基于压力和液位传感器的自动化锅炉系统设计

2013-08-15任艳君李云松李修云

科技传播 2013年9期

任艳君，李云松，李修云

1.重庆工商职业学院，重庆 401520 2.重庆工程职业技术学院，重庆 400037

0 引言

锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或者有机热载。普遍使用的锅炉以产高温蒸汽为主。

蒸汽锅炉是具有高温、高压的热能设备，是特种设备之一，在工矿企业等广泛使用，是进行余热回收的主要形式，由于具有高温高压，其性质危险而又特殊。一旦发生事故，涉及公共安全，特别是对于工业锅炉来说，发生事故后会影响整个生产的正常运行，造成较大的经济损失。

现有技术中，锅炉的安全附件常用的有压力表、安全阀和液位计，操作工根据其参数进行操作。当压力超压后，安全阀起跳，放出高压，保证锅炉安全。实际上，锅炉属于连续运行设备，仅凭操作人员的操作进行检测和调节，很难确保不出现因操作失误或者疏忽出现的安全事故。特别是对压力波动较大的系统中，更是容易出现安全事故。特别是锅炉超压后，由于安全阀属于机械动作，长时间不跳会出现工作不灵敏的状况，不能确保锅炉的正常运行。而且，根据安全操作规程，安全阀起跳一次即应该重新效验并安装，也就导致了工作量的增加，提高运行成本。

1 基于安全性能的自动化锅炉系统设计

鉴于以上情况，我们可以设计一种基于压力和液位传感器的新型自动化锅炉系统，其结构及原理示意图如图1 所示。该系统由自动化锅炉安全系统、供水泵控制单元、温度传感器和报警单元4 个部分组成。通过设置压力和液位传感器，并通过PLC 自动控制单元控制相关电磁阀，能够自动根据锅炉内液位及蒸汽压力的大小调整进出水和放空量，保证锅炉内液位避免过高或者干烧，保证锅炉不超压，减轻操作者的劳动强度，避免出现安全事故。同时，可降低安全阀负荷，避免频繁起跳及校验。

1.1 自动化锅炉安全系统

设置于锅炉中的液位传感器用于检测锅炉液位；压力传感器用于检测锅炉内蒸汽压力，通常设置于靠近锅炉蒸汽出口附近。锅炉进水电磁阀设置于进水口处，用于控制进水量。锅炉放空电磁阀设置于锅炉蒸汽放空管路，用于控制锅炉的蒸汽压力。PLC 自动控制单元，用于接收液位传感器和压力传感器的数据信号，并向锅炉进水电磁阀的控制电路及锅炉放空电磁阀的控制电路发出命令信号。此外，锅炉上还设置安全阀，当自动化安全系统失灵时，安全阀起到最终的防爆作用。

1.2 供水泵控制单元

磁流变离合器连接于驱动电机的动力输出轴与供水泵泵轴之间，用于传动或断开传动链，同时，磁流变离合器的控制电路连接于PLC 自动控制单元，并接受其控制命令。回流管路电磁阀设置于供水泵出口管路和进口管路之间的回流管路上，其控制电路连接于PLC 自动控制单元，并接受其控制命令。泵出口压力传感器设置于供水泵出口管路，用于检测供水泵出口压力并传输至PLC 自动控制单元。当锅炉内液位过高，通过锅炉进水电磁阀调节进水量。如果锅炉内压力过高，供水泵负荷超出设计能力时，则回流管路电磁阀打开，降低出口压力，避免驱动电机烧毁，同时，PLC 自动控制单元发出命令，切断磁流变离合器，确保驱动电机不超负荷运行，避免电机烧毁，保证系统安全。值得一提的是，磁流变离合器的磁流变介质为磁流变脂，因此，不会出现沉积和锈蚀的现象，可延长其使用寿命。