(已结帖)2011-11-09-工控擂台-试分析锅炉汽包水位的虚假水位的原因，如何控制？ 点击：2973 | 回复：14
试分析锅炉汽包水位电控经常遇到的虚假水位产生的原因，如何控制？
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汽包虚假水位现象是汽包内处于饱和状态的水，因压力、温度、燃烧率等发生变化，造成水中的含汽率发生变化，最终引起水容积发生变化而产生的。因此引起虚假高水位的因素主要有：锅炉燃烧率增加、主蒸汽流量增加（汽机调门开大、汽机高低压旁路开大、锅炉安全门动作），汽包压力下降等；引起虚假低水位的因素主要有：锅炉燃烧率减少、主蒸汽流量减少（汽机调门关小、锅炉安全门回座、汽机高低压旁路关小）、汽包压力上升、给水温度下降等。运行中多种因素会同时出现，发生叠加或相抵，发生叠加时会使虚假现象加剧，严重时威胁机组安全运行。
虚假水位现象就是水位显示器，显示有正常水位。实际水位已经低于显示水位的现象。造成这个现象的原因是锅炉的水蒸气进入水位显示器里，正常操作应该每个班冲洗水位显示器，放掉显示器和管路里的气体
汽包炉控制水位的目的主要是控制循环倍率，
以避免出现蒸干及高热负荷区域的膜态沸腾；亚临界参数直流炉在转入纯直流状态后，会有一部分受热面内的介质是质量含汽量在0.8以上的双相介质，如果它进入高热负荷区或需要控制管间温差的膜式壁部位，就可能导致受热面变形；对于超临界锅炉，控制高比热区的工作区域也是避免过高温差应力的关键。汽水双相介质在集箱中有分配均匀性问题，没有适当的措施必然会扩大集箱下游管排的温度偏差，并由此产生管排变形。
一般情况下，正确处理缺、满水异常，包括实施紧急停用，并不构成对设备的损伤。但在汽包炉严重缺水、干锅时，将使部分水冷壁管内工质的质量含汽量升高，出现蒸干现象并使管壁温度升高，而膜式壁的结构决定了其热膨胀互相牵制，从而导致水冷壁翘曲变形，炉壁密封破坏，如果此时炉膛温度足够高，甚至没有熄火，水冷壁可能发生爆管；而当汽包无水或无法判断汽包水位时，继续给水将有可能使厚壁汽包受到有害的热冲击。汽包炉严重满水则汽包的汽水分离作用遭到破坏，大量湿蒸汽进入过热器，使管间温差增大，严重时导致管排变形，固结件损坏，但更主要的威胁是汽温骤降导致汽机通流部分损坏，同时对主蒸汽管道造成热冲击。随着锅炉容量的增大，其相对贮能率下降，使参数变化的速率加快，必然要求提高参数控制的灵敏度，其中汽包水位的控制要求尤其严格。
2 关于水位控制的相关规定
由于汽包水位对蒸汽锅炉安全的重要影响，世界各国的锅炉监察规程对于汽包水位控制都有相应规定，其中包括水位监视、水位控制和水位保护3个方面。我国《电力工业锅炉压力容器监察规程》、《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、《固定式锅炉建造规程》、电力行业标准《锅炉运行导则》和《防止电力生产重大事故的25项重点要求》等文件对这方面的规定主要有：
(1) 运行中锅炉至少配置2台彼此独立的就地水位表和2台远传水位计，当就地水位表故障退出，有2台远传水位计可靠工作时，锅炉可允许短时间继续运行；
(2) 远传水位表显示必须定期以直读式水位表的显示为准加以比较，以便及时发现问题，但玻璃、云母、牛眼、电极、磁性翻板等就地水位表的水柱，因其温度低于饱和温度，不能完全代表汽包真实重力水位，差值是水柱温度、水柱高度与汽包压力的函数，因此需要先明确校验点，确定修正值后才能指导常规的水位计校对工作；
(3) 锅炉点火前汽包水位宜控制在最低水位，以备汽水膨胀时水位上升，减少蒸汽带水并减少热损失；
(4) 锅炉低水位保护装置的投入是锅炉启动的必备条件，对直流炉则是中间点温度高和断水保护；
