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鍋爐汽包液位計的一體化多功能汽包水位測量

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一:對象背景簡介

  冶煉行業余熱發電車間一般有余熱鍋爐4-5臺,分別對應4-5臺精煉轉爐,利用轉爐在火法冶煉的過程中產生的余熱煙氣對鍋爐加熱而進行發電、產汽,余熱鍋爐在冶煉廠整個生產中產生了非常重要的作用。

  鍋爐汽包水位是鍋爐安全運行的重要指標,是一個非常重要的檢測和被控變量。維持鍋爐汽包水位在一定范圍內是保證鍋爐安全運行的要條件,液位過高會使蒸汽帶水過多,汽水分離效果差,使后續的過熱器管壁結垢,傳熱效率下降,過熱蒸汽溫度下降,嚴重時將影響蒸汽品質下降,影響生產和安全;液位過低又將破壞部分水冷壁的水循環,引起水冷壁局部過熱而損壞,嚴重時會發生鍋爐爆炸。因此,在鍋爐運行過程中,保證鍋爐汽包水位在正常范圍內是非常重要的,使得鍋爐汽包水位的檢測非常重要。

二:實際使用中存在問題

  鍋爐汽包水位計測量一直存在問題,主要原因是余熱鍋爐是對應轉爐加熱用的,當轉爐開動初期,需要的蒸汽熱量特別大,瞬間就會產生給水高值;但此時的鍋爐本體溫度上升較緩慢,滿足轉爐生產的過程中存在熱值反應延遲的過程,致使汽水分離效果差,使后續的過熱器管壁結垢,傳熱效率下降,過熱蒸汽溫度下降,嚴重時將影響蒸汽品質下降,影響生產和安全存在虛假水位現象,故障率高,維護工作量大。但當轉爐熱值滿足之后,又會產生鍋爐本體的溫度不能馬上降下來,此時鍋爐的給水量又根據鍋爐蒸汽流量的變小而急劇變小,這時又產生了鍋爐的本體溫度下降緩慢的延遲過程,使得鍋爐的汽包水位急劇下降,汽包水位中的蒸汽含量太大,容易造成破壞部分水冷壁的水循環,引起水冷壁局部過熱而損壞,嚴重時會發生鍋爐爆炸。余熱發電車間的幾種不同方式的水位測量方法不能統一一致、差別大,使得操作工和維護工程師有時無法操作和維護,給生產和安全帶來了大的隱患。大冶有色冶煉廠余熱發電車間主要采用以下三種方式來測量汽包液位進行遠傳,均不能有效的解決現場實際生產中鍋爐汽包水位滿足生產的過程。

2.1電接點液位計主要問題是電接點在長期使用過程中,易受腐蝕和結構現象,主要原因是在轉爐投運期間,鍋爐的蒸汽加熱需求量特別大,瞬間鍋爐的給水調節閥開度較大,致使給水流量非常大;但鍋爐的溫度瞬間增大反應較慢,這時容易產生汽水分離效果不佳的情況,特別容易造成誤動作,形成虛假水位,現場控制室的操作人員也不明白到底哪個是準確的水位。

2.2差壓變送器主要問題是差壓變送器離鍋爐較近,雙室平衡器的冷凝效果不佳,此種液位測量方式采用的是間接的物理量壓力差方式測量,特別容易受鍋爐汽包內壓力和蒸汽量變化影響,而且經常需要校正零點和量程,在生產過程中其不方便,且維護工作量太多,所以此種測量方式的不確定因素和工作量都不能滿足生產和安全需求。

2.3電容式液位計主要問題是電容式液位計在使用過程中,電容測量板容易受水質結構影響,且鍋爐在運行過程中,蒸汽量和溫度及壓力隨轉爐生產的變化時刻都是變化的,且水和汽的混合體的介電常數也是時刻變化的,采用人工補償的方式不能從根本上消除,非常容易造成虛假水位現象。另外電容式液位計的工作周期很長,實際工作周期大于0.5S,而鍋爐水位在隨轉爐生產過程中的變化周期非常快,周期遠小于0.5S,所以電容式液位計從根本上不能跟隨鍋爐水位變化,非常容易產生虛假水位和誤動作,所以此種測量方式的弊端也不能滿足生產和安全需求。

