真空除氧器對鍋爐水位的影響及對策

真空除氧器對鍋爐水位的影響及對策，中冶京誠（營口）中試基地鍋爐房為全廠生產提供蒸汽保障。其中2臺低壓鍋爐存在汽包水位周期遙遙波動問題，經常造成鍋爐誤動作停爐，影響生產。分析真空除氧器對其影響并提出解決方案利用現有設備，調整自動化系統多個參數及相關工藝過程，在不花費任何費用的情況下，遙遙鍋爐的穩定生產.
鍋爐房是該廠重要的生產單位，其產出的中壓蒸汽提供給煉鋼廠VD真空精煉爐、VC真空澆鑄爐生產，低壓蒸汽為制氧站、液化氣站、制氣廠、鍛造廠、鉚焊廠及辦公樓等單位提供生產用氣及采暖用氣。鍋爐房為全公司正常生產提供基本保障.
鍋爐房目前擁有低壓鍋爐2臺，與其配套遙遙25t真空除氧器2臺.2臺低壓鍋爐及2臺真空除氧器液位的測量采取雙室平衡容器和差壓變送器配合測量。真空除氧器所用蒸汽量的瞬間大幅度變化，經常會引起鍋爐汽包蒸發量的瞬間大幅度變化，這將直接導致液位的大幅波動，從而引起鍋爐給水調節誤動作，甚至造成低水位停爐，影響生產。另外，這種波動直接導致真空除氧器溫度不達標，影響除氧遙遙。本文針對這些問題對真空除氧器自動化系統及相關工藝進行改造及調整，從而遙遙地解決了鍋爐誤動作停爐等問題，收到了良好的遙遙.
2測量原理
差壓變送器測量水位的原理是通過測量一段未知高度的水柱壓力，再通過已知水的密度和重力加速度推算水柱的高度.
在標準狀態下，水的密度為1×103kg/m3,根據公式P=ρgH可以計算出鍋爐水位。眾所周知，中高壓鍋爐由于壓力引起的密度變化對水位波動影響很大，但在低壓范圍下（低壓鍋爐工作壓力0.30~0.55MPa),由表1可以看出，密度對液位的影響十分微小.
3液位波動的成因
先分析蒸發量變化對水位的影響當鍋爐蒸發量急劇增加時，鍋爐管道過熱度較大，管內逐步有氣泡產生，系統空泡率增加，使得汽水容積增加，導致汽包水位上升。下面我們看一下鍋爐的實際情況。由于現有系統沒有水位趨勢曲線，我們只能由圖1（圖1為改造前的趨勢曲線）。推斷水位和蒸發量的關系。當2號鍋爐蒸發量上升時（即“幾”形的前沿），其給水量急劇下降。由于該系統只采集汽包液位信號，通過PID儀表控制給水量，因此給水量下降，說明汽包水位上升，即蒸發量增加時，汽包水位上升.
隨著產氣量的增加，水中含氣率也急劇增加，鍋爐本體及上升管內均為汽水混合物，因而造成水容積的急劇膨脹。當系統含氣率增加而造成的水容積增加量與汽包外排蒸汽量相當時，汽包水位不再上升（即“幾”字形的水平段）.
當鍋爐蒸發量急劇減小時，鍋爐本體溫度快速降低，水中含氣率快速下降（即“幾”字形的下降沿）。實際測得液位蒸發量由19t/h降至12t/h時，液位波動80~173mm,正常情況下蒸發量波動3t/h左右，液位下降32~50mm.此時，造成低水位報警，甚至造成停爐事故.
從圖1可以很遙遙地看出，鍋爐蒸發量的變化與真空除氧器用蒸汽量的變化規律幾乎遙遙。可以說，鍋爐蒸發量的波動很大程度上是由于真空除氧器用蒸汽量波動引起的，而鍋爐蒸發量的波動直接導致了鍋爐液位的波動。因此，可以說真空除氧器用蒸汽量的波動直接引起了鍋爐液位的波動，這即為液位波動成因.
4真空除氧器用蒸汽量波動的成因及其影響
真空除氧器用蒸汽量瞬間劇烈波動的成因如圖2所示.真空除氧器水位、真空除氧器壓力與真空除氧器給水量（真空除氧器給水調節閥控制）之間形成了一個耦合關系，其中任何一個參數變化都會引起其他兩個參數的變化，不處理好三者的關系，必然會引起這三個參數的頻繁劇烈波動，由此造成的影響
有
(1)真空除氧器壓力調節閥和液位調節閥在0~98%之間頻繁劇烈波動，影響其遙遙壽命.
(2)真空除氧器用蒸汽流量的劇烈波動。真空除氧器壓力調節閥的作用是通過控制進入真空除氧器的蒸汽量來調節真空除氧器壓力。它的劇烈波動將直接導致真空除氧器用蒸汽量呈“幾”字形波動.
(3)鍋爐汽包液位的測量誤差，真空除氧器用蒸汽的瞬間大幅度波動，導致了管網壓力的波動，進而影響到汽包液位的測量誤差，嚴重時會造成停爐事故.
