一、工藝控制要求介紹

<1>主要工藝指標(biāo)。工業(yè)鍋爐汽包水位高度，關(guān)系著汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量，也是確保安全生產(chǎn)的重要參數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代的鍋爐要向蒸發(fā)量大，汽包容積相對減小的方向發(fā)展。這樣，要使鍋爐的蒸發(fā)量隨時(shí)適應(yīng)負(fù)荷設(shè)備的需要量，這就要求控制鍋爐汽包水位適應(yīng)汽包蒸發(fā)量。鍋爐汽包液位是表征生產(chǎn)過程的主要工藝指標(biāo)，同時(shí)，也是保證鍋爐安全運(yùn)行的主要條件之一。液位過高，使蒸汽品質(zhì)產(chǎn)生帶液現(xiàn)象，不僅降低了蒸汽的產(chǎn)量和質(zhì)量品質(zhì)，而且還會(huì)使過熱氣結(jié)垢，或使汽輪機(jī)的葉片損壞，當(dāng)液位過低時(shí)，輕則影響水蒸汽平衡，重則燒干鍋爐。嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鍋爐爆炸，直接危及生產(chǎn)人員的人身安全造成重大設(shè)備等事故。因此，汽包液位必須采取自動(dòng)調(diào)節(jié)。鍋爐汽包液位控制的好壞是直接制約生產(chǎn)工藝安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)生產(chǎn)的一大“瓶頸”問題。

<2>沖量的概念及具體含義：所謂“沖量”實(shí)際就是“變量”，多沖量控制中“沖量”，是指引入系統(tǒng)的測量信號(hào)，在鍋爐控制系統(tǒng)當(dāng)中，三沖量是指汽包液位，蒸汽流量和給水流量三個(gè)測量信號(hào)，其中，汽包液位是主要沖量。

<3>引入三沖量的主要原因：單沖量控制系統(tǒng)被調(diào)量為汽包液位，操作變量為鍋爐給水量。當(dāng)液位下降時(shí)，開大給水調(diào)節(jié)閥，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)，使液位上升，直至平衡為止。但系統(tǒng)簡單，投資少，容易實(shí)現(xiàn)。但是，當(dāng)蒸汽用汽量突然增加時(shí)，此時(shí)汽包中蒸發(fā)量大于給水量，液位會(huì)下降。但由于蒸汽流量階躍增加，汽包中壓力減小，汽水循環(huán)管路中水的汽化強(qiáng)度加大，蒸發(fā)面以下汽包容積增大，致使液位有虛假上升趨勢，引起調(diào)節(jié)器誤動(dòng)作，本應(yīng)開大給水調(diào)節(jié)閥然而卻關(guān)小。只有經(jīng)過一段時(shí)間，當(dāng)汽水混合物中汽包容積與負(fù)荷相適應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定后，液位才反應(yīng)出不平衡而開始下降，液位波動(dòng)范圍很大，可能會(huì)超過工藝允許的范圍。為了克服因蒸汽量變化產(chǎn)生的虛假液位引起的誤動(dòng)作引入雙沖量控制系統(tǒng)，雙沖量控制系統(tǒng)可以及時(shí)消除虛假液位引的對調(diào)節(jié)影響，當(dāng)蒸汽量變化時(shí)，就有一個(gè)使給水量與蒸發(fā)量同變化的控制信號(hào)，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的變化，但雙沖量控制系統(tǒng)也有不足之處，不能及時(shí)反映給水側(cè)得擾動(dòng)。三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)有三個(gè)輸入信號(hào)，汽包液位、蒸汽流量和給水流量三個(gè)測量信號(hào)。其中蒸汽流量信號(hào)作為系統(tǒng)的前饋信號(hào)。當(dāng)外界負(fù)荷要求改變時(shí)，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)提前動(dòng)作，及時(shí)有效地克服蒸汽流量波動(dòng)對汽包液位的影響，并有效地克服“虛假液位”現(xiàn)象引起控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作；利用串級控制系統(tǒng)副回路克服干擾快速性來及時(shí)地克服給水壓力變化對汽包液位的影響。而汽包信號(hào)是被控變量，是反映鍋爐工作狀態(tài)的主要指標(biāo)，也是保證鍋爐安全運(yùn)行的必要指標(biāo)。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

