儲(chǔ)水罐太陽能液位報(bào)警控制系統(tǒng)研制

中國石油遼河油田分公司冷家油田開發(fā)公司（遼寧盤錦124010）

■質(zhì)量安全論壇

儲(chǔ)水罐太陽能液位報(bào)警控制系統(tǒng)研制

王雪梅

中國石油遼河油田分公司冷家油田開發(fā)公司（遼寧盤錦124010）

活動(dòng)式注汽鍋爐因其組件分散、搬遷靈活便于油田不同井場(chǎng)注汽作業(yè)，為了確保注汽站鍋爐供水的連續(xù)性，每臺(tái)鍋爐的供水系統(tǒng)都備有一到兩個(gè)50m3儲(chǔ)水罐。分析了現(xiàn)有儲(chǔ)水罐自制浮球液位顯示裝置存在的主要問題：無報(bào)警裝置、故障率高、易損壞、人工控制水位、調(diào)整操作頻繁、員工勞動(dòng)強(qiáng)度大。研制了1種可以克服現(xiàn)有浮漂液位計(jì)缺陷與不足的新型液位顯示報(bào)警控制系統(tǒng)。實(shí)踐表明新研制的儲(chǔ)水罐太陽能液位控制報(bào)警系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)在線液位監(jiān)測(cè)報(bào)警、水位自動(dòng)控制功能，有效地避免了水罐在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的冒罐污染和因水位過低停爐現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)更符合安全、環(huán)保、節(jié)能的要求，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

注汽鍋爐；儲(chǔ)水罐液位；報(bào)警控制系統(tǒng)；節(jié)能降耗

目前某作業(yè)區(qū)10臺(tái)鍋爐儲(chǔ)供水罐的液位顯示都是比較簡(jiǎn)陋的浮漂式液位計(jì)，如圖1、圖2所示。

圖1 儲(chǔ)水罐與浮漂液位計(jì)

圖2 浮漂式液位計(jì)示意圖

1 現(xiàn)狀調(diào)查

這種自制浮球液位顯示裝置，在實(shí)際的使用過程中，主要存在以下弊端。

1.1 無報(bào)警裝置

現(xiàn)有浮桿液位計(jì)無準(zhǔn)確的液位顯示，當(dāng)水位過高時(shí)冒罐，浪費(fèi)水資源，并造成污染；水位過低時(shí)導(dǎo)致鍋爐因缺水停爐，再次啟爐需要消耗較多的鍋爐燃料及其他能耗，既耽誤生產(chǎn)又增加注汽耗能。通過抽查4個(gè)站2013年12月儲(chǔ)水罐冒罐和缺水停爐的統(tǒng)計(jì)情況（表1）可知，目前所用的儲(chǔ)水罐浮漂液位計(jì)月平均冒罐達(dá)8次，導(dǎo)致鍋爐缺水平均停爐2次。

1.2 故障率高、易損壞

現(xiàn)有液位計(jì)浮球和浮桿在水中容易腐蝕，造成浮漂滲漏、焊口處腐爛[1]，致使浮漂無法正常使用，由于防腐性能差、故障率高，增加了維護(hù)和維修費(fèi)用。表2是一年來6臺(tái)儲(chǔ)水罐液位計(jì)的損壞及故障統(tǒng)計(jì)情況。

1.3 人工控制水位，調(diào)整操作頻繁，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大

活動(dòng)鍋爐供水需要人工控制上水量，來水壓力波動(dòng)較大，工人要及時(shí)根據(jù)水量和鍋爐排量需求調(diào)整閥門開度來控制水罐液位，平均1～2h就進(jìn)行一次閥門開關(guān)操作，調(diào)整操作頻繁，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

1.4 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全環(huán)保隱患較多

冒罐既浪費(fèi)水資源，造成井場(chǎng)四周環(huán)境污染；供水不足又影響了注汽鍋爐安全生產(chǎn)的連續(xù)性，冬季一旦停爐,安全隱患多,易使設(shè)備凍堵發(fā)生安全事故。

表1 儲(chǔ)水罐冒罐和缺水停爐統(tǒng)計(jì)表

表2 抽檢6臺(tái)鍋爐儲(chǔ)水罐浮漂損壞情況

表3 液位顯示測(cè)量方案選擇表

2 提出并確定最佳方案

針對(duì)新型水位控制系統(tǒng)的研制需要解決3項(xiàng)問題，分別是液位顯示、水位高低報(bào)警、自動(dòng)上水控制，實(shí)現(xiàn)這3項(xiàng)功能必須要解決供電能源問題。

由于活動(dòng)注汽鍋爐生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常搬遷，采用交流供電在搬遷前后都要斷開電纜并重新連接。另外，水罐附近使用電纜使安全用電存在一定隱患。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況需要，對(duì)液位控制報(bào)警系統(tǒng)采用電池組直流供電方式。而工業(yè)生產(chǎn)中長(zhǎng)期用電不便頻繁更換電池組，所以決定使用太陽能供電系統(tǒng)對(duì)液位控制系統(tǒng)供電。

2.1 太陽能供電系統(tǒng)

太陽能供電系統(tǒng)[2]由太陽能電池板、專用蓄電池、充放電控制器組成，發(fā)電功能主要由電池板來實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)太陽能電池板、蓄電池、充放電控制器3項(xiàng)進(jìn)行優(yōu)選組合。由于北方地區(qū)冬季溫度較低，在室外生產(chǎn)環(huán)境下要充分考慮設(shè)備的耐低溫性能，根據(jù)各項(xiàng)選擇方案的對(duì)比進(jìn)行優(yōu)選：?jiǎn)尉Ч韫怆娹D(zhuǎn)換效率是最高的，抗衰減性好，使用壽命較長(zhǎng)；膠體蓄電池，蓄能大、低溫充放電穩(wěn)定性好，性價(jià)比較高；選用PWM20I型充放電控制器在室外低溫環(huán)境中可以保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 液位顯示測(cè)量

