祝鵬

(上海焦化有限公司,上海 200241)

淺談化工企業(yè)鍋爐汽包液位控制

祝鵬

(上海焦化有限公司,上海 200241)

本文以某化工單位循環(huán)流化床鍋爐為案例,分析了鍋爐汽包液位的調(diào)節(jié)控制作用,闡述了汽包液位的工作條件、影響汽包運(yùn)行的各種因素。

鍋爐汽包 液位控制 儀表

鍋爐汽包的液位是化工廠動(dòng)力裝置中影響鍋爐正常操作的一個(gè)關(guān)鍵的熱工參數(shù)。汽包液位過高，影響汽水分離，使蒸汽帶水過多，不僅降低蒸汽質(zhì)量與產(chǎn)汽效率；還損壞了汽水分離裝置，使設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞；如果汽包液位過低，則水汽化速度快，水量消耗快，影響鍋爐的汽水循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成干鍋事故。

為使鍋爐汽包液位穩(wěn)定在合理的區(qū)間內(nèi)，必須對(duì)鍋爐汽包液位進(jìn)行準(zhǔn)確的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，生產(chǎn)上常使用汽包液位檢測儀表對(duì)汽包液位進(jìn)行反饋性調(diào)節(jié)控制。

1 汽包液位的調(diào)節(jié)控制

1.1 液位控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)(如圖1)

汽包由筒身和封頭組成，汽包接收省煤器來的給水，與下降管、水冷壁、引出管組成閉合的水循環(huán)回路，可以儲(chǔ)存一定的水和蒸汽，并提供過熱器飽和蒸汽。標(biāo)準(zhǔn)液位為汽包中心線下150mm處，標(biāo)準(zhǔn)線上50mm處為最高安全液位，標(biāo)準(zhǔn)線下50mm為最低安全液位，當(dāng)液位偏離標(biāo)準(zhǔn)線75mm時(shí)應(yīng)及時(shí)采用緊急措施。

某化工單位130T/H鍋爐系統(tǒng)配套三臺(tái)給水泵。兩臺(tái)是各自容量為60%額定給水流量的汽動(dòng)泵，一臺(tái)容量為總?cè)萘?5%的電動(dòng)給水泵。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于30%額定負(fù)荷時(shí)，電動(dòng)給水泵運(yùn)行。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于30%額定負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行汽動(dòng)給水泵，給水泵的啟動(dòng)和停止操作由機(jī)組自啟停程序控制。

1.2 液位控制要求

(1)三沖量控制系統(tǒng)。三沖量控制系統(tǒng)將汽包液位、蒸汽流量和給水流量作為三個(gè)信號(hào)，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)給水流量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量，精度高，使汽包液位保持在工藝允許的范圍內(nèi)。

(2)PID控制系統(tǒng)。為了對(duì)鍋爐汽包液位進(jìn)行準(zhǔn)確的測量與控制，需要克服蒸發(fā)量、燃料量、給水側(cè)等擾動(dòng)因素的影響。由于企業(yè)生產(chǎn)操作現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，機(jī)組參數(shù)存在時(shí)變性，所以PID控制策略的控制精度受到限制。

圖1 汽包液位工藝圖

圖2 DCS計(jì)算塊圖

2 儀表汽包水位的測量偏差

2.1 水位取樣裝置的安裝位置影響

鍋爐汽包水位取樣裝置的標(biāo)高，我們往往比較注意冷態(tài)的核對(duì)與修正，而對(duì)熱態(tài)的標(biāo)高位置較少去關(guān)心。實(shí)際上由于取樣管路的長度不一，環(huán)境溫度的不同，特別是有的平衡容器沒有固定支架，這將導(dǎo)致連通管1：100的傾斜角度無法控制，會(huì)出現(xiàn)冷態(tài)修正一致的標(biāo)高，而在熱態(tài)時(shí)發(fā)生不同的偏離，甚至在熱應(yīng)力作用下改變傾斜方向，使平衡容器無法形成足夠穩(wěn)定的兩相流，導(dǎo)致平衡容器內(nèi)溫度過低，影響測量結(jié)果。

