汽包液位控制

1 锅炉汽包水位控制系统介绍

1.1 系统概述

汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节, 使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性。但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为"逆响应特性"，即所谓的"虚假水位"，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。

1.2 系统控制目标值

控制目标值：汽包水位均匀量为：±220mm，水位控制在中间值，偏差≤±10mm 在仪表盘上使用原有的DDZ-Ⅲ操作器对水泵进行手动/自动调节控制。

1.3 系统控制模式

系统给水自动调节分为三种模式：

（1）单水位控制模式：只通过检测汽包水位来控制给水量

（2）双冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量，将蒸汽流量作为前馈信

号，与汽包水位组成前馈—反馈控制方式。

（3）三冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量、给水流量，将汽包水位作为主控编练个，给水流量作为辅助被控变量的串级控制系统与蒸汽流量作为前馈信号组成前馈—串级反馈控制方式。

在本系统中使用的是单水位控制模式，所有的仪表都选用电动Ⅲ型仪表，其工作原理是：变送器将有传感器采集到的信号转换成为4—20mA的电流信号f（t），与系统的给定值求差，产生一个误差信号e（t）送给调节器，调节器根据误差信号，产生一个控制信号u(t)，执行器接收到控制信号后，产生相应的动作（关小或者开大阀门），维持汽包水位的稳定。其控制方框图如图1所示。

图1 汽包水位控制系统结构方框图

2 仪表选型

2.1 变送器选型

2.1.1 HR-FT智能浮筒液位计简介

HR-FT系列浮筒液位计依据力平衡原理，采用最新的传感结构，使传感器和杠杆机构合二为一，可以直接测量浮筒在液体中受到的浮力，很好地解决了静压的影响，本仪器具有耐高温、耐高压的特点。为解决高温高也容器内的液位的测量提供了良好的方法。并且该仪器具有精度高、可靠性好、调整方便、测量范围广、经久耐用、性能价格比高等优点。广泛应用于石油、化工、电力、食品、水利、冶金、和污水处理等行业。该仪表符合二线制4—20mA传输协议，为用户提供了非常广泛的选择空间。另外该质量的电路及传感系统，保证了在各种应用场合的优良性能。

2.1.2 HR-FT智能浮筒液位计主要特点

（1）双行液晶显示，耐高温高压、抗振性能好、质量稳定、性能可靠。

（2）采用系列化设计，多种方式安装，实用面广，可安装于各种储罐和过程罐，各种常压罐和压力罐。

（3）智能化结构设计，具有参数设定、标校及故障提示功能。

（4）标准的二线制4—20mA输出，无需专用二次仪表，可与计算机联机。

（5）具有上下限报警功能，经触点放大后，可控制泵或其他连锁机构。

（6）具有温度补偿、软件修正、去零、中间点标校功能。

2.1.3 HR-FT智能浮筒液位计结构

HF-FT系列浮筒液位计有浮筒、指示器、和传感器三部分组成如图2所示：1为液晶指示器，2为传感器，3为浮筒。

图2 HF-FT系列浮筒液位计结构图

2.1.4 HR-FT智能浮筒液位计工作原理

如图3，仪表杠杆的末端吊有内筒，内筒所受到得福利F1随介质液（界面）变动而变化。力F1作用在杠杆1上，杠杆1在该力作用下，以轴封膜片为支点（轴封膜片一方面作为杠杆的支点，另一方面其密封作用）将力F1传递给F杠杆2，杠杆F2的另一端与称重传感器相连，传感器将位移检测片（衔铁）的位移S（杠杆2传递的力F2作用）转换成相应的电压信号（U AB）经过A/D转换器，微处理器，D/A转换器，信号输出电路，即完成变换过程。

图3 HF-FT 系列浮筒液位计传感器部分工作原理图

当S=δ/2时 U CD =e 2’-e 2’’=0 e 2’=e 2

’’ 当S<δ/2时 e 2’>e 2

’’ U CD 随着S 的减小而增大与U AB 同相 当S>δ/2时 e 2’

U CD 随着S 的增大而增大与U AB 反相

图4 HF-FT 系列浮筒液位计工作原理图

因为浮筒浸没在液体的高度与所受到的浮力成正比，因此，浮力变化通过传感器电压输出就变化成液体的高度，并通过A/D →CPU →D/A 转换成标准的4—20mA 电流输出，如图5所示。

图5 工作原理图

2.1.4 HR-FT智能浮筒液位计主要技术参数

测量范围：0.3—6m

精度等级：0.5、1.0

输出信号：4—20mA二线制

供电电压：12—36V DC

公称压力：最大16Mpa

工作温度：-40℃—300℃

300℃--600℃（加散热片）

介质密度：液位p≥0.4g/cm3

界位p1-p2≥0.1g/cm3

外壳材料：铸铝

连接法兰：内浮筒DN50 PN4.0，法兰标准DIN2501；外浮筒侧法兰，法兰标准DN40 PN4.0 ；主体法兰DN50 FN4.0 ，法兰标准DN2501。

电缆接口：M20×1.5（内螺纹）

防护等级：IP65

负载特性：最大负载电阻=50×（电源电压-12）欧姆=600欧姆

上、下限报警点输出形式：集电极开路形式，最大输入电流100mA，最大开关电压30V DC