<1>系統(tǒng)控制方框圖，鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)圖和調(diào)節(jié)器正反作用的確定。

在確定調(diào)節(jié)器閥為氣關(guān)的前提下，按單回路控制系統(tǒng)，可以確定閥為正作用。汽包液位和給水流量增加都需要關(guān)小調(diào)節(jié)閥，即對閥位的動(dòng)作方向要求是一致的，故LC是反作用。

<2>鍋爐給水調(diào)節(jié)對象的特點(diǎn)。

(1)無自恒能力

從水位是反映汽包內(nèi)儲(chǔ)水量多少的觀看點(diǎn)，它是無自平恒能力的單容性對象。因?yàn)閮?chǔ)水量的變化量由給水量和蒸汽流量的變化而引起的，既由物質(zhì)的流入量和流出量的不平恒所造成的。而當(dāng)水位發(fā)生變化后其系統(tǒng)對給水量和蒸氣量影響甚小，可略而不計(jì)。因此，是一個(gè)無自平恒能力的對象。

（2）水位除取決于物質(zhì)平恒條件外，還決定于熱量平恒條件。就是說水位是汽包中儲(chǔ)水量和水下面下氣泡體積的反映。因此水位不僅受儲(chǔ)水量變化的影響，而且也受氣泡體積變化的影響。在穩(wěn)定平恒的條件下為常數(shù)。但是只要給水量、蒸汽流出量，爐膛燃燒氣量中無論哪個(gè)量變化，都將引起氣泡體積的變化，從而影響水位的變化。

（3）當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，汽包中的水位動(dòng)態(tài)特性具有特殊的形式；當(dāng)耗汽量突然增加時(shí)，汽水混合物中氣泡體積也迅速增加，水位不僅沒有下降反而迅速上升，稱為“虛假水位”現(xiàn)象。當(dāng)汽水混合物的體積已與負(fù)荷相降。經(jīng)過TS時(shí)間后，水位回到原始值。并繼續(xù)等速下降、TS是由于“虛假水位”所造成的時(shí)滯。TS的大小決定于鍋爐的特性。

（3）鍋爐三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成

根據(jù)鍋爐給水調(diào)節(jié)的被調(diào)對象特點(diǎn)。組成由主調(diào)節(jié)器回路和副調(diào)節(jié)器構(gòu)成的三沖量水位信號(hào)。即汽包液位，它用來克服各種擾動(dòng)，維持主被調(diào)節(jié)量（水位）的給定值。屬于定值調(diào)節(jié)，主調(diào)節(jié)器的輸出值與前信號(hào)（蒸汽流量）相加，作為副調(diào)節(jié)器的外給定值信號(hào)。

副調(diào)節(jié)器，它的測量信號(hào)是輔助沖量（給水流量），副調(diào)節(jié)器的作用是用來消除副回路擾動(dòng)的，如水壓與因素引起的給水量的變化，其作用是保證主被調(diào)節(jié)量水的穩(wěn)定。

蒸汽流量信號(hào)是當(dāng)作前饋信號(hào)引入的，在主調(diào)節(jié)器運(yùn)算輸出后加入的，其作用是當(dāng)蒸汽流量突然變化時(shí)，主被調(diào)量水位還沒有偏離給定值時(shí)就提高發(fā)出信號(hào)改變給水調(diào)節(jié)閥的開度，以保證水位不變的特性。這種作用屬前饋?zhàn)饔?，速下降，這時(shí)調(diào)節(jié)器得到這個(gè)信號(hào)后就行成前饋環(huán)節(jié)。