2.2 參比水柱密度受環(huán)境溫度影響

雙室平衡容器引出管內(nèi)水溫陡度的存在和環(huán)境溫度的變化，引起參比水柱密度變化的不確定性，是造成測量示值偏差的主要原因。在不保溫情況下，平衡容室下的參比水柱儀表管必定存在溫降，此溫度分布受汽包內(nèi)參數(shù)和冷凝罐外環(huán)境溫度的影響，使參比側(cè)的水密度總是處于一種變化的狀態(tài)，因此其測量誤差是不恒定的。

2.3 DCS內(nèi)補(bǔ)償公式不正確

圖3

DCS內(nèi)水位計(jì)算公式本身存在錯(cuò)誤，當(dāng)汽包壓力變化范圍較大時(shí)，對(duì)汽包壓力的補(bǔ)償不是全程，而是采用多段折線方式進(jìn)行，因此在消除汽包壓力變化影響方面會(huì)存在一定的附加誤差。

圖4

圖5

圖6

圖7

2.4 儀表校驗(yàn)引入的誤差

汽包水位測量使用的是高靜壓低差壓變送器，因此儀表校驗(yàn)時(shí)，只要膜盒中有殘積的水，其結(jié)果會(huì)帶來附加的誤差。如校驗(yàn)人員在現(xiàn)場校驗(yàn)水位變送器中未將變送器膜盒內(nèi)的積水清理干凈就會(huì)發(fā)生上述情況。

2.5 連通管式原理測量誤差

基于聯(lián)通管式原理的汽包水位計(jì)顯示的水柱值不僅低于鍋爐汽包內(nèi)的實(shí)際水位，而且受汽包內(nèi)的壓力、水位、壓力變化速率以及水位計(jì)環(huán)境條件等諸多因素影響，水位計(jì)顯示值和汽包內(nèi)實(shí)際水位間不是一個(gè)確定的、一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，而這一偏差在汽包零水位時(shí)可達(dá)50～200mm，水位越高測量筒散熱越多水位誤差就越大，反之誤差減小。

2.6 保溫影響

對(duì)參比水柱的管道進(jìn)行不正確的保溫后，將改變?cè)瓉泶_定的溫度補(bǔ)償關(guān)系，使得參比水柱的平均溫度難以設(shè)定。因此，從水位補(bǔ)償計(jì)算的要求，參比水柱的管道應(yīng)該裸露在環(huán)境溫度中，即從平衡容器以下至水側(cè)取樣孔高度的管道不得施加伴熱或者保溫。引到差壓變送器的兩根取樣管則應(yīng)平行敷設(shè)并共同保溫，這是為了使兩根取樣管內(nèi)的介質(zhì)具有相同的溫度和相同的重度，不產(chǎn)生附加的差壓誤差。

某化工單位蒸汽伴熱是冬季防止汽包水位測量管路結(jié)冰的一項(xiàng)措施，如果由于儀表管路鋪設(shè)不規(guī)范，正壓負(fù)壓側(cè)上管的發(fā)熱量不一致時(shí)，引起高低壓側(cè)儀表管內(nèi)ρa(bǔ)不同，在冬季也會(huì)對(duì)水位的正確測量產(chǎn)生影響。

2.7 排污閥內(nèi)漏

由于汽包水位量程較小，稍有泄漏就會(huì)影響測量結(jié)果。因此排污閥內(nèi)漏是影響水位測量準(zhǔn)確性的一個(gè)因素。因此除要重視汽包水位變送器排污閥的質(zhì)量外，排污閥還應(yīng)為兩個(gè)閥串聯(lián)安裝，以提高可靠性。

2.8 測量管路泄漏

儀表引壓管由于焊接處沙眼或裂縫，就會(huì)造成水位信號(hào)虛高或虛低。如果安裝時(shí)儀表管管路太長，焊接口較多，易產(chǎn)生故障的點(diǎn)也相對(duì)較多，所以汽包水位變送器盡可能就地布置。

