基于壓力和液位傳感器的自動(dòng)化鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任艷君，李云松，李修云

1.重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶 401520 2.重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 400037

0 引言

鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學(xué)能、電能、高溫?zé)煔獾臒崮艿刃问?，而?jīng)過(guò)鍋爐轉(zhuǎn)換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或者有機(jī)熱載。普遍使用的鍋爐以產(chǎn)高溫蒸汽為主。

蒸汽鍋爐是具有高溫、高壓的熱能設(shè)備，是特種設(shè)備之一，在工礦企業(yè)等廣泛使用，是進(jìn)行余熱回收的主要形式，由于具有高溫高壓，其性質(zhì)危險(xiǎn)而又特殊。一旦發(fā)生事故，涉及公共安全，特別是對(duì)于工業(yè)鍋爐來(lái)說(shuō)，發(fā)生事故后會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)的正常運(yùn)行，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

現(xiàn)有技術(shù)中，鍋爐的安全附件常用的有壓力表、安全閥和液位計(jì)，操作工根據(jù)其參數(shù)進(jìn)行操作。當(dāng)壓力超壓后，安全閥起跳，放出高壓，保證鍋爐安全。實(shí)際上，鍋爐屬于連續(xù)運(yùn)行設(shè)備，僅憑操作人員的操作進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)節(jié)，很難確保不出現(xiàn)因操作失誤或者疏忽出現(xiàn)的安全事故。特別是對(duì)壓力波動(dòng)較大的系統(tǒng)中，更是容易出現(xiàn)安全事故。特別是鍋爐超壓后，由于安全閥屬于機(jī)械動(dòng)作，長(zhǎng)時(shí)間不跳會(huì)出現(xiàn)工作不靈敏的狀況，不能確保鍋爐的正常運(yùn)行。而且，根據(jù)安全操作規(guī)程，安全閥起跳一次即應(yīng)該重新效驗(yàn)并安裝，也就導(dǎo)致了工作量的增加，提高運(yùn)行成本。

1 基于安全性能的自動(dòng)化鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鑒于以上情況，我們可以設(shè)計(jì)一種基于壓力和液位傳感器的新型自動(dòng)化鍋爐系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)及原理示意圖如圖1 所示。該系統(tǒng)由自動(dòng)化鍋爐安全系統(tǒng)、供水泵控制單元、溫度傳感器和報(bào)警單元4 個(gè)部分組成。通過(guò)設(shè)置壓力和液位傳感器，并通過(guò)PLC 自動(dòng)控制單元控制相關(guān)電磁閥，能夠自動(dòng)根據(jù)鍋爐內(nèi)液位及蒸汽壓力的大小調(diào)整進(jìn)出水和放空量，保證鍋爐內(nèi)液位避免過(guò)高或者干燒，保證鍋爐不超壓，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免出現(xiàn)安全事故。同時(shí)，可降低安全閥負(fù)荷，避免頻繁起跳及校驗(yàn)。

1.1 自動(dòng)化鍋爐安全系統(tǒng)

設(shè)置于鍋爐中的液位傳感器用于檢測(cè)鍋爐液位；壓力傳感器用于檢測(cè)鍋爐內(nèi)蒸汽壓力，通常設(shè)置于靠近鍋爐蒸汽出口附近。鍋爐進(jìn)水電磁閥設(shè)置于進(jìn)水口處，用于控制進(jìn)水量。鍋爐放空電磁閥設(shè)置于鍋爐蒸汽放空管路，用于控制鍋爐的蒸汽壓力。PLC 自動(dòng)控制單元，用于接收液位傳感器和壓力傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)，并向鍋爐進(jìn)水電磁閥的控制電路及鍋爐放空電磁閥的控制電路發(fā)出命令信號(hào)。此外，鍋爐上還設(shè)置安全閥，當(dāng)自動(dòng)化安全系統(tǒng)失靈時(shí)，安全閥起到最終的防爆作用。

1.2 供水泵控制單元

磁流變離合器連接于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力輸出軸與供水泵泵軸之間，用于傳動(dòng)或斷開(kāi)傳動(dòng)鏈，同時(shí)，磁流變離合器的控制電路連接于PLC 自動(dòng)控制單元，并接受其控制命令。回流管路電磁閥設(shè)置于供水泵出口管路和進(jìn)口管路之間的回流管路上，其控制電路連接于PLC 自動(dòng)控制單元，并接受其控制命令。泵出口壓力傳感器設(shè)置于供水泵出口管路，用于檢測(cè)供水泵出口壓力并傳輸至PLC 自動(dòng)控制單元。當(dāng)鍋爐內(nèi)液位過(guò)高，通過(guò)鍋爐進(jìn)水電磁閥調(diào)節(jié)進(jìn)水量。如果鍋爐內(nèi)壓力過(guò)高，供水泵負(fù)荷超出設(shè)計(jì)能力時(shí)，則回流管路電磁閥打開(kāi)，降低出口壓力，避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)燒毀，同時(shí)，PLC 自動(dòng)控制單元發(fā)出命令，切斷磁流變離合器，確保驅(qū)動(dòng)電機(jī)不超負(fù)荷運(yùn)行，避免電機(jī)燒毀，保證系統(tǒng)安全。值得一提的是，磁流變離合器的磁流變介質(zhì)為磁流變脂，因此，不會(huì)出現(xiàn)沉積和銹蝕的現(xiàn)象，可延長(zhǎng)其使用壽命。

1.3 溫度傳感器

設(shè)置于鍋爐蒸汽相附近的溫度傳感器，用于檢測(cè)鍋爐內(nèi)蒸汽溫度并傳輸至PLC 自動(dòng)控制單元。其作用是根據(jù)溫度參數(shù)，調(diào)整鍋爐放空及燃燒狀態(tài)，進(jìn)一步保證其安全運(yùn)行。

1.4 報(bào)警單元

PLC 自動(dòng)控制單元的命令輸出端連接于報(bào)警單元，報(bào)警單元可以是聲報(bào)警、光報(bào)警或聲光報(bào)警，在發(fā)生超壓、超溫或液位異常時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，避免由于電磁閥運(yùn)行不暢，導(dǎo)致安全事故。

2 結(jié)論

通過(guò)以上分析，該系統(tǒng)提高了鍋爐的安全性能，能夠自動(dòng)根據(jù)鍋爐內(nèi)液位及蒸汽壓力的大小調(diào)整進(jìn)出水和放空量，可盡量避免出現(xiàn)安全事故。

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