祝鹏

(上海焦化有限公司,上海 200241)

浅谈化工企业锅炉汽包液位控制

祝鹏

(上海焦化有限公司,上海 200241)

本文以某化工单位循环流化床锅炉为案例,分析了锅炉汽包液位的调节控制作用,阐述了汽包液位的工作条件、影响汽包运行的各种因素。

锅炉汽包 液位控制 仪表

锅炉汽包的液位是化工厂动力装置中影响锅炉正常操作的一个关键的热工参数。汽包液位过高，影响汽水分离，使蒸汽带水过多，不仅降低蒸汽质量与产汽效率；还损坏了汽水分离装置，使设备严重损坏；如果汽包液位过低，则水汽化速度快，水量消耗快，影响锅炉的汽水循环，严重时会造成干锅事故。

为使锅炉汽包液位稳定在合理的区间内，必须对锅炉汽包液位进行准确的自动调节，使给水量适应锅炉的蒸汽量，生产上常使用汽包液位检测仪表对汽包液位进行反馈性调节控制。

1 汽包液位的调节控制

1.1 液位控制调节系统(如图1)

汽包由筒身和封头组成，汽包接收省煤器来的给水，与下降管、水冷壁、引出管组成闭合的水循环回路，可以储存一定的水和蒸汽，并提供过热器饱和蒸汽。标准液位为汽包中心线下150mm处，标准线上50mm处为最高安全液位，标准线下50mm为最低安全液位，当液位偏离标准线75mm时应及时采用紧急措施。

某化工单位130T/H锅炉系统配套三台给水泵。两台是各自容量为60%额定给水流量的汽动泵，一台容量为总容量35%的电动给水泵。当机组负荷低于30%额定负荷时，电动给水泵运行。当机组负荷大于30%额定负荷时，运行汽动给水泵，给水泵的启动和停止操作由机组自启停程序控制。

1.2 液位控制要求

(1)三冲量控制系统。三冲量控制系统将汽包液位、蒸汽流量和给水流量作为三个信号，能够自动调节给水流量跟踪锅炉的蒸发量，精度高，使汽包液位保持在工艺允许的范围内。

(2)PID控制系统。为了对锅炉汽包液位进行准确的测量与控制，需要克服蒸发量、燃料量、给水侧等扰动因素的影响。由于企业生产操作现场环境复杂，机组参数存在时变性，所以PID控制策略的控制精度受到限制。

图1 汽包液位工艺图

图2 DCS计算块图

2 仪表汽包水位的测量偏差

2.1 水位取样装置的安装位置影响

锅炉汽包水位取样装置的标高，我们往往比较注意冷态的核对与修正，而对热态的标高位置较少去关心。实际上由于取样管路的长度不一，环境温度的不同，特别是有的平衡容器没有固定支架，这将导致连通管1：100的倾斜角度无法控制，会出现冷态修正一致的标高，而在热态时发生不同的偏离，甚至在热应力作用下改变倾斜方向，使平衡容器无法形成足够稳定的两相流，导致平衡容器内温度过低，影响测量结果。

2.2 参比水柱密度受环境温度影响

双室平衡容器引出管内水温陡度的存在和环境温度的变化，引起参比水柱密度变化的不确定性，是造成测量示值偏差的主要原因。在不保温情况下，平衡容室下的参比水柱仪表管必定存在温降，此温度分布受汽包内参数和冷凝罐外环境温度的影响，使参比侧的水密度总是处于一种变化的状态，因此其测量误差是不恒定的。

2.3 DCS内补偿公式不正确

图3

DCS内水位计算公式本身存在错误，当汽包压力变化范围较大时，对汽包压力的补偿不是全程，而是采用多段折线方式进行，因此在消除汽包压力变化影响方面会存在一定的附加误差。

图4

图5

图6

图7

2.4 仪表校验引入的误差

汽包水位测量使用的是高静压低差压变送器，因此仪表校验时，只要膜盒中有残积的水，其结果会带来附加的误差。如校验人员在现场校验水位变送器中未将变送器膜盒内的积水清理干净就会发生上述情况。

