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雙法蘭液位變送器在鍋爐汽包上的應(yīng)用
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雙法蘭液位變送器在鍋爐汽包上的應(yīng)用

時(shí)間:2017-07-15 16:55:34

        摘 要:鍋爐汽包液位是鍋爐安全操作中非常重要的控制指標(biāo)。因此,汽包上的液位一般采用就地和遠(yuǎn)傳多種液位計(jì)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)前,遠(yuǎn)傳液位計(jì)大多采用雙平衡管加差壓變送器的方式。這種液位計(jì)在運(yùn)行過程中有兩點(diǎn)要求非常重要:一是導(dǎo)壓管覺對(duì)不能出現(xiàn)泄露;二是儀表和導(dǎo)壓管一定要做好保溫伴熱,否則就會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差或是發(fā)生儀表凍堵現(xiàn)象,造成鍋爐停機(jī)甚至是安全事故。雙法蘭液位變送器不需要配導(dǎo)壓管,更不用保溫伴熱,恰好就避免這兩種情況的發(fā)生,但這種液位計(jì)在鍋爐汽包的液位測(cè)量上卻一直沒有得到應(yīng)用。作者通過多次試驗(yàn)和改造,變更了液位計(jì)負(fù)壓側(cè)取壓方式,增加了密度補(bǔ)償,成功地將雙法蘭液位變送器用于鍋爐汽包的液位測(cè)量上,擴(kuò)大了鍋爐汽包對(duì)液位計(jì)的選擇范圍。本文就此進(jìn)行討論,介紹了雙法蘭液位變送器在鍋爐汽包的應(yīng)用過程中碰到的實(shí)際問題和解決辦法。GS2壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
引言
        儀表是化工操作的眼睛。隨著現(xiàn)代自動(dòng)化控制要求的不斷提高,過程操作中溫度、壓力、液位、流量等基本參數(shù)的準(zhǔn)確和穩(wěn)定就顯得尤為重要。其中,液位就是一個(gè)非常重要的工藝控制參數(shù)。根據(jù)液位測(cè)量的針對(duì)性、重要性以及液位計(jì)的測(cè)量原理,液位計(jì)的種類和測(cè)量方式也多種多樣,有雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、浮球液位計(jì)、浮筒液位計(jì)、雙法蘭液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、放射性液位計(jì)、電接點(diǎn)液位計(jì)等 ,其中,雙法蘭液位變送器因其結(jié)構(gòu)的不同,有著上述儀表都無法具備的好特優(yōu)勢(shì)。
 
1 概述
1.1 測(cè)量原理
雙法蘭差壓變送器外形圖
        雙法蘭差壓變送器由差壓變送器、毛細(xì)管和帶密封隔膜的法蘭組件構(gòu)成,因?yàn)椴顗鹤兯推鞯恼?fù)壓室各連接一套毛細(xì)管和密封隔膜法蘭,所以稱為雙法蘭差壓變送器。正負(fù)壓密封隔膜、毛細(xì)管和變送器正負(fù)壓膜盒腔體分別由填充液(一般為硅油)連通為一體。密封隔膜直接與工藝介質(zhì)接觸,其感受的壓力通過與之相連的毛細(xì)管傳到差壓變送器的正負(fù)壓膜盒上,由變送器處理后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流輸出信號(hào)。根據(jù)用途的不同,可以用于液位測(cè)量、壓差測(cè)量和流量測(cè)量等。其中,用于液位測(cè)量的變送器比較多,一般稱之為雙法蘭液位變送器。
 
1.2 雙法蘭液位變送器的特點(diǎn)
        由于變送器法蘭上的密封隔膜阻止了被測(cè)介質(zhì)進(jìn)到變送器的膜盒腔體,這樣就避免了高溫、腐蝕性等特殊介質(zhì)與變送器的膜盒直接接觸。與傳統(tǒng)的差壓液位變送器
相比,雙法蘭液位變送器沒有正負(fù)導(dǎo)壓管及二次閥等。因此,具有以下優(yōu)點(diǎn):泄漏點(diǎn)大大減少、不會(huì)造成導(dǎo)壓管的堵塞、wuxu保溫伴熱系統(tǒng)、安裝位置更加靈活、尤其是不再需要加注隔離液,也就避免了因隔離液的流失或被置換造成的測(cè)量誤差,儀表故障率大大降低。因此,對(duì)密閉容器的液位測(cè)量,雙法蘭液位變送器有著廣闊的應(yīng)用。但是,也存在著一些缺點(diǎn),如:儀表成本較高、儀表的零點(diǎn)檢查校驗(yàn)比較麻煩、密封隔膜不能直接接觸高溫介質(zhì)等。
 