三、鍋爐三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制原理及調(diào)節(jié)過程

原理：三沖量控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來說，是一個(gè)帶有前饋信號(hào)的串級控制系統(tǒng)，液位控制器LC與流量控制器FC構(gòu)成串級控制系統(tǒng)。汽包液位是主變量，給水量是副變量。副變量的引入使系統(tǒng)對給水壓力的波動(dòng)有較強(qiáng)的客服能力。蒸汽流量的波動(dòng)是引起汽包液位變化的因素，是干擾作用，蒸汽波動(dòng)時(shí)，通過引入FC，使給水流量依相應(yīng)的變化，所以這是按干擾進(jìn)行控制的，是把蒸汽流量信號(hào)作為前饋引入控制的。

調(diào)節(jié)過程：根據(jù)串級控制系統(tǒng)選擇主、副控制器的正、反作用的原則，水位控制器LC反作用選反作用，流量控制器FC為正作用，調(diào)節(jié)器為氣關(guān)閥。當(dāng)水位由于擾動(dòng)而升高時(shí)，因LC反作用，它的輸出下降，進(jìn)入加法器后，使FC給定值減小而輸出增加，調(diào)節(jié)閥的開度減小，給水流量減小，水位下降，保持在設(shè)定值上，當(dāng)蒸汽流量增加時(shí)，保FC給定值增加而輸出減小，調(diào)節(jié)閥的開度增加，給水流量增加，保持水蒸氣平恒，使水位不變，副回路克服給水自身的擾動(dòng)，要進(jìn)一步地穩(wěn)定了水位的自動(dòng)控制；給水流量增加，F(xiàn)C輸出增加，調(diào)節(jié)閥的開度減小，給水量減小，從而保持水蒸氣平恒。

四、常見故障和處理措施

常見故障是出現(xiàn)“虛假液位”現(xiàn)象時(shí)，容易燒干鍋爐。此時(shí),儀表維護(hù)人員應(yīng)該檢查、測量汽包液位的真實(shí)性，做相應(yīng)的處理；調(diào)節(jié)閥線性不好，出現(xiàn)DCS控制室調(diào)節(jié)閥的輸出信號(hào)和現(xiàn)場閥位水位開度對不上，儀表維護(hù)人員應(yīng)聯(lián)系好工藝，辦好檢修票的同時(shí)，在現(xiàn)場進(jìn)行多次校驗(yàn)，至到合格為止；蒸汽流量突然波動(dòng)，F(xiàn)C來不及進(jìn)行相應(yīng)的變化，及時(shí)的按干擾量進(jìn)行控制，應(yīng)該檢查FC水位PID參數(shù)是否設(shè)的合適。此外，應(yīng)該經(jīng)常檢查LC、FC調(diào)節(jié)器的正反作用是否設(shè)的合適，有無更改過等，如有，根據(jù)工藝和安全要求，進(jìn)行合理修改；在進(jìn)行停車檢修后，現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥的作用方式是氣關(guān)或氣開，設(shè)定是否更改過？是否滿足工藝安全生產(chǎn)要求等。

五、注意事項(xiàng)和改進(jìn)方法

在實(shí)際維護(hù)中，由于蒸汽流量的波動(dòng)，對汽包液位的影響，調(diào)節(jié)不及時(shí)，常常出現(xiàn)“虛假現(xiàn)象”現(xiàn)象，造成操作人員判斷容易燒干鍋爐，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鍋爐爆炸等事故。

根據(jù)工藝操作法，嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行精心操作，串級回路一定要要投自動(dòng)，不允許進(jìn)行手動(dòng)操作。

改進(jìn)方法：除了儀表維護(hù)人員加強(qiáng)巡檢外，對汽包液位可在增加一臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙冗余，防止汽包液位表壞，工藝操作人員僅靠汽包壓力調(diào)節(jié)控制閥容易做出誤判斷，容易燒干鍋爐，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致鍋爐爆炸等事故。

六、結(jié)論

通過生產(chǎn)工藝現(xiàn)場應(yīng)用來看，它改變了過去由運(yùn)行人員手動(dòng)操作調(diào)節(jié)閥的功能，它控制鍋爐汽包水位比較穩(wěn)定，減少了由于人為操作失誤，而造成的汽包水位忽高忽低，增加了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性，安全性，經(jīng)濟(jì)性。大大減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了良好的效果和效益。

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