2.5 连通管式原理测量误差

基于联通管式原理的汽包水位计显示的水柱值不仅低于锅炉汽包内的实际水位，而且受汽包内的压力、水位、压力变化速率以及水位计环境条件等诸多因素影响，水位计显示值和汽包内实际水位间不是一个确定的、一一对应的关系，而这一偏差在汽包零水位时可达50～200mm，水位越高测量筒散热越多水位误差就越大，反之误差减小。

2.6 保温影响

对参比水柱的管道进行不正确的保温后，将改变原来确定的温度补偿关系，使得参比水柱的平均温度难以设定。因此，从水位补偿计算的要求，参比水柱的管道应该裸露在环境温度中，即从平衡容器以下至水侧取样孔高度的管道不得施加伴热或者保温。引到差压变送器的两根取样管则应平行敷设并共同保温，这是为了使两根取样管内的介质具有相同的温度和相同的重度，不产生附加的差压误差。

某化工单位蒸汽伴热是冬季防止汽包水位测量管路结冰的一项措施，如果由于仪表管路铺设不规范，正压负压侧上管的发热量不一致时，引起高低压侧仪表管内ρa不同，在冬季也会对水位的正确测量产生影响。

2.7 排污阀内漏

由于汽包水位量程较小，稍有泄漏就会影响测量结果。因此排污阀内漏是影响水位测量准确性的一个因素。因此除要重视汽包水位变送器排污阀的质量外，排污阀还应为两个阀串联安装，以提高可靠性。

2.8 测量管路泄漏

仪表引压管由于焊接处沙眼或裂缝，就会造成水位信号虚高或虚低。如果安装时仪表管管路太长，焊接口较多，易产生故障的点也相对较多，所以汽包水位变送器尽可能就地布置。

3 汽包水位测量准确性提高措施

3.1 水位取样装置与管路安装方面

(1)每个水位取样装置采用独立的取样孔。为了保护和控制的各汽包水位测量，均全程独立配置。

(2)汽、水侧取样阀门使用二个截止阀串联且使其门杆处于水平位置安装(防止积水或积汽)。连接变送器的正压侧取样管从平衡容器低于汽侧取样管的侧面引出，按15度倾斜角向下延长后，再向下引伸，到变送器的距离为3米。排污阀选用了二个串联，防止导压管泄漏。

(3)汽包水位的汽、水侧取样管、阀门均保温，双室平衡容器正压取样管亦保温，引到差压变送器的两根仪表管平行敷设。采取防冻措施，从汽包水位取样管汽侧和水侧并列处开始共同保温直到变送器箱，并确保伴热设施对正负压侧仪表管的伴热均匀，任何情况下不会引起介质产生温差。

3.2 DCS系统组态方面

根据双室平衡容器的原理结构。DCS内增加水位计算补偿公式，对汽包压力的补偿进行全程补偿，消除汽包压力变化影响带来的附加误差，即通过汽包压力来推算出汽包内饱和水和蒸汽密度，对差压测量方式误差进行补偿计算，保证了水位测量准确性。

4 某化工单位锅炉汽包液位的控制情况

4.1 锅炉及汽包液位概况

某化工单位的公用工程共有三套型号为UG-130/9．8-M5，生产能力为130t/h的循环流化床锅炉。一般开2备1，汽包压力一般为9．82～9．83MPA，用来驱动蒸汽透平的9．82MPa蒸汽，并网压力9．MPA，蒸汽量211T/H(开俩台)，经减温减压后，4．0MPA蒸汽驱动俩台汽轮发电机，供精馏工序再沸器使用的0．8MPa热源蒸汽。

4.2 汽包液位控制调节

4.2.1 控制调节原理

某化工单位循环流化床锅炉为了得到可靠的汽包液位信号，系统配置了三套液位测量装置，三个信号采用取中的方式自动选择，液位输出值为三选中，当坏掉一台后自动过滤坏值，取剩余二台的平均值，液位为三选二联锁(跳车值COMP LI6304A-COMP LI6304B-COMP LI6304C-(低限-250高限250))，逻辑图见组态图汽包液位取值。现场液位变送器为横河的EJA110AEMS5A-97DB/NS1/G71，双室平衡；液位实测值，见图2，3台液位补偿后在DCS上输出值为LI6304A-40=COMP LI6304A