1.3 鍋爐汽包液位的測(cè)量
        鍋爐的汽包液位是鍋爐及其控制系統(tǒng)中#重要的參數(shù)之一,液位測(cè)量的方法也很多,通常采用的是雙平衡容器加差壓變送器測(cè)量法,還有磁翻板液位計(jì)、電感浮球液位計(jì)、電接點(diǎn)液位計(jì)、電極式液位計(jì)、浮球液位控制報(bào)警儀等。
 
2 存在的問題
        在采取差壓測(cè)量時(shí),雙平衡容器在其中充當(dāng)著不可或缺的重要角色,但是由于一些用戶對(duì)于雙室平衡容器及其測(cè)量補(bǔ)償?shù)确矫嫒鄙偃娴谋匾牧私,致使?yīng)用中時(shí)有故障發(fā)生,甚至形成安全隱患。
 
        由于雙平衡容器與差壓變送器之間用導(dǎo)壓管連接,儀表人員要經(jīng)常檢查有無滲漏現(xiàn)象,尤其到冬季,還要重點(diǎn)做好保溫伴熱工作,一旦維護(hù)不到位、不及時(shí),就會(huì)造成液位測(cè)量不準(zhǔn)或聯(lián)鎖停機(jī)故障。例如:勝利油田發(fā)電廠一期工程,該工程投入運(yùn)行早期,其汽包水位測(cè)量系統(tǒng)的誤差竟達(dá)70mm~90mm,造成了汽包滿水停機(jī)事故;山東匯東公司一期天然氣制氫廢熱鍋爐汽包液位,因儀表伴熱系統(tǒng)發(fā)生意外,導(dǎo)致液位計(jì)被凍,造成了裝置聯(lián)鎖停車。迄今為止,據(jù)不完全了解,目前仍有個(gè)別用戶存在一些類似的問題或者其它問題。汽包液位是涉及機(jī)組安全和運(yùn)行的重要參數(shù)和指標(biāo)。因此,不允許發(fā)生任何的人為錯(cuò)誤。
 
3 改造過程
3.1 改造初期
        在眾多的液位計(jì)選擇中,幾乎沒有發(fā)現(xiàn)雙法蘭液位變送器的影子,既然這種液位計(jì)有那么多的優(yōu)點(diǎn),為什么卻沒得到應(yīng)用呢?為此,作者便有了嘗試用雙法蘭液位變送器去測(cè)量鍋爐汽包液位的構(gòu)想。
 
        在對(duì)汽包上的兩個(gè)液位計(jì)接口進(jìn)行改造后,安裝了一臺(tái)雙法蘭液位變送器,調(diào)校組態(tài)后,儀表投入運(yùn)行,指示值和現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)完全一致。但是,隨著鍋爐汽包內(nèi)水溫的逐漸升高,發(fā)現(xiàn)雙法蘭液位計(jì)的指示值與現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)開始出現(xiàn)偏離,數(shù)值逐漸偏低。
 
        經(jīng)過分析,我意識(shí)到這是因?yàn)樗拿芏茸兓鶐淼恼`差。由于水的密度受壓力的影響較小,而受溫度的影響較大,尤其在高于100℃后,隨著溫度的升高,水的密度減小的很快。例如,溫度為100℃、壓力為0.1Mpa時(shí),水的密度為958.1kg/m 3 ;在溫度保持不變,壓力增到3.5Mpa時(shí),水的密度為959.7kg/m 3 ,變化量僅為1.6kg/m 3 ,約0.17%;但當(dāng)壓力保持3.5Mpa不變,水的溫度從100℃升到240℃時(shí),密度就會(huì)從959.7kg/m 3 下降到813.7kg/m 3 ,變化幅度約15%?梢姡S著汽包溫度的升高,汽包內(nèi)水的密度會(huì)明顯變小,同樣的液位測(cè)量結(jié)果就會(huì)偏低,誤差甚至超過20%。因差壓式液位計(jì)是建立在介質(zhì)密度不變的前提下來測(cè)量的,如密度發(fā)生變化,就不能測(cè)量出實(shí)際的汽包水位,從而造成假水位現(xiàn)象。
 
3.2 加入溫度補(bǔ)償
        為解決這個(gè)問題,必須引入密度補(bǔ)償,以測(cè)出精que的汽包水位。以下是根據(jù)飽和水的密度表 ,繪制出的表壓為3.5Mpa下水的密度與溫度的變化關(guān)系圖如圖2所示。
在3.5Mpa壓力下水的密度與溫度關(guān)系圖
        依照?qǐng)D2所示,就可以設(shè)計(jì)一套密度補(bǔ)償方案:在DCS上編制相應(yīng)的補(bǔ)償程序,通過一個(gè)受溫度控制的信號(hào)放大器,將變送器來的電流信號(hào)經(jīng)溫度補(bǔ)償后傳送到DCS畫面,如圖3所示。
溫度--密度補(bǔ)償示意圖
        經(jīng)模擬試驗(yàn),隨著溫度的變化,汽包液位在DCS顯示的數(shù)值會(huì)自動(dòng)得到修定,顯示數(shù)值真實(shí)、可靠。
 