3 汽包水位測量準(zhǔn)確性提高措施

3.1 水位取樣裝置與管路安裝方面

(1)每個(gè)水位取樣裝置采用獨(dú)立的取樣孔。為了保護(hù)和控制的各汽包水位測量，均全程獨(dú)立配置。

(2)汽、水側(cè)取樣閥門使用二個(gè)截止閥串聯(lián)且使其門桿處于水平位置安裝(防止積水或積汽)。連接變送器的正壓側(cè)取樣管從平衡容器低于汽側(cè)取樣管的側(cè)面引出，按15度傾斜角向下延長后，再向下引伸，到變送器的距離為3米。排污閥選用了二個(gè)串聯(lián)，防止導(dǎo)壓管泄漏。

(3)汽包水位的汽、水側(cè)取樣管、閥門均保溫，雙室平衡容器正壓取樣管亦保溫，引到差壓變送器的兩根儀表管平行敷設(shè)。采取防凍措施，從汽包水位取樣管汽側(cè)和水側(cè)并列處開始共同保溫直到變送器箱，并確保伴熱設(shè)施對(duì)正負(fù)壓側(cè)儀表管的伴熱均勻，任何情況下不會(huì)引起介質(zhì)產(chǎn)生溫差。

3.2 DCS系統(tǒng)組態(tài)方面

根據(jù)雙室平衡容器的原理結(jié)構(gòu)。DCS內(nèi)增加水位計(jì)算補(bǔ)償公式，對(duì)汽包壓力的補(bǔ)償進(jìn)行全程補(bǔ)償，消除汽包壓力變化影響帶來的附加誤差，即通過汽包壓力來推算出汽包內(nèi)飽和水和蒸汽密度，對(duì)差壓測量方式誤差進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，保證了水位測量準(zhǔn)確性。

4 某化工單位鍋爐汽包液位的控制情況

4.1 鍋爐及汽包液位概況

某化工單位的公用工程共有三套型號(hào)為UG-130/9．8-M5，生產(chǎn)能力為130t/h的循環(huán)流化床鍋爐。一般開2備1，汽包壓力一般為9．82～9．83MPA，用來驅(qū)動(dòng)蒸汽透平的9．82MPa蒸汽，并網(wǎng)壓力9．MPA，蒸汽量211T/H(開倆臺(tái))，經(jīng)減溫減壓后，4．0MPA蒸汽驅(qū)動(dòng)倆臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，供精餾工序再沸器使用的0．8MPa熱源蒸汽。

4.2 汽包液位控制調(diào)節(jié)

4.2.1 控制調(diào)節(jié)原理

某化工單位循環(huán)流化床鍋爐為了得到可靠的汽包液位信號(hào)，系統(tǒng)配置了三套液位測量裝置，三個(gè)信號(hào)采用取中的方式自動(dòng)選擇，液位輸出值為三選中，當(dāng)壞掉一臺(tái)后自動(dòng)過濾壞值，取剩余二臺(tái)的平均值，液位為三選二聯(lián)鎖(跳車值COMP LI6304A-COMP LI6304B-COMP LI6304C-(低限-250高限250))，邏輯圖見組態(tài)圖汽包液位取值。現(xiàn)場液位變送器為橫河的EJA110AEMS5A-97DB/NS1/G71，雙室平衡；液位實(shí)測值，見圖2，3臺(tái)液位補(bǔ)償后在DCS上輸出值為LI6304A-40=COMP LI6304A

LI6304B-50=COMP LI6304B

LI6304C-25=COMP LI6304C

實(shí)際輸出值(LD_6304)最后在這三個(gè)值中取中，如出現(xiàn)壞值則取剩余倆者平均值。三塊表量程設(shè)置(-300mm～+300mm；-150/150為高低報(bào)；-250/250為高低跳車值)

給水流量的測量與液位測量一樣(FICQ-6309)，也是三取中。

蒸汽流量的測量分為汽輪機(jī)入口流量和旁路流量之和，汽輪機(jī)入口流量測量為三取中的方式(FICQ6312)，因此一個(gè)蒸汽流量的測量配置三套測量裝置(見圖3)。

4.2.2 調(diào)節(jié)環(huán)境條件

①液位投自動(dòng)，主回路透串級(jí)”CND塊”編程語言如。下：LICA-630A/PID1/MODE．ACTUAL=AUTOand(-/PID/)MODE．ACTULL’=CAS/AO-LIMIT．CV=*/pid//OUT/AIAO-LIMIT