三:解決辦法

  現針對冶煉行業余熱發電車間鍋爐汽包水位存在的種種困難,為保證鍋爐能安全、正常的運行,我公司結合大量經驗和現場實際使用的情況特提出以下解決辦法:

3.1以現場玻璃管液位計為基準(法定且必須的鍋爐汽包液位檢測辦法之一),增加視頻監控和遠傳顯示功能,滿足控制內時刻在線看得到鍋爐汽包水位的真實情況。

3.2取消電接點液位計改成磁致伸鍋爐汽包液位計,滿足現場磁翻板指示同時帶遠傳控制功能。同時增加高位、地位報警功能。

3.3取消差壓鍋爐汽包液位計改成智能導波雷達液位計,對應直接輸出4-20MA+HART信號到控制室進行控制。

3.4以上三種測量方式以玻璃管為基準,達到三者完全同步;同時控制內操作人員也能直觀觀察出鍋爐汽包水位情況,控制系統也能接受真實有效的數據,三者之間在純物理量水位形成冗余互備,同時在控制遠傳這塊也形成取樣監督、數據冗余;完全反應鍋爐真實的汽包水位,以保證高效、安全的生產。

四:一體化多功能汽包水位測量產品介紹

4.1就地指示功能

  汽包液位計的就地指示功能主要是根據磁耦合作用原理和浮力原理來實現液位或界位的檢測。在非磁性腔體內(外浮筒),裝有一個磁性浮子,該浮子始終懸浮于液面或界面上,浮子的位置隨汽包液位的變化而同步改變。浮筒外連著一個指示器,該指示器為一真空密封玻璃管,內裝有磁飛標或磁翻板指示器,與腔體內的浮子通過磁耦合作用相互吸引并同步變化,指示出腔體內浮子的相應位置,即液面或界面的高度,從而實現液位或界位的同步指示。

4.2遠傳控制功能

  汽包液位計的遠傳控制功能主要是利用磁致伸縮原理、通過兩個不同磁場相交產生一個應變脈沖信號來準確地測量位置的。測量元件是一根波導管,波導管內的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測量過程是由傳感器的電子室內產生電流脈沖,該電流脈沖在波導管內傳輸,從而在波導管外產生一個圓周磁場,當該磁場和套在波導管上作為位置變化的活動磁環產生的磁場相交時,由于磁致伸縮的作用,波導管內會產生一個應變機械波脈沖信號,這個應變機械波脈沖信號以固定的聲音速度傳輸,并很快被電子室所檢測到。由于這個應變機械波脈沖信號在波導管內的傳輸時間和活動磁環與電子室之間的距離成正比,通過測量時間,就可以高度精確地確定這個距離。由于輸出信號是一個真正的絕對值,而不是比例的或放大處理的信號,所以不存在信號漂移或變值的情況,更無需定期重標。

4.3高低液位報警功能

  汽包液位計的高低液位報警功能主要是利用磁性感應原理在測量浮筒的上高報警點、下低報警點安裝磁性開關,來檢測浮子的定位。當浮子到達低位點,磁性開關的磁場檢測到浮子的磁場時,產生一個固定強大的機械波脈沖波信號,磁性開關電路發出控制指令,判別為液位低報警;當浮子到達高位點,磁性開關的磁場檢測到浮子的磁場時,產生一個固定強大的機械波脈沖波信號,磁性開關電路發出控制指令,判別為液位高報警。

4.4視頻監控記錄功能

  汽包液位計的視頻監控功能主要是通過工業級高清數字攝像頭,就地把純物理量的磁翻板指示器的數據直接讀到控制盒中,同時控制盒記錄、儲存數據并遠傳到中央控制的顯示器。

4.5鍋爐給水綜合擴展控制功能

  汽包水位計控制盒通過鍋爐的給水量、蒸汽流量、鍋爐溫度等參數,形成多變量模糊控制方式,在鍋爐掉電、停泵等突發性事故中,時刻保證鍋爐的安全。


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