锅炉汽包水位的测量与控制

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1、化工自动化及仪表第38卷锅炉汽包水位的测量与控制魏庆韪(中国五环工程有限公司，武汉430223)摘要介绍了采用双室平衡容器测量锅炉水位的方法与原理，阐述其补偿系统的建立方法和汽包水位控制的3种方案。关键词锅炉汽包水位测量补偿系统三冲量控制方案中图分类号TH7文献标识码A文章编号1000—3932(2011)11—1334-03汽包水位是锅炉及其控制系统中最重要的参数之一¨1，锅炉正常运行时，汽包水位会直接影响蒸汽的品质和锅炉的安全，当水位过低且负荷很大时汽包内的汽化速度很快，液体会全部汽化，可能导致锅炉烧干甚至引起爆炸；水位过高时会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液现

2、象，降低蒸汽的质量和产量，严重时会损坏后续设备。为保证锅炉安全、有效地运行，需控制汽包水位在稳定值范围内，而控制好汽包水位的前提条件是对汽包水位进行准确的测量。笔者结合云天化水富煤代气技改项目甲醇装置中的汽包仪表设计，阐述锅炉汽包水位的温度补偿型双室平衡容器测量原理和3种控制方案。1温度补偿型双室平衡容器测量原理双室平衡容器套筒(图1)的内部分为汽侧凝结水室和水侧水室，两个水室在容器内不相通，汽侧凝结水室与平衡容器汽侧的采样管相通，水侧水室与平衡容器水侧的采样管相通，其结构如图2所示。正常情况下，汽侧凝结水室里的蒸汽遇冷凝结成水聚集在变送器的正压表管内，凝结水变正1

3、C1匦●_：葡i!量主要由被测容器的压力和正压表管的温度决定。由于表管包在平衡容器套筒里，因此温度从上到下的分布规律基本一定，一般取平均温度。另外，测量要求正压表管内的水位为满度(恒定)，这样就可以利用正压表管与平衡容器水侧采样管内的水位差来测量锅炉内的液位了。汽包0位图2双室平衡容器尺寸关系目前，锅炉汽包液位的测量大多采用温度补偿型双室平衡容器测量原理设计的仪表。根据图2列出下式：△P=P+-p一(1)=p。gL—p。g[￡一(ho+^)]一P。g(h+ho)变换式(1)可得：^=L一^。一志(2)式中h——水位，m；△p——压差，Pa；P。，P。——饱和水、饱和

4、蒸汽的密度，kg／m3；g——重力加速度，9．8m／s2。图1双室平衡容器的结构收稿日期：201lm7．20(修改稿)第11期魏庆韪．锅炉汽包水位的测量与控制2双室平衡容器原理的缺陷双室平衡容器原理虽然能较准确地测量锅炉的水位，但是它还存在以下问题：a．平衡容器的温度远低于汽包的温度，故负压管的水面比汽包水面低，因此会产生测量误差；b．平衡容器向外散热，正、负压容器中的水温由上至下逐渐降低且温度分布不确定，P。和p。的数值很难确定；C．当汽包压力变化时P。和P。随之变化，导致其指示产生较大误差，随着压力的降低，饱和水和饱和蒸汽的密度差增大，由于双室内平衡容器的结构尺

5、寸￡总是大于水位h，因此输出△p相应增大，差压水位计的指示偏低。由于介质密度的变化造成双室平衡容器原理不能精确测量锅炉汽包液位，必须采取补偿措施消除密度变化对汽包水位测量的影响，笔者采用了压力补偿方式。3水位测量的压力补偿水富甲醇合成汽包蒸汽的操作温度为225—250。C，操作压力为2．5—4．0MPa(G)，为了简化压力与密度之间的关系方程式，根据《水和水蒸气的密度》表B1，在饱和压力为1．0～5．0MPa时，选定11组不同压力下的饱和水和饱和蒸汽的密度值，对P，一p。作函数曲线(图3)。图3密度与压力函数曲线将函数曲线回归成密度随压力变化关系的补偿公式：p．一P

6、。=一29．774p。+898．202(3)式中p。——汽包内饱和蒸汽的压力测量值，MPa。由式(2)可知未补偿的汽包水位，将式(3)代入式(2)，则有：^=￡一_Il。一i_二互石_亨亍耳；?：1丽(4)即引入汽包压力的测量值对液位进行密度补偿计算，完成对汽包液位的密度补偿。4汽包水位控制方案4．1传统控制方案的缺陷汽包水位的控制手段归根结底就是控制给水，传统的单冲量(汽包水位)和双冲量(汽包水位和蒸汽流量)控制系统本身都有不可克服的缺陷。对于单冲量控制系统，当蒸汽负荷突然增大时，由于出现了假水位，控制器不但不能开大给水阀增加给水量，反而作了关小控制阀的动作，减少

7、了给水量。假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而减少，水位严重下降，波动很厉害甚至会使汽包水位降到危险程度，以致发生事故。双冲量控制系统在单冲量控制系统的基础上引入了蒸汽流量信号，蒸汽流量起校正作用，纠正假水位引起的误动作，使控制阀的动作十分及时，从而减少水位的波动。但双冲量控制系统有两个缺陷：控制阀的工作特性不一定呈线性，要做到静态补偿比较困难；对于给水系统的干扰仍不能克服㈨。4．2改进后的三冲量控制方案在水富煤代气技改项目甲醇装置的汽包液位控制中，采用了改进后的三冲量控制系统，该控制系统是在双冲量控制系统的基础上引入给水流量信号，先将水位、蒸汽流量和给水流