鍋爐汽包液位計(jì)的優(yōu)化改造

王玲

摘 要：在焦化企業(yè)中廢熱鍋爐的主要功能是利用生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煤氣和煙氣剩余熱量來生產(chǎn)水蒸氣，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。為了確保鍋爐裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于儀表的應(yīng)用也越來越重視。本文結(jié)合自身多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鍋爐裝置中汽包液位計(jì)進(jìn)行了深入剖析，對(duì)九鑫焦化廠中傳統(tǒng)的差壓式液位變送器升級(jí)改造為低頻導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，經(jīng)實(shí)踐運(yùn)行監(jiān)測(cè)后，該液位計(jì)不僅測(cè)量精度高，運(yùn)行穩(wěn)定，而且有效確保了鍋爐的運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：廢熱鍋爐;汽包液位計(jì);導(dǎo)波雷達(dá);改造

0 引言

在焦化企業(yè)中鍋爐汽包液位的精準(zhǔn)測(cè)量及穩(wěn)定運(yùn)行是確保鍋爐運(yùn)行安全的重要前提。如果液位計(jì)的選型或者安裝存在問題，極易誘發(fā)很多安全事故，例如液位計(jì)的炸裂、高溫水汽外泄、液位計(jì)檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差較大甚至檢測(cè)失靈等。如果汽包的液位過高或發(fā)生劇烈的波動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致蒸汽品質(zhì)的下降和帶水，使得鍋爐受熱面發(fā)生結(jié)鹽現(xiàn)象，相反，如果汽包的液位過低會(huì)引起鍋爐水循環(huán)破壞，使水冷壁管的安全受到威脅，嚴(yán)重缺水處理不及時(shí)，會(huì)造成受熱面超溫爆管。因此，加強(qiáng)鍋爐汽包液位的監(jiān)測(cè)具有重要意義。

1 鍋爐汽包運(yùn)行概況

化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中通常會(huì)產(chǎn)生諸多產(chǎn)能的反應(yīng)進(jìn)而產(chǎn)生大量的熱量，如何對(duì)這些熱量進(jìn)行有效的利用以節(jié)約能源成本并帶來經(jīng)濟(jì)效益，是目前化工行業(yè)的重點(diǎn)研究課題。而廢熱鍋爐正是利用這些產(chǎn)生的剩余熱量并根據(jù)熱量等級(jí)來產(chǎn)生的不同壓力的蒸汽以供其他工程或設(shè)施進(jìn)行使用的設(shè)備。因此，鍋爐汽包水位的高低及波動(dòng)情況對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行有直接影響，如果選擇的液位計(jì)不合理或處理不當(dāng)不僅對(duì)鍋爐自身產(chǎn)生影響而且對(duì)工作人員的人身安全也構(gòu)成一定的威脅。所以，汽包水位的監(jiān)測(cè)對(duì)保證鍋爐的正常運(yùn)行其中重要作用，鍋爐與汽包之間具有一定的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，鍋爐給水在汽包內(nèi)部會(huì)不停地發(fā)生氣化沸騰現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致氣相與液相的接觸面形成水汽混合的劇烈沸騰狀況，產(chǎn)生虛假液位，這是汽包液位的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)和瓶頸。

2 傳統(tǒng)平衡容器式差壓液位計(jì)

2.1 平衡容器式差壓液位計(jì)的組成及工作原理

其中：H為汽包的液位;L為平衡容器的測(cè)量量程;ρ1為平衡容器內(nèi)凝結(jié)水的密度;ρ"為汽包內(nèi)飽和蒸氣的密度;ρ'為汽包內(nèi)飽和水的密度;P+為壓力變送器正端壓力;P-為壓力變送器負(fù)端壓力。

如圖1所示，平衡容器式差壓液位計(jì)主要由平衡容器、壓力信號(hào)導(dǎo)管以及差壓計(jì)三部分組成。其工作原理主要是通過對(duì)平衡器中的靜壓力與容器中的實(shí)際水位產(chǎn)生的靜壓力的壓力差值進(jìn)行測(cè)量，然后再利用差壓變送器將測(cè)量的差壓值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳輸?shù)紻CS進(jìn)行水位情況的監(jiān)測(cè)。