(4)鍋爐汽包給水調節閥的誤動作。汽包液位的測量誤差將導致汽包給水調節閥頻繁誤動作，影響其遙遙壽命.
(5)真空除氧器壓力的劇烈波動。真空除氧器壓力調節閥、液位調節閥在0~98%之間頻繁劇烈波動將直接導致其壓力的劇烈波動.
(6)真空除氧器液位的劇烈波動。由于真空除氧器液位測量儀表為差壓變送器，真空除氧器壓力調節閥、液位調節閥頻繁劇烈波動及真空除氧器壓力的劇烈波動將導致其液位的劇烈波動.
(7)水溫低，且溫度波動大。劇烈的壓力波動使得真空除氧器壓力降低，直接影響到水溫，導致真空除氧器水溫不達標.
5處理方案及應用
為解決真空除氧器用蒸汽量頻繁劇烈波動引起的一系列問題，針對現場實際情況對其進行整改，具體措施如下
(1)將真空除氧器壓力變送器及PLC量程由原來的0~50kPa遷移至0~100kPa.由于真空除氧器設計大工作壓力為20kPa,所以原量程設計為0~50kPa.但實際上，真空除氧器壓變取壓點位置比壓變安裝位置高4m（經實際測量，為施工不合理導致），這4m的取壓管內由于工藝情況始終是充滿水的。由于4m水柱產生的壓力為40kPa,所以真空除氧器如果按照原設計壓力工作會出現超量程現象，因此將其量程遷移至100kPa,遙遙其工作范圍。這樣可以遙遙壓變正常遙遙，使崗位人員得到正確的工藝參數，同時遙遙真空除氧器蒸汽壓力調節閥可以正常動作.
(2)增加真空除氧器壓變阻尼值（此處調整的阻尼值為變送器內部參數，具體調整方法請參閱壓力、差壓變送器說明書），減小變化速度。調節遙遙由原0.12s改為1s;增加真空除氧器水位差壓變送器阻尼值，調節遙遙由原0.12s改為4s.目的是降低壓力、水位變化速度，減少真空除氧器壓力波動時產生的假水位現象，以遙遙對調節過程產生不利影響。
(3)調整真空除氧器壓力、液位兩臺調節閥的PID參數。此兩臺調節閥由SIEMENS公司6ES7400系統控制，調節閥通過S7程序中的FB41(PID控制塊，S7程序自帶）控制其動作。通過控制真空除氧器供水調節閥，減小真空除氧器水位、壓力瞬間波動，減小真空除氧器用蒸汽量波動，進而減小真空除氧器對鍋爐水位的影響。調整1號、2號真空除氧器水箱水位調節閥及1號、2號真空除氧器蒸汽壓力調節閥PID參數（此處調整的PID參數為S7程序中調用的FB41的輸入值，由于每臺調節閥需調用FB41遙遙，因此要對每臺調節閥分別設置P、I、D值）。這里采用的是試湊法，調整過程在很多相關業論文中均有介紹，本文不再贅述。通過以上參數調整，控制這4臺調節閥調節動作遙遙。先使真空除氧器供水量盡量平穩，然后調整真空除氧器用蒸汽量使其平穩。真空除氧器給水調節閥PID參數由原來的0.1、15000、0改為0.002、10000、10000;真空除氧器壓力調節閥PID參數由原來的0.5、15000、0改為0.2、10000、10000.
(4)全開1號、2號真空除氧器之間的氣平衡管，遙遙兩臺真空除氧器壓力平衡；放散管開度保持遙遙。 (1)~(3)步實施完成后，基本可以遙遙真空除氧器水位、水壓及鍋爐水位的穩定，但真空除氧器水位仍有緩慢的大幅度波動。
目前，1號、2號真空除氧器之間的水連通管正常遙遙時連通，由于1號、2號真空除氧器運行時產生的壓力差，導致1號真空除氧器的水經常由于壓差被壓至2號真空除氧器，或2號真空除氧器的水被壓至1號真空除氧器，引起水位大幅度波動。因此，將1號、2號真空除氧器之間的蒸汽連通管手動截止閥由原開度60%改為98%,以減小兩臺真空除氧器之間的壓力差對水位的影響.
調整后真空除氧器蒸發量與鍋爐蒸發量均很平穩，見圖3（圖1、3中的HMI計算機監控趨勢曲線原來不在一個圖內，為說明問題方便，編寫本文時歸納到一起）。在外網沒有劇烈、大量用氣量波動的情況下，蒸發量波動在3t/h以內，液位在25~48mm（中水位為30mm)之間波動，波動時偏離中水位小于±13mm.
本項目利用現有設備，開發設備潛在能力，在分析了汽包水位周期遙遙波動問題的成因后解決問題。整個改造不需花費任何費用。改造后設備運行穩定，可以克服原控制方式的諸多不利影響，遙遙了鍋爐的穩定運行，創造了長期的經濟效益。

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