过程控制仪表课程设计1

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1、过程控制仪表课程设计题目：锅炉汽包水位控制系统学生姓名：刘永涛班级：自动化073班学号：20074460310指导老师：高飞燕，唐耀庚2010年12月25日1：系统简介锅炉是石油、化工、发电等工业企业必不可少的重要动力设备。它既是为工业生产各部门提供动力的关键设备，又是为工业生产各部门提供热源的关键设备。因此，为了安全的生产，就必须确保锅炉的安全运行，而对锅炉的相应控制是达到这一目的的有效手段。1.1汽包水位控制的重要性锅炉汽包水位是确保安全生产和提高优质蒸汽的重要变量。尤其是对于大型锅炉，其蒸发量明显要

2、高，汽包容积相对较小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者缺水，甚至造成干锅。前者将使蒸汽带水，影响蒸汽的品质，且长期运行会使过热器结垢；后者会引起锅炉爆炸的危险。因此，汽包的水位必须严格控制在规定范围内。1.2锅炉水位变化的主要干扰因素锅炉汽包水位的主要干扰因素有供水量的变化，蒸汽负荷量的变化及炉膛热负荷的变化。锅炉的汽包水位系统原理图如图1所示。图1：锅炉汽包水位控制系统原理图1.2.1给水流量对水位的干扰据图一分析，在平衡状态突然加大给水量，虽然给水量大于蒸发量，但由于温度较低的给水进入

3、水循环系统后，要从原有饱和汽水中吸取一部分热量，使得水面下汽包容积有所减少，进入水系统的水首先去填补汽水管路中汽包所让出的空间，只有当汽包容积不再变化时，水位才随给水量的增加呈线性上升。由上述分析，给水量扰动时，水位调节对象有一定的惯性与滞后。1.2.2蒸汽负荷对水位的干扰当蒸汽用户设备用气量突然增大，单从物料不平衡考虑，汽包中蒸发量大于给水量，但由于蒸汽负荷量突然增大时，汽包中压力减少，汽水循环管路中的汽化强度增加，蒸发而以下汽包容积增加，因而在蒸汽负荷量突然增大的起始瞬间，液位不会下降，反而上升。出现

4、“虚假液位”现象，只有当汽包容积与负荷相应达到稳定后，水位才能反映出物料的不平衡，开始下降。因此，蒸汽流量扰动时，非但没有自平衡能力，而且存在“虚假现象”，在控制系统的设计中必须予以考虑。1.2.3炉膛热负荷对水位的干扰当燃料量突然增大时，传给锅炉的热量必然增加，上升管中的蒸发强度增大，蒸发面下的汽包膨胀，使得液位上升，因而带来了蒸汽量及汽包压力的增加，但此时给水量并未增加，因此，这种液位变化也属于“虚假液位”。但是热负荷由蒸汽压力控制系统来保证，因而它的影响是次要的。1.3锅炉汽包水位控制系统及使用范围

5、目前较为成熟的锅炉汽包水位控制方案中有单冲量水位控制系统，双冲量水位控制系统及三冲量水位控制系统。锅炉水位的控制方案应根据锅炉系统的具体情况选择。1.3.1单冲量水位控制系统单冲量水位控制系统是典型的单回路调节系统，由被控对象，测量变送单元，调节器和执行器组成，通过给水流量调节汽包液位，这里指的单冲量即汽包液位。其控制方案如图2所示。图2：单冲量水位控制系统1.3.2双冲量水位控制系统双冲量水位控制系统是在单冲量水位控制的基础上，将蒸汽流量作为前馈信号引入控制系统，这样就可消除“虚假现象”对调节系统的不良

6、影响，从而改善调节特性，提高调节质量，且投资增加不多，其控制方案如图3所示图3：双冲量水位控制系统该控制方案依旧存在不能及时反映给水流量对水位调节的干扰，因此双冲量水位控制适用于负荷变化较频繁的小型低压锅炉，而不适用于给水母管压力经常有波动的锅炉系统。1.3.3三冲量水位控制系统一般情况下锅炉容量越大，汽包的相对水位容量就越小，允许的水位波动越小，如果给水中断，就可能在极短的时间内发生危险水位，这就要求水位的控制必须能够及时的反映给水流量对水位的干扰。为此，在双水位控制的基础上再引进一个给水流量变化的信号

7、进行控制，就构成所谓的三冲量水位控制系统，其控制方案如图4所示。图4：三冲量水位控制系统该系统中，汽包水位是被控量，是主冲量信号，而蒸汽流量和给水流量是2个辅助冲量信号，通过2个辅助冲量的引入，既克服了“虚假现象”对控制质量的影响，又能及时反映出给水量对水位的干扰，克服了控制过程中的滞后现象。因此，对于大中型高中压锅炉采用三冲量水位控制系统较为适宜。1.4锅炉汽包水位控制应注意的几个问题从安全角度考虑，正确选择给水调节阀的气开，气闭形式。水位变送器若选用差压式，为使仪表与水位高低趋向一致，应考虑带负迁移机

8、构。引入蒸汽质量的反馈补偿，应注意前反馈放大系数不能过大，以便照顾到水位控制的要求。2：设计方案及仪表选型2.1设计方案从上面的分析可知，给水量扰动下水位响应过程具有纯延迟；负荷扰动下水位响应过程具有虚假水位现象；从反馈控制的思想出发，可以以水位信号作为被调量，给水流量作为调节量，构成单回路反馈系统（通常称为水位单冲量系统）。然而对于大量的大中型锅炉来说，因为耗气量改变所产生的虚假水位将引起给水调节机构的误动，致使汽包水位激烈