正壓管從平衡容器中引出，而負(fù)壓管是從密閉容器水側(cè)連通管中引出。針對(duì)單室平衡容器，當(dāng)水面的高度L一定時(shí)，水面增高時(shí)水就會(huì)通過汽側(cè)連通管溢流到密閉容器內(nèi);需要降低時(shí)，由蒸汽冷凝水進(jìn)行補(bǔ)充。所以當(dāng)平衡容器中的水密度一定時(shí)，正壓管的壓力值為定值，負(fù)壓管與密閉容器相連通輸出的壓力情況反映了容器中水位的變化情況。

2.2 傳統(tǒng)平衡容器式差壓液位計(jì)應(yīng)用中存在的缺陷

之前九鑫焦化廠鍋爐汽包液位計(jì)一直采用的是差壓式變送器，容器的正負(fù)取樣孔安裝帶法蘭的閥門，正壓側(cè)安裝單室平衡容器提供穩(wěn)定的參考遷移壓力值，負(fù)壓側(cè)根據(jù)水位高低提供變化的壓力。安裝管路長(zhǎng)，測(cè)量水位采用單室平衡容器儀表管內(nèi)凝結(jié)水傳遞信號(hào)。在長(zhǎng)期使用過程中經(jīng)常發(fā)生水介質(zhì)結(jié)晶、接頭生銹、閥門堵塞、內(nèi)漏等情況，更換工作時(shí)間也較長(zhǎng)。而且每次檢修之后在投運(yùn)前要對(duì)容器罐進(jìn)行加滿水才能確定儀表零點(diǎn)。因正壓側(cè)介質(zhì)是汽體，投入前汽體需要在單室平衡容器和較長(zhǎng)的儀表管內(nèi)冷卻成水，一方面?zhèn)鬟f介質(zhì)受環(huán)境影響，別一方面給儀表提供穩(wěn)定的壓力信號(hào)，時(shí)間較長(zhǎng)。運(yùn)行起來之后曲線波動(dòng)大的現(xiàn)象，容易造成鍋爐補(bǔ)水不穩(wěn)定，汽帶水現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重影響供汽質(zhì)量。因此，我們對(duì)傳統(tǒng)的平衡容器式差壓液位計(jì)改造為低頻導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。

3 低頻導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)

3.1 低頻導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的工作原理

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)主要是利用電磁波來進(jìn)行汽包液位測(cè)量的一種測(cè)量?jī)x器。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的工作方式主要是發(fā)射、接收兩個(gè)工作方式。其工作原理主要是利用自身攜帶的導(dǎo)波天線發(fā)射出低頻的電磁波，當(dāng)電磁波遇到液面以后，介電常數(shù)就會(huì)發(fā)生變化，致使探頭特性阻抗變化，進(jìn)而信號(hào)被反射回接收天線，儀表通過檢測(cè)出發(fā)射波及回波的時(shí)間差后，再經(jīng)過智能計(jì)算后最終測(cè)量出液位的高度。

3.2 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

九鑫焦化廠，所采用的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)采用的工頻脈沖信號(hào)為2GHz左右，較低的頻率設(shè)計(jì)可以使導(dǎo)播雷達(dá)在傳輸中更好的穿透蒸汽，其可以測(cè)量的范圍在導(dǎo)播桿（6m以內(nèi)）或纜（70m以上）以內(nèi)任意設(shè)定數(shù)值。因?yàn)槊}沖信號(hào)的傳播主要是通過導(dǎo)波桿進(jìn)行傳播的，所以，它不同于之前所使用的平衡容器式差壓液位計(jì)，它的性能不受空氣和凝結(jié)水所產(chǎn)生的影響。對(duì)于不同的測(cè)量介質(zhì)，介質(zhì)的導(dǎo)電性或介電常數(shù)越大導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的反射信號(hào)性能越好，所檢測(cè)的結(jié)果就越精確，因此，它在鍋爐汽包液位檢測(cè)中發(fā)揮著巨大作用。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，這種汽包液位計(jì)所檢測(cè)的結(jié)果也不是一點(diǎn)誤差也沒有，因?yàn)榘惭b在測(cè)量筒內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，上下引管的位置已經(jīng)局限了導(dǎo)播雷達(dá)的測(cè)量范圍，上下引管一般在1m以內(nèi)，控制的液位一般選取量程的中間位，基本都能滿足汽包測(cè)量的需求，因被測(cè)液體本身以及探頭的原因在檢測(cè)量程的上下兩部分區(qū)域都會(huì)存在一定的死區(qū)，在上下兩部分死區(qū)測(cè)量誤差會(huì)相對(duì)偏大一些，在實(shí)際應(yīng)用中把工況范圍控制在中間區(qū)間，會(huì)達(dá)到良好的應(yīng)用效果。