(5) 水位保护动作值由制造商提供，但必须在可测量、可监视范围之内，汽包水位低于水位表可见水位时，最安全的方法是熄火处理；
(6) 为确保保护装置正确动作，锅炉点火前必须进行试验；
(7) 为保证水位指示正确，不出现虚假水位，水位表计汽水连接管的走向及管径须符合要求，并确保在水位表计进行冲洗时不互相干扰。
现在的问题是：
(1) 汽包水位测量问题。水位测量的基础是连通管原理，测量结果与汽包压力、水柱(表管)温度有关，必须通过压力、温度修正后才能得到汽包的真实重力水位。现有的各种水位计，有的不能连续测量因而不能用于自动调节，有的比较难以实施压力修正，有的又因表管温度的实际情况不清，无法进行正确的温度修正。虽然差压水位计接入DCS控制系统较易实现压力、温度的自动修正，但修正方法不当以及冷凝罐内水面未能控制也影响其测量准确性，反映出的现象是各表计的指示偏差大，使运行人员无所适从
所谓虚假，是相对而言，是体积流量相对质量流量而言，虚假的并不是水位，因为仪表真实的反映了水位的变化，这个变化不是因为仪表本身性质造成的数据虚假，而是水本身的问题，锅炉水位不仅受进水产汽的影响，也受压力温度的影响，如果压力、温度比较恒定或者缓慢的变化这个虚假造成的影响并不严重，如果这个压力、温度变化特别剧烈那么其相对变化之前的液位会有一个很大的变化，这个变化通过现场仪表检测后传输到控制系统，由于控制系统是程序所以想当然认为是进水大幅增加导致液位上涨，于是关闭进水阀，造成锅炉进水减少产生锅炉烧干的危险。所以如果把锅炉的进水、出汽通过质量流量检测出来，进行比对就可知道锅炉水位的变化，因为稳定的锅炉生产其进水质量与出汽质量基本处于相等的平衡，所以通过锅炉进出料的质量就可以避免什么虚假水位造成的危险。
如果锅炉进水、出汽不能使用质量流量计量，那么可以通过对进水和出汽的体积流量进行温压补偿措施，换算成标准的标况流量进行对比，也可以提高控制系统的复杂程度，把锅炉的进水—液位控制进行复杂性改造变成进水—出汽—液位或者进水—压力—液位串级控制，或者在复杂的三冲量控制，其实出现虚假水位时操作人员会及时发现，把进水阀门投入手动控制，到现场进行确认，或者通过组态界面进行液位高低报警、蒸汽流量波动报警、进水流量波动报警、压力报警等设置，出现超出工艺状况的现象及时提醒操作工，此外锅炉后续负荷的变化通过调度或者联网也能够及时的察觉。再好的控制系统也需要人的操作所以提高操作工的警惕性及责任感是防止虚假液位造成事故重中之重。
汽包水位是锅炉运行的主要指标是一个非常重要的被控变量，维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件 (1) 水位过高会影响汽包内汽水分离，饱和蒸汽带水过多，同时过热蒸汽温度急剧下降。(2) 水位过低，说明汽包内的水量较少，而当负荷很大时，水的汽化速度加快，则汽包内的水位变化速度亦随之加快，如不及时调节，就会使汽包内的水全部汽化，导致炉管烧坏，甚至引起爆炸。因此,锅炉汽包水位必须严加控制。
当蒸汽负荷增加时，虽然锅炉的给水量小于蒸发量，但在一开始时，水位不仅不下降反而上升，然后再下降(反之，蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后再上升) ，这种现象称之为“虚假液位”。
措施：：1严格控制上水温度、上水速度；2严格控制汽包上、下壁温差和内、外壁温差不超过规定值；3严格控制升温、升压速度 4点火时燃料量的增长速度不能太快；5保持火焰中心不偏斜，充满度好，6开启疏水门，及时疏水；7降低火焰中心，控制炉膛出口烟温
