法进行高水位保护试验、用排污门放水的方法进行低水位保护试验，严禁
用信号短接方法进行模拟传动替代。
3 在确认水位保护定值时，应充分考虑因温度不同而造成的实际水位
与水位计(变送器)中水位差值的影响。
4 锅炉水位保护的停退，必须严格执行审批制度。
5 汽包锅炉水位保护是锅炉起动的必备条件之一，水位保护不完整严
禁起动。”

目前，锅炉汽包水位保护存在的主要问题如下。
1)锅炉汽包无水位保护运行问题仍比较突出，原因可能是多方面的，但主要
是重视不够。
2)锅炉汽包低水位保护无根据的设置延时，如有的机组为适应Run—Back工况
的需要，竟将低水位保护延时设为60s，给机组安全运行留下了严重的隐患。
3)锅炉汽包水位保护的信号来源比较乱，有的来自电极式水位表，有的来自
差压式水位表，有的来自电极式水位表和差压式水位表等的逻辑比较的结果。
因此，为了保证锅炉的安全运行，在此明确规定锅炉无水位保护严禁投入启
动、运行。锅炉汽包高、低水位保护的设置、整定值和延时值随炉型和汽包内部
设备不同而异，具体规定应由锅炉制造厂负责确定，各单位不得自行确定。尤其
是低水位保护的延时值应按锅炉断水而出力为额定的蒸发量、锅炉汽包水位在低
保护跳闸值工况进行核算。

九、条文 9— 14
原文：“ 9 对于控制循环汽包锅炉，炉水循环泵差压保护采取二取二方
式时。当有一点故障退出运行时，应自动转为一取一的逻辑判断方式，并办理审
批手续，限期恢复(不宜超过8h)。当二点故障超过4h时，应立即停止该炉水循环
泵的运行。
10 当在运行中无法判断汽包确实水位时，应紧急停炉。
11 高压加热器保护装置及旁路系统应正常投入，并按规程进行试验，保
证其动作可靠。当因某种原因需退出高压加热器保护装置时，应制定措施，经总
工程师批准，并限期恢复。
12 给水系统中各备用设备应处于正常备用状态，按规程定期切换。当失
去备用时，应制定安全运行措施，限期恢复投入备用。
13 建立锅炉汽包水位测量系统的维修和设备缺陷档案，对各类设备缺陷
进行定期分析，找出原因及处理对策，并实施消缺。
14 运行人员必须严格遵守值班纪律，监盘思想集中，经常分析各运行参
数的变化，调整要及时，准确判断及处理事故。不断加强运行人员的培训，提高
其事故判断能力及操作技能。”