锅炉汽包液位的三冲量控制系统

魏方合

(河南煤业化工集团鹤壁煤电股份有限公司化工分公司，河南鹤壁 458000)

锅炉汽包液位的三冲量控制系统

魏方合

(河南煤业化工集团鹤壁煤电股份有限公司化工分公司，河南鹤壁 458000)

主要就锅炉工艺控制要求、三冲量控制系统原理、运行过程中的仪表故障处理、注意事项以及改进方法做简单概述。

锅炉;汽包;三冲量;控制系统

锅炉汽包液位是表征生产过程中的主要工艺指标，维持汽包水位是保持汽机和锅炉安全运行的重要条件，锅炉汽包液位控制的好与坏是制约工艺安全、稳定、长周期、满负荷、优质生产的一大“瓶颈”，我公司在汽包液位控制系统主要采用了三冲量汽包液位控制系统。

1 锅炉工艺控制要求

锅炉汽包液位是表征生产过程中的主要工艺指标，液位过高，会影响汽水分离的效果，产生蒸汽带液现象，极易造成锅炉和汽轮机设备受损;液位过低，会影响汽水循环，严重时，甚至会使加热水管局部受热，导致严重事故。锅炉液位自动控制若采用单冲量单回路控制系统难以达到满意的效果，采用汽包液位和蒸汽流量的双冲量控制，当给水压力本身发生变化时，双冲量控制也难以克服，因此引入三冲量控制系统。三冲量控制系统有单回路三冲量控制系统和前馈加串级反馈的三冲量控制系统，综合工艺要求，我公司锅炉汽包控制系统中，采用的是前馈加串级反馈三冲量控制系统。三冲量主要是指汽包液位、蒸汽流量和给水流量三个测量信号，其中锅炉液位，是控制中的主要冲量。

2 三冲量控制系统原理及仪表选型

三冲量控制系统从冲量控制系统和结构上来说，是一个带有前馈信号的串级控制系统，液位控制器LC83201与给水流量控制器FC83203构成串级控制系统，汽包液位LIA83201是主变量、给水流量FI83203是副变量，副变量的引入使系统对给水压力的波动有较强的克服能力，给水流量是水位串级系统的副环，副环对给水流量的及时、有效控制，可以大大提高水位控制的质量;蒸汽流量FI83208的波动是引起汽包液位LIA83201变化的因素，是干扰作用，蒸汽波动时，通过引入FC83203，使给水流量FIA2101作相应的变化，把蒸汽流量信号作为前馈信号引入控制系统，这样蒸汽负荷的改变能自动改变给水流量，不需要等到液位产生偏差之后再校正，有利于汽包液位的控制。前馈加串级反馈的三冲量控制系统示意图和框图如图1所示。

图1 三冲量控制系统示意图

三冲量控制系统调节过程：根据串级控制系统选择主、副控制器的正、反作用的原则，水位控制器LC83201选反作用，流量控制器FC为正作用，调节器为反作用。当水位由于扰动而升高时，因LC83201反作用，它的输出下降，进入加法器后，使FC83203给定值减小而输出增加，调节阀的开度减小，给水流量FA83203减小，水位下降，保持在设定值上;当蒸汽流量FAQ83208增加时，FC83203给定值增加而输出减小，调节阀的开度增加，给水流量增加，保持水蒸气平衡，使水位上升。

给水流量是水位串级系统的副回路，副回路克服给水自身的扰动，进一步稳定了水位的自动控制，给水流量FI83203增加，FC83203输出增加，调节阀的开度减小，给水量减小，从而保持水蒸气平衡。

图2 三冲量控制系统方框图

根据工艺对锅炉汽包液位的控制要求，该三冲量控制系统选用仪表主要包括如下：①汽包液位：采用差压变送器;汽包水位信号采用三取中，并经过汽包压力补偿;②给水流量：节流装置采用喷嘴角式取压，变送器采用日本EJA差压流量变送器并采用给水温度补偿;③蒸汽流量：节流装置采用喷嘴角式取压，变送器采用日本EJA差压流量变送器，采用过热器出口联箱蒸汽压力以及主汽温度补偿;④给水调节阀：采用直通阀;⑤水质分析：电导率分析仪(μS/cm)带有温度补偿。

3 运行过程中的仪表故障及处理

在运行过程中，常见故障主要有以下几点。第一是出现“假液位”现象，容易烧干锅炉，或造成跳车，此时，仪表维护人员应该检查、测量汽包液位LIA83201的真实性，做相应的处理;第二是蒸汽流量FAQ83208突然波动，FC83203来不及进行作相应的变化，及时的按干扰量进行控制，此时应该应该检查FC83203的PID参数是否设的合适;第三是调节阀线性不好，出现DCS控制室调节阀的输出信号和现场阀位的开度对不上，仪表维护人员应联系好工艺，办好检修票的同时，在现场进行多次校验，至到合格为止。

4 注意事项及技改措施

在实际维护中，当锅炉气包的负荷突然增大，汽包内压力突然下降，这时汽包内的水急剧气化，出现大量气泡，形成了虚假液位，由于蒸汽流量FAQ83208波动对汽包液位LIA83201的影响，若调节不及时，常常出现“假液位”现象，造成操作人员误判断，容易烧干锅炉，严重时还可能导致锅炉爆炸等事故。因此工艺操作人员要严格按照工艺流程精心操作，串级回路一定要投自动，绝不允许按照个人习惯进行手动操作;在开车初期，采用低负荷调节阀来进行调节，当锅炉主汽流量大于30%时，低负荷调节阀将禁止投自动;当锅炉主汽流量小于20%时，主给水阀将禁止投自动。任何时候，主给水阀和低负荷给水阀只能有一路可以投入自动，维持汽包水位;在三冲量控制时，如果汽包水位，给水流量、主汽流量任一有质量问题，主给水调节阀切至手动。

技改措施：第一，汽包液位测量由于设计和设备供货问题，浮筒供货测量范围为0～985 mm，但是实际测量范围为0～670 mm，通过对浮筒测量量程进行迁移，理论上可以实现精确测量，但是由于安装不合规范，蒸汽侧取压口低于浮筒上限取压口。开车初期波动大，通过对浮筒设备进行整改，另开取压口，将浮筒量程范围改为0～670 mm。开车使用至今，浮筒改造非常成功。第二，主给水调节阀由于仪表风进气口设计为1/4/¢8，在运行过程中，发现动作太慢，通过改进进气口，改进了主给水调节阀的正常开关速度，保证了工艺的正常运行。

TQ082

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1003-3467(2012)06/08-0041-02

2012-03-03

魏方合(1983-)，男，从事化工自动控制工作，电话：15139288007。