虚假水位形成原因：是指暂时的不真实水位。) u% _. r5 x1 v) K" r! c9 C% i! I 1.当锅炉压力突降时，由于锅水饱和温度下降到相对应压力下的饱和温度而放出大量热量来自行蒸发， 于是锅水内气泡增加，体积膨胀，使水位上升，形成虚假水位；9 U‘ @5 I4 n) L) f0 K- H. N+ S/ o# | 2.锅炉压力突升，则相应的饱和温度提高，一部分热量被用于锅水加热，使蒸发量减少， 锅水中气泡量减少，体积收缩，促使水位降低，同样形成虚假水位；; c# x8 V& Z3 p9 V2 Y+ r 3.冬天天气寒冷，特别是北方，造成仪表元件冻堵，显示死值或者造成卡塞，或者传输有问题， 在电脑前看不到真实值。 虚假水位处理方法： V0 k, L4 r* K1 】 1.当锅炉出现虚假水位时，首先应正确判断，要求运行人员经常监视锅炉负荷的变化， 并对具体情况具体分析，才能采取正确的处理措施；7 R‘ 【0 Q* 】9 ?- R/ \ 2.如当负荷急剧增加而水位突然上升时，应明确；3.从蒸发量大于给水量这一平衡的情况来看、此时的水位上升现象是暂时的，很快就会下降， 切不可减小进水，而应强化燃烧，恢复汽压，待水位开始下降时，马上增加给水量， 使其与蒸汽量相适应，恢复正常水位； 4.如负荷上升的幅度较小，引起的水位变化幅度也很大，此时若不控制就会引起满水时， 就应先适当减少给水量，以免满水，同时强化燃烧，恢复气压；当水位刚有下降趋势时， 立即加大给水量，否则又会造成水位过低。 |
1： 虚假水位形成主要是由于汽包的作用在于蒸汽发生和输出，而负荷的蒸汽用量是随机的，当突然出现大量蒸汽负荷时，汽包内过饱和蒸汽突降，汽包内水在外部压力突变时发生再沸，大量汽化的气泡涌出上升，同时水中溶解的气体也大量释放出来，水急剧汽化以补充压力的下降，汽包容器的水位也急剧下降，但此时普通锅筒汽包水位测量传感器由于测量原理的缺陷，反而会将空洞的汽水泡当作液态水，误检测水位升高，停止给水，造成的水位测量系统的检测失真，从而形成巨大的安全隐患，严重者可能导致事故。这就是虚假水位现象，水位虚假现象的出现是伴随着负荷的波动出现的，故也是随机的。
2：我厂解决办法（三冲量控制）：汽包蒸汽负荷输出量的剧烈波动，而且蒸汽过饱和压力突变后的大量汽化现象是不可避免的自然规律，那么就必须把蒸汽输出量这个因素引入控制，从控制入手解决问题。蒸汽流量和给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量系统，汽包液位是被控变量作为一个主冲量信号，蒸汽流量和给水流量是两个辅助冲量，是为三冲量控制。它从控制原理上将蒸汽流量和给水流量引入前馈控制通道，检测变送器输出的信号可以按照一定的权重在加法器中求和，与主冲量PID调节器输出求和后送执行器，对执行器阀门开度调节以控制供水量，进而保持汽包水位。这种系统把蒸汽负荷流量波动这一强干扰因素引入控制并结合差压、压力、给水流量甚至参比温度等，多种因素各有侧重的组合选择，综合进行水位测量与控制，使得在不过度依赖先进水位测量的前提下较为可靠的进行锅炉汽包水位控制。
上图所示的三冲量系统,汽包液位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包液位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动,不是等到影响到液位才进行调节,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正。
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