②(NOALLLBAD)液位沒全壞。

③CND汽包壓力好。

④蒸汽壓力正常、蒸汽溫度正常、蒸汽流量正常、給水流量正常(見圖4)。

⑤鍋爐負(fù)荷＞50T每小時(shí)；液位值正常液位范圍；標(biāo)準(zhǔn)液位為汽包中心線下150mm處，標(biāo)準(zhǔn)線上50mm處為最高安全液位，標(biāo)準(zhǔn)線下50mm為最低安全液位“作差”絕對(duì)值在150范圍內(nèi)(見圖5)。

⑥MTF(鍋爐聯(lián)鎖系統(tǒng))，無指令輸出(見圖6)。

⑦閥門現(xiàn)場反饋開度和操作開度＜10%(見圖7)。

4.2.3 汽包開停工時(shí)液位控制

鍋爐開工加熱初始階段。爐水逐漸受熱、膨脹、使液位升高。通過排污口，將管線內(nèi)沖洗下來的雜質(zhì)排出，鍋爐水初步循環(huán)起來。鍋爐停工降溫末期，爐水逐漸冷卻、降凝、使液位降低，注意補(bǔ)水。加熱爐逐步升溫階段。汽包汽壓、汽溫升高，排汽量增大，應(yīng)根據(jù)汽包液位的變及時(shí)補(bǔ)充給水。

汽包水位儀表投自動(dòng)。投之前相關(guān)工藝人員需要判別，當(dāng)鍋爐負(fù)荷＞70T/H(儀表聯(lián)鎖設(shè)置是50T/H)，且鍋爐并網(wǎng)，一般蒸汽壓力8．5MPA時(shí)，蒸汽溫度510度左右，準(zhǔn)備投自動(dòng)。

4.2.4 生產(chǎn)正常時(shí)液位控制

鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，汽包液位利用三沖量控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整。液位發(fā)生異常時(shí)，結(jié)合相關(guān)參數(shù)，及時(shí)判斷出故障原因。

4.3 液位控制問題與解決方法

(1)汽包液位控制中均壓管斷裂，造成負(fù)壓取樣管取到的壓力正好為下降管處的壓力，變送器差壓增大，水位比實(shí)際偏低，停機(jī)后重新焊接后正常。

(2)拌熱問題。冬季取樣管需要鋪設(shè)拌熱，并且要進(jìn)行保溫處理，正負(fù)壓側(cè)由于拌熱不均勻，導(dǎo)致取樣管內(nèi)水密度改變，造成汽包水位有偏差。采取的措施：將正負(fù)壓側(cè)取樣管伴熱的長度保持一樣，并采取環(huán)繞同時(shí)包裹兩根取樣管，盡量減少由于伴熱帶引起的誤差。

5 結(jié)語

鍋爐汽包液位控制的好壞關(guān)系到工藝安全穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的大問題。某化工單位的汽包液位控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行液位信號(hào)的精確檢測和自動(dòng)調(diào)節(jié)，基本滿足工程需要。

通過汽包水位測量偏差問題分析和采取一些技術(shù)措施，提高鍋爐裝置上汽包液位測量精度的效果明顯。從而我們可以看到，目前使用的不同測量原理的汽包水位計(jì)，有各式各樣的原因會(huì)引起測量偏差，通過努力可以減少測量偏差，但由于測量環(huán)境條件變化、測量原理上的差異和工藝狀況與運(yùn)行方式不同而造成的誤差不可避免，因此汽包水位測量出現(xiàn)偏差時(shí)，需要工藝和儀表維護(hù)人員共同分析產(chǎn)生偏差的原因?qū)⑵浣鉀Q，使水位測量偏差控制在允許范圍之內(nèi)。對(duì)以上講述產(chǎn)生水位偏差的原因，也可幫助我們儀表維護(hù)人員在解決偏差問題時(shí)借鑒參考。

[1]宋佳音.預(yù)測控制在鍋爐汽包水位控制中的應(yīng)用[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2008,6.

[3]張樂.鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].SCIENCEamp;TECHNOLOGYIN FORMATION,2008,19:42-43.