汽轮机真空监测设备校验方法研究

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校验方法研究

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的配置和校验各个电厂差异较大，压力变送器检定规程（JJG882—2004）中也没有针对真空监测设备的规范说明，而电厂汽轮机真空是涉及汽轮机安全运行和经济性分析的重要参数，有必要对其进行规范。研究和讨论电厂汽轮机真空监测设备的配置和校验方法，提出真空检测设备校验的量程修正方法。

汽轮机真空；绝对压力测量；校验；量程修正

0 引言

现有汽轮机设备的真空监测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（或排汽压力）与排汽温度存在不对应的现象，对变送器和温度元件进行校验，校验后复装还是不能取得正确的对应关系，对各电厂进行调研发现，这是一个普遍存在的问题，一般是通过对变送器量程进行修正来解决，但是修正量通过凑值法实现，缺乏理论依据。如何获得精确的凝汽器真空值，需要从变送器校验方法来分析和解决，对设备配置和校验流程进行规范。

1 真空监测设备情况调查

多数电厂真空监测设备的校验过程，无论是采用差压变送器还是绝对压力变送器，普遍使用差压式校验方法，即以大气压力为参考量，通过测试压差的方法来校准变送器的上下限值。同时现场的就地真空仪表、DCS用压力变送器、真空压力开关等设备同时使用造成了多种真空度测量方法的并行使用，也容易产生一些混淆。最容易被忽略且影响最大的是环境大气压的变化引起的差压式测量的系统误差。

真空变送器（以罗斯蒙特变送器为例［1］）的一般校验流程：置标准表（真空表）示值为零；抽真空至标准表示值为-100 kPa，设定变送器输出值为4 mA；释放真空，在对空状态下（标准表示值为零），设定变送器输出为20 mA；DCS中设定测点量程为4～20 mA对应-100～0 kPa。

从严格意义上说，这样校验出来的变送器示值是一个压差值，是相对于校验时大气压的一个压差值。相当于规定绝对真空零点对应为-100 kPa的相对压力，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，且随着季节和气温有波动和变化，所以实际应用中的示值和真实值无法对应，无法精确地和排汽温度相对应。

2 汽轮机真空测量分析

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、机组的排汽量、抽汽器的工作状况等，但与环境大气压力是弱相关的［2］。

许多技术资料或者习惯描述中有“汽轮机真空为-96 kPa为最佳真空”的说法，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。结合真空变送器校验现状，在实际大气压下校准的真空变送器显示真空是相对真空，与绝对真空是存在偏差的，会造成概念上的混淆。因此在实际应用中，要分析汽轮机真空相关的经济性，使用“排汽压力”、“绝对压力”等更明确而不会产生误解。

根据变送器与DCS通信原理，变送器的量程只要包括工况的变化范围且准确即可，因此理想状态下的规范的示值标定方法是当被测容器中气体压力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（当环境大气压等于一个标准气压时），输出4～20 mA信号。因此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进行规范，从而得到精确的测量结果。

调查各电厂现有的真空变送器校验流程，很多忽略了大气压力对变送器的量程的影响，即变送器校验时是取当前大气压作为基准，当投入使用后，真空的基准值随着大气压的变化而变化，从而使真空值的误差产生。

因此要精确地使用和校验汽轮机真空测量设备，需解决两个问题。第一，校验后的变送器测量值要为绝对压力，不受大气压力影响，即其量程设定后，限值对应的压力必须是绝对压力。第二，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以直接校验，从而使结果可控。

3 汽轮机真空变送器校验

消除大气压变化对变送器校验的影响，变送器校验方法有两种。

1）标准绝对压力表直接校验法（下称为校验方法1）：当前大气压下，记下标准绝对压力表值x，并设置变送器输出值为20 mA；抽真空至绝对真空即绝对压力为0 kPa，设定变送器输出值为4 mA；变送器复装后将DCS测点量程设置为4～20mA对应（0～x）kPa；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。

2）真空标准表量程修正法（下称校验方法2）：置标准真空表示值为零，记下当前大气压值（即绝对真空值X）；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；释放真空，在对空状态下（标准表示值为零），设定变送器输出为20 mA；对变送器上下量程均进行负向修正，修正值为（101.325-X）kPa。变送器复装后将DCS测点量程设置为4～20 mA对应（0～Y）kPa；则测量值为绝对压力值，即排汽压力。

校验方法1必须具备的条件有高精度绝对压力表（指示当地大气压）、真空压力发生器需具备抽取高真空的能力。但是绝对真空是不存在的，即压力发生器性能最好也是接近真空而不可能达到绝对压力为零的要求，因此这种方法会存在系统误差。校验方法2与现有的校验程序相同，只需有高精度绝对压力标准表用来指示当地大气压，实现起来简单可行，系统误差可控。

两种方法最终在DCS系统中显示的都是排汽压力值即绝对压力值，而不是通常的相对真空；因为在大气压变化的情况下，相对真空对于排汽温度是没有意义的数值，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（-101.325～-修正值）kPa。

也有一部分电厂采用绝对压力变送器进行真空或排汽压力的监测，设备校验时利用高精度绝对压力标准表对除绝对压力0点外的校验点进行校准，根据校验点的线性来判断校验结果的合格与否，这种方法下，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，就采用变送器复位或者返厂处理，这种方法可以确保真空测量的准确性，但是对于超差仪表的处理缺少手段。

各方法的要点是确保变送器测量的数值是绝对压力值，这样排汽压力与排汽温度的对应关系不受大气压力变化影响。

4 汽轮机真空监测设备配置

真空监测不仅需要规范的校验流程，也需要特定的监测和校验设备，关于设备配置，以下几种方案可供参考。

已经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地大气压，真空变送器校验时采用常规差压校验方法，但需记下校验时大气压值，然后在DCS中用当前大气压与校验时大气压差值修正测量值；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、真空校验台。

已经采用绝对压力变送器监测的电厂，根据校验方法进行配置，现场监测使用绝对压力变送器、标准室配置绝对压力标准表、真空校验台。

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，这其中的原因可能是真空设备的极限真空太低，也可能因为大气压本身就不够100 kPa，所以选用真空校验台，除了看极限真空，还需要看在满足校验要求的最大真空值处的稳压性能［3］。

若采用绝对压力变送器检测的电厂想采用校验方法1进行设备校验，则建议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，但会产生系统误差，最好采用标准绝对压力表对真空零点做修正。

5 结语

通过调研发现，各电厂对于真空监测设备的配置和校验存在各种问题，压力变送器检定规程（JJG882—2004）中也没有专门针对真空监测设备的规范说明，而电厂汽轮机真空是涉及汽轮机安全运行和经济性分析的重要参数，有必要对其进行规范和重视。建议存在问题的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，按照真空标准表量程修正法规范校验操作规程并完善检修规程。

［1］唐慧强.精密压力变送器的研制［J］.测控技术，1999，18（6）：63-65.

［2］史剑戟，沈坤全，江运汉，等.凝汽器真空严密性研究［J］.上海电力学院学报，1997，13（3）：46-49.

［3］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）：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，工程师，主要从事电厂热工技术管理工作；

刘俊峰（1978），男，工程师，从事电厂热工技术工作。