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)

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力裝置中影響鍋爐正常操作的一個關(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)備嚴重損壞；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)，嚴重時會造成干鍋事故。

為使鍋爐汽包液位穩(wěn)定在合理的區(qū)間內(nèi)，必須對鍋爐汽包液位進行準確的自動調(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汽包液位進行反饋性調(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，可以儲存一定的水和蒸汽，并提供過熱器飽和蒸汽。標準液位為汽包中心線下150mm處，標準線上50mm處為最高安全液位，標準線下50mm為最低安全液位，當液位偏離標準線75mm時應(yīng)及時采用緊急措施。

某化工單位130T/H鍋爐系統(tǒng)配套三臺給水泵。兩臺是各自容量為60%額定給水流量的汽動泵，一臺容量為總?cè)萘?5%的電動給水泵。當機組負荷低于30%額定負荷時，電動給水泵運行。當機組負荷大于30%額定負荷時，運行汽動給水泵，給水泵的啟動和停止操作由機組自啟停程序控制。

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信號，能夠自動調(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)。為了對鍋爐汽包液位進行準確的測量與控制，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，機組參數(shù)存在時變性，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高，我們往往比較注意冷態(tài)的核對與修正，而對熱態(tài)的標高位置較少去關(guān)心。實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，會出現(xiàn)冷態(tài)修正一致的標高，而在熱態(tài)時發(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)補償公式不正確

圖3

DCS內(nèi)水位計算公式本身存在錯誤，當汽包壓力變化范圍較大時，對汽包壓力的補償不是全程，而是采用多段折線方式進行，因此在消除汽包壓力變化影響方面會存在一定的附加誤差。

圖4

圖5

圖6

圖7

2.4 儀表校驗引入的誤差

汽包水位測量使用的是高靜壓低差壓變送器，因此儀表校驗時，只要膜盒中有殘積的水，其結(jié)果會帶來附加的誤差。如校驗人員在現(xiàn)場校驗水位變送器中未將變送器膜盒內(nèi)的積水清理干凈就會發(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顯示的水柱值不僅低于鍋爐汽包內(nèi)的實際水位，而且受汽包內(nèi)的壓力、水位、壓力變化速率以及水位計環(huán)境條件等諸多因素影響，水位計顯示值和汽包內(nèi)實際水位間不是一個確定的、一一對應(yīng)的關(guān)系，而這一偏差在汽包零水位時可達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

對參比水柱的管道進行不正確的保溫后，將改變原來確定的溫度補償關(guān)系，使得參比水柱的平均溫度難以設(shè)定。因此，從水位補償計算的要求，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)冰的一項措施，如果由于儀表管路鋪設(shè)不規(guī)范，正壓負壓側(cè)上管的發(fā)熱量不一致時，引起高低壓側(cè)儀表管內(nèi)ρa不同，在冬季也會對水位的正確測量產(chǎn)生影響。

2.7 排污閥內(nèi)漏

由于汽包水位量程較小，稍有泄漏就會影響測量結(jié)果。因此排污閥內(nèi)漏是影響水位測量準確性的一個因素。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，就會造成水位信號虛高或虛低。如果安裝時儀表管管路太長，焊接口較多，易產(chǎn)生故障的點也相對較多，所以汽包水位變送器盡可能就地布置。

3 汽包水位測量準確性提高措施

3.1 水位取樣裝置與管路安裝方面

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

(2)汽、水側(cè)取樣閥門使用二個截止閥串聯(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)施對正負壓側(cè)儀表管的伴熱均勻，任何情況下不會引起介質(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)增加水位計算補償公式，對汽包壓力的補償進行全程補償，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，對差壓測量方式誤差進行補償計算，保證了水位測量準確性。

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)動蒸汽透平的9．82MPa蒸汽，并網(wǎng)壓力9．MPA，蒸汽量211T/H(開倆臺)，經(jīng)減溫減壓后，4．0MPA蒸汽驅(qū)動倆臺汽輪發(fā)電機，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，系統(tǒng)配置了三套液位測量裝置，三個信號采用取中的方式自動選擇，液位輸出值為三選中，當壞掉一臺后自動過濾壞值，取剩余二臺的平均值，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?，F(xiàn)場液位變送器為橫河的EJA110AEMS5A-97DB/NS1/G71，雙室平衡；液位實測值，見圖2，3臺液位補償后在DCS上輸出值為LI6304A-40=COMP LI6304A

LI6304B-50=COMP LI6304B

LI6304C-25=COMP LI6304C

實際輸出值(LD_6304)最后在這三個值中取中，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；-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入口流量和旁路流量之和，汽輪機入口流量測量為三取中的方式(FICQ6312)，因此一個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，主回路透串級”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鍋爐負荷＞50T每小時；液位值正常液位范圍；標準液位為汽包中心線下150mm處，標準線上50mm處為最高安全液位，標準線下50mm為最低安全液位“作差”絕對值在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)汽包液位的變及時補充給水。

汽包水位儀表投自動。投之前相關(guān)工藝人員需要判別，當鍋爐負荷＞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，蒸汽溫度510度左右，準備投自動。

4.2.4 生產(chǎn)正常時液位控制

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

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，水位比實際偏低，停機后重新焊接后正常。

(2)拌熱問題。冬季取樣管需要鋪設(shè)拌熱，并且要進行保溫處理，正負壓側(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：將正負壓側(cè)取樣管伴熱的長度保持一樣，并采取環(huán)繞同時包裹兩根取樣管，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)能夠進行液位信號的精確檢測和自動調(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，有各式各樣的原因會引起測量偏差，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，需要工藝和儀表維護人員共同分析產(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)。對以上講述產(chǎn)生水位偏差的原因，也可幫助我們儀表維護人員在解決偏差問題時借鑒參考。

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