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(chǎn)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(jīng)常造成鍋爐誤動作停爐，影響生產(chǎn)。分析真空除氧器對其影響并提出解決方案利用現(xiàn)有設(shè)備，調(diào)整自動化系統(tǒng)多個參數(shù)及相關(guān)工藝過程，在不花費任何費用的情況下，遙遙鍋爐的穩(wěn)定生產(chǎn).
鍋爐房是該廠重要的生產(chǎn)單位，其產(chǎn)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(chǎn)，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(chǎn)用氣及采暖用氣。鍋爐房為全公司正常生產(chǎn)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(jīng)常會引起鍋爐汽包蒸發(fā)量的瞬間大幅度變化，這將直接導(dǎo)致液位的大幅波動，從而引起鍋爐給水調(diào)節(jié)誤動作，甚至造成低水位停爐，影響生產(chǎn)。另外，這種波動直接導(dǎo)致真空除氧器溫度不達(dá)標(biāo)，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(tǒng)及相關(guān)工藝進(jìn)行改造及調(diào)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，水的密度為1×103kg/m3,根據(jù)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(fā)量變化對水位的影響當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量急劇增加時，鍋爐管道過熱度較大，管內(nèi)逐步有氣泡產(chǎn)生，系統(tǒng)空泡率增加，使得汽水容積增加，導(dǎo)致汽包水位上升。下面我們看一下鍋爐的實際情況。由于現(xiàn)有系統(tǒng)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(fā)量的關(guān)系。當(dāng)2號鍋爐蒸發(fā)量上升時（即“幾”形的前沿），其給水量急劇下降。由于該系統(tǒng)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(fā)量增加時，汽包水位上升.
隨著產(chǎn)氣量的增加，水中含氣率也急劇增加，鍋爐本體及上升管內(nèi)均為汽水混合物，因而造成水容積的急劇膨脹。當(dāng)系統(tǒng)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(dāng)時，汽包水位不再上升（即“幾”字形的水平段）.
當(dāng)鍋爐蒸發(fā)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(fā)量由19t/h降至12t/h時，液位波動80~173mm,正常情況下蒸發(fā)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(fā)量的變化與真空除氧器用蒸汽量的變化規(guī)律幾乎遙遙。可以說，鍋爐蒸發(fā)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(fā)量的波動直接導(dǎo)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(diào)節(jié)閥控制）之間形成了一個耦合關(guān)系，其中任何一個參數(shù)變化都會引起其他兩個參數(shù)的變化，不處理好三者的關(guān)系，遙遙然會引起這三個參數(shù)的頻繁劇烈波動，由此造成的影響
有
(1)真空除氧器壓力調(diào)節(jié)閥和液位調(diào)節(jié)閥在0~遙遙之間頻繁劇烈波動，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(diào)節(jié)閥的作用是通過控制進(jìn)入真空除氧器的蒸汽量來調(diào)節(jié)真空除氧器壓力。它的劇烈波動將直接導(dǎo)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(dǎo)致了管網(wǎng)壓力的波動，進(jìn)而影響到汽包液位的測量誤差，嚴(yán)重時會造成停爐事故.
(4)鍋爐汽包給水調(diào)節(jié)閥的誤動作。汽包液位的測量誤差將導(dǎo)致汽包給水調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥、液位調(diào)節(jié)閥在0~遙遙之間頻繁劇烈波動將直接導(dǎo)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(diào)節(jié)閥、液位調(diào)節(jié)閥頻繁劇烈波動及真空除氧器壓力的劇烈波動將導(dǎo)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(dǎo)致真空除氧器水溫不達(dá)標(biāo).
5處理方案及應(yīng)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(xiàn)場實際情況對其進(jìn)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(shè)計大工作壓力為20kPa,所以原量程設(shè)計為0~50kPa.但實際上，真空除氧器壓變?nèi)狐c位置比壓變安裝位置高4m（經(jīng)實際測量，為施工不合理導(dǎo)致），這4m的取壓管內(nèi)由于工藝情況始終是充滿水的。由于4m水柱產(chǎn)生的壓力為40kPa,所以真空除氧器如果按照原設(shè)計壓力工作會出現(xiàn)遙遙量程現(xiàn)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(shù)，同時遙遙真空除氧器蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥可以正常動作.
(2)增加真空除氧器壓變阻尼值（此處調(diào)整的阻尼值為變送器內(nèi)部參數(shù)，具體調(diào)整方法請參閱壓力、差壓變送器說明書），減小變化速度。調(diào)節(jié)時間由原0.12s改為1s;增加真空除氧器水位差壓變送器阻尼值，調(diào)節(jié)時間由原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(chǎn)生的假水位現(xiàn)象，以遙遙對調(diào)節(jié)過程產(chǎn)生不利影響。
(3)調(diào)整真空除氧器壓力、液位兩臺調(diào)節(jié)閥的PID參數(shù)。此兩臺調(diào)節(jié)閥由SIEMENS公司6ES7400系統(tǒng)控制，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(jìn)而減小真空除氧器對鍋爐水位的影響。調(diào)整1號、2號真空除氧器水箱水位調(diào)節(jié)閥及1號、2號真空除氧器蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥PID參數(shù)（此處調(diào)整的PID參數(shù)為S7程序中調(diào)用的FB41的輸入值，由于每臺調(diào)節(jié)閥需調(diào)用FB41遙遙，因此要對每臺調(diào)節(jié)閥分別設(shè)置P、I、D值）。這里采用的是試湊法，調(diào)整過程在很多相關(guān)業(yè)論文中均有介紹，本文不再贅述。通過以上參數(shù)調(diào)整，控制這4臺調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)動作時間。先使真空除氧器供水量盡量平穩(wěn)，然后調(diào)整真空除氧器用蒸汽量使其平穩(wěn)。真空除氧器給水調(diào)節(jié)閥PID參數(shù)由原來的0.1、15000、0改為0.002、10000、10000;真空除氧器壓力調(diào)節(jié)閥PID參數(shù)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(wěn)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(chǎn)生的壓力差，導(dǎo)致1號真空除氧器的水經(jīng)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%改為遙遙,以減小兩臺真空除氧器之間的壓力差對水位的影響.
調(diào)整后真空除氧器蒸發(fā)量與鍋爐蒸發(fā)量均很平穩(wěn)，見圖3（圖1、3中的HMI計算機(jī)監(jiān)控趨勢曲線原來不在一個圖內(nèi)，為說明問題方便，編寫本文時歸納到一起）。在外網(wǎng)沒有劇烈、大量用氣量波動的情況下，蒸發(fā)量波動在3t/h以內(nèi)，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(xiàn)有設(shè)備，開發(fā)設(shè)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(shè)備運行穩(wěn)定，可以克服原控制方式的諸多不利影響，遙遙了鍋爐的穩(wěn)定運行，創(chuàng)造了長期的經(jīng)濟(jì)效益。