LI6304B-50=COMP LI6304B

LI6304C-25=COMP LI6304C

实际输出值(LD_6304)最后在这三个值中取中，如出现坏值则取剩余俩者平均值。三块表量程设置(-300mm～+300mm；-150/150为高低报；-250/250为高低跳车值)

给水流量的测量与液位测量一样(FICQ-6309)，也是三取中。

蒸汽流量的测量分为汽轮机入口流量和旁路流量之和，汽轮机入口流量测量为三取中的方式(FICQ6312)，因此一个蒸汽流量的测量配置三套测量装置(见图3)。

4.2.2 调节环境条件

①液位投自动，主回路透串级”CND块”编程语言如。下：LICA-630A/PID1/MODE．ACTUAL=AUTOand(-/PID/)MODE．ACTULL’=CAS/AO-LIMIT．CV=*/pid//OUT/AIAO-LIMIT

②(NOALLLBAD)液位没全坏。

③CND汽包压力好。

④蒸汽压力正常、蒸汽温度正常、蒸汽流量正常、给水流量正常(见图4)。

⑤锅炉负荷＞50T每小时；液位值正常液位范围；标准液位为汽包中心线下150mm处，标准线上50mm处为最高安全液位，标准线下50mm为最低安全液位“作差”绝对值在150范围内(见图5)。

⑥MTF(锅炉联锁系统)，无指令输出(见图6)。

⑦阀门现场反馈开度和操作开度＜10%(见图7)。

4.2.3 汽包开停工时液位控制

锅炉开工加热初始阶段。炉水逐渐受热、膨胀、使液位升高。通过排污口，将管线内冲洗下来的杂质排出，锅炉水初步循环起来。锅炉停工降温末期，炉水逐渐冷却、降凝、使液位降低，注意补水。加热炉逐步升温阶段。汽包汽压、汽温升高，排汽量增大，应根据汽包液位的变及时补充给水。

汽包水位仪表投自动。投之前相关工艺人员需要判别，当锅炉负荷＞70T/H(仪表联锁设置是50T/H)，且锅炉并网，一般蒸汽压力8．5MPA时，蒸汽温度510度左右，准备投自动。

4.2.4 生产正常时液位控制

锅炉正常运行时，汽包液位利用三冲量控制系统自动调整。液位发生异常时，结合相关参数，及时判断出故障原因。

4.3 液位控制问题与解决方法

(1)汽包液位控制中均压管断裂，造成负压取样管取到的压力正好为下降管处的压力，变送器差压增大，水位比实际偏低，停机后重新焊接后正常。

(2)拌热问题。冬季取样管需要铺设拌热，并且要进行保温处理，正负压侧由于拌热不均匀，导致取样管内水密度改变，造成汽包水位有偏差。采取的措施：将正负压侧取样管伴热的长度保持一样，并采取环绕同时包裹两根取样管，尽量减少由于伴热带引起的误差。

5 结语

锅炉汽包液位控制的好坏关系到工艺安全稳定、优质生产的大问题。某化工单位的汽包液位控制系统能够进行液位信号的精确检测和自动调节，基本满足工程需要。

通过汽包水位测量偏差问题分析和采取一些技术措施，提高锅炉装置上汽包液位测量精度的效果明显。从而我们可以看到，目前使用的不同测量原理的汽包水位计，有各式各样的原因会引起测量偏差，通过努力可以减少测量偏差，但由于测量环境条件变化、测量原理上的差异和工艺状况与运行方式不同而造成的误差不可避免，因此汽包水位测量出现偏差时，需要工艺和仪表维护人员共同分析产生偏差的原因将其解决，使水位测量偏差控制在允许范围之内。对以上讲述产生水位偏差的原因，也可帮助我们仪表维护人员在解决偏差问题时借鉴参考。

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