3.3 發(fā)現(xiàn)蒸汽對(duì)儀表的干擾影響
        加入密度補(bǔ)償后,系統(tǒng)成功消除了密度變化造成的影響,儀表也應(yīng)該可以正常運(yùn)行了。但實(shí)際運(yùn)行不久就發(fā)現(xiàn),液位的顯示值逐漸變得不穩(wěn)定,波動(dòng)較大。在排除了DCS軟硬件及線路原因后,認(rèn)為是液位變送器出現(xiàn)了問題。重新對(duì)變送器進(jìn)行檢查、校驗(yàn)、標(biāo)定零點(diǎn)、查看組態(tài),但一切都很正常,沒發(fā)現(xiàn)問題。再次投表運(yùn)行,故障沒有消除,依舊存在著上述現(xiàn)象。
 
        到底什么原因呢?經(jīng)過認(rèn)真分析后確定,根本問題不在儀表本身,而是出在測(cè)量過程的某個(gè)環(huán)節(jié)上,大致認(rèn)為可能與以下幾個(gè)因素有關(guān):一是高溫對(duì)密封隔膜內(nèi)填充液的影響;二是汽包內(nèi)蒸汽流量波動(dòng)引起的“虛假水位”三是在負(fù)壓側(cè)膜盒表面處存在著氣液兩相,并不斷相互轉(zhuǎn)變,對(duì)負(fù)壓側(cè)膜盒造成了干擾。不管哪個(gè)因素是主要原因,它們都直接干擾了變送器的負(fù)壓側(cè)膜盒,從而#終導(dǎo)致了變送器測(cè)量信號(hào)的不穩(wěn)定。
 
3.4 徹底消除干擾
        如果在負(fù)壓側(cè)加裝一個(gè)隔離罐,并確保隔離罐內(nèi)始終有水,讓水起到緩沖隔離的作用,上述現(xiàn)象就應(yīng)該可以消除。按照這個(gè)思路,我再次進(jìn)行了改造。
 
        shou先,要讓隔離罐里水保持液態(tài)而且水位穩(wěn)定,這其實(shí)很好做到。因?yàn)橹灰尭綦x罐的溫度低于汽包的溫度,汽包里的飽和蒸汽進(jìn)到隔離罐后就能自動(dòng)冷凝成水,而且只要安裝距離適當(dāng),水溫始終會(huì)保持在既不會(huì)汽化、冬季也不會(huì)結(jié)冰的范圍,罐內(nèi)水位也能保持不變。如圖4所示,又在變送器的負(fù)壓側(cè)加裝了一個(gè)特殊的水隔離器(不開設(shè)灌液口、排液口)。
左圖為改造前的安裝方式 右圖為改造后的安裝方式
        由圖4對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),#關(guān)鍵的改變地方是,負(fù)壓側(cè)法蘭面由原來的垂直安裝改為了水平向上安裝,這樣,隔離器內(nèi)就始終會(huì)存留一段水,負(fù)壓側(cè)法蘭的膜盒與汽包里的蒸汽就被這一段水隔開了,從而消除了高溫蒸汽對(duì)膜盒的干擾影響。
 
        一切改造完成后,再次將變送器重新投入運(yùn)行。果然,變送器測(cè)量值沒有再發(fā)生波動(dòng)現(xiàn)象。一個(gè)小時(shí)、兩個(gè)小時(shí)、一天、三天……儀表顯示一直非常穩(wěn)定,通過對(duì)比其它液位計(jì),數(shù)值準(zhǔn)確無誤。
 
        #終,經(jīng)過不斷的的實(shí)驗(yàn),改變并不斷完善儀表的過程測(cè)量條件,優(yōu)化DCS數(shù)據(jù)對(duì)補(bǔ)償信號(hào)的后期處理,實(shí)現(xiàn)了雙法蘭液位變送器在鍋爐汽包液位測(cè)量上的成功應(yīng)用。
 
4 總結(jié)
        相比于雙平衡容器差壓液位計(jì),雙法蘭液位變送器不用保溫伴熱,幾乎沒有泄露點(diǎn),消除了儀表人員大量的日常維護(hù)工作,而且測(cè)量數(shù)值準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定。完全可以用于鍋爐汽包的液位測(cè)量,甚至可以當(dāng)做汽包液位的聯(lián)鎖信號(hào)源,為鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行做出更加可靠的保障。
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