如圖2所示：上下引管間距1000mm，控制檢測(cè)液位選取了其中的600mm（-300mm至+300mm）。

低頻導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在鍋爐汽包測(cè)量中的主要優(yōu)點(diǎn)有：

①介質(zhì)的適應(yīng)能力廣：傳感器工作時(shí)與噪音、壓力、溫度波動(dòng)無關(guān)，而且也不受密度變化、起泡、蒸汽的影響。探頭或容器壁上的附著物也不影響測(cè)量。經(jīng)過微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，運(yùn)算速度快，測(cè)量精度高，信號(hào)傳輸穩(wěn)定，而且安裝方便。不會(huì)在冬季凍表現(xiàn)象發(fā)生;

②補(bǔ)償測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用：傳統(tǒng)的測(cè)量方式，液位會(huì)受到壓力，溫度的變化有相應(yīng)的誤差，導(dǎo)播雷達(dá)在大部分鍋爐汽包應(yīng)用中都可以把誤差控制在很小的范圍內(nèi)（3%左右）而不需要進(jìn)入控制系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，在溫度高于250度，壓力高于20Bar的應(yīng)用工況下，隨著導(dǎo)播雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，自帶補(bǔ)償運(yùn)算的功能加入，及導(dǎo)播雷達(dá)本身具備了參數(shù)調(diào)整功能，對(duì)測(cè)量的精度也完全滿足了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的需求;

③測(cè)量穩(wěn)定性、精度高：主流導(dǎo)播雷達(dá)測(cè)量精度已經(jīng)達(dá)到±1mm，在實(shí)際應(yīng)用中，受到介質(zhì)層面的泡沫，蒸汽濃度，液位進(jìn)出水位的波動(dòng)影響會(huì)有相應(yīng)誤差的放大，但實(shí)際的應(yīng)用效果已經(jīng)滿足了生產(chǎn)的需求，高穩(wěn)定性，可靠性也對(duì)安全生產(chǎn)有較大的幫助。

4 鍋爐汽包液位計(jì)對(duì)比效果分析

通過對(duì)兩種汽包液位計(jì)在我廠鍋爐中，進(jìn)行實(shí)踐監(jiān)測(cè)應(yīng)用后，可以看出圖3中采用的差壓式液位變送器，運(yùn)行起來之后曲線波動(dòng)大的現(xiàn)象，容易造成鍋爐補(bǔ)水不穩(wěn)定，汽帶水現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重影響供汽質(zhì)量。如圖4所示為改進(jìn)后的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行檢測(cè)，信號(hào)傳輸穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，運(yùn)行平穩(wěn)，波動(dòng)小，為鍋爐的正常運(yùn)行提供了保障，符合測(cè)量應(yīng)用要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鍋爐汽包液位計(jì)的選型和安裝對(duì)于汽包液位的檢測(cè)，確保鍋爐的安全運(yùn)行至關(guān)重要。本文通過對(duì)兩種汽包液位計(jì)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用分析后，可以得出經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)后的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在系統(tǒng)中的運(yùn)行更加穩(wěn)定，測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，抗干擾能力較強(qiáng)，且操作也相對(duì)方便安全，因此，該種汽包液位計(jì)能夠滿足我廠對(duì)于液位的測(cè)量應(yīng)用要求，是一種性價(jià)比較高的儀表，應(yīng)用前景十分廣泛。

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