實(shí)現(xiàn)液位顯示要做好液位測(cè)量[3]，需要在罐體內(nèi)放置能監(jiān)測(cè)液位的傳感裝置，通過表3中3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)論證分析，優(yōu)選氣體導(dǎo)壓式液位測(cè)量，更符合生產(chǎn)實(shí)際情況，且性價(jià)比更高。

2.3 水位高低報(bào)警

對(duì)液位進(jìn)行采集測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過報(bào)警控制電路對(duì)液位高低信號(hào)進(jìn)行處理。目前生產(chǎn)行業(yè)中普遍采用聲光報(bào)警可起到就地及時(shí)報(bào)警的效果。權(quán)衡各項(xiàng)方案（表4）的實(shí)用性和可操作性。優(yōu)選數(shù)字液位控制儀，更符合生產(chǎn)實(shí)際情況，確定為水位高低報(bào)警控制的最佳方案。

2.4 自動(dòng)上水控制

通過對(duì)來水管線上安裝一個(gè)電控閥門來替代原有手動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上水控制。安裝不同類型的電控閥門對(duì)液位控制結(jié)果也將不同，要對(duì)使用自動(dòng)上水控制的電控閥門進(jìn)行選擇。自動(dòng)上水控制閥類型選擇見表5。綜合對(duì)比得出電磁閥[4]自動(dòng)控制上水在現(xiàn)場(chǎng)使用中更實(shí)用，控制方式更簡(jiǎn)便、省電，費(fèi)用小，使用維護(hù)更方便，選定方案2電磁閥進(jìn)行自動(dòng)上水控制。

表4 水位高低報(bào)警控制方案選擇表

表5 自動(dòng)上水控制閥類型選擇表

表6 儲(chǔ)水罐液位測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果檢查

在投用新研制的太陽能液位報(bào)警系統(tǒng)后，在冷活1#站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果進(jìn)行檢查，具體檢查情況如下。

3.1 液位顯示準(zhǔn)確性檢查

儲(chǔ)水罐液位測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表6，通過數(shù)據(jù)分析液位控制儀顯示誤差與標(biāo)準(zhǔn)值最大誤差為5mm，而量程的測(cè)量最大允許誤差為7.5mm，由此可見液位測(cè)量都在測(cè)量允許誤差范圍之內(nèi)，該系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)水罐的液位能達(dá)到精確測(cè)量要求，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.2 液位高低報(bào)警點(diǎn)效果檢查

在液位控制儀上設(shè)定不同的液位高低報(bào)警點(diǎn)，檢查液位到達(dá)設(shè)定的報(bào)警點(diǎn)時(shí)是否實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警動(dòng)作，檢查情況見表7。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置不同位置高低報(bào)警點(diǎn)的報(bào)警測(cè)試，液位顯示控制儀都能精確的在報(bào)警設(shè)置點(diǎn)可靠的動(dòng)作報(bào)警，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 電磁閥通斷控制液位效果檢查

在液位控制儀上設(shè)定不同的自動(dòng)液位控制數(shù)值，檢查液位到達(dá)設(shè)定的數(shù)值時(shí)電磁閥是否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，儲(chǔ)水罐液位高低自動(dòng)控制測(cè)試情況見表8。在不同液位設(shè)定值時(shí)，電磁閥能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)開關(guān)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

通過現(xiàn)場(chǎng)效果檢查，新研制的儲(chǔ)水罐太陽能液位控制報(bào)警系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)在線液位監(jiān)測(cè)報(bào)警，水位自動(dòng)控制功能，現(xiàn)場(chǎng)使用效果較好，以上功能的實(shí)現(xiàn)有效地避免了水罐在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的冒罐污染和因水位過低停爐現(xiàn)象。由于整個(gè)系統(tǒng)采用的是太陽能直流供電系統(tǒng)，相比于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備常用的220V交流電壓，直流24V的電壓更安全可靠。整個(gè)系統(tǒng)更符合安全、環(huán)保、節(jié)能的要求，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。為測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)使用效果的穩(wěn)定性，對(duì)新液位報(bào)警控制系統(tǒng)進(jìn)行投運(yùn)，每天記錄下運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)過1個(gè)月的試運(yùn)行，冒罐、缺水停爐次數(shù)為零，完全達(dá)到實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

表7 液位高低報(bào)警點(diǎn)測(cè)試統(tǒng)計(jì)表

表8 儲(chǔ)水罐液位高低自動(dòng)控制測(cè)試統(tǒng)計(jì)表

4 效益分析

4.1 直接效益

新研制的太陽能液位控制報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)顯示液位、報(bào)警，可以根據(jù)設(shè)定液位自動(dòng)啟停水泵控制上水，避免了水罐液位過高、過低造成的冒罐和缺水停爐現(xiàn)象，也避免了能源的浪費(fèi)，有效地防止污染和保護(hù)環(huán)境[5]。每臺(tái)鍋爐全年因冒罐和缺水停爐造成的損失合計(jì)為5.8萬元，新研制的儲(chǔ)水罐太陽能液位控制報(bào)警系統(tǒng)每臺(tái)投入成本0.6萬元，每臺(tái)創(chuàng)效5萬余元。

4.2 間接效益

1）由人工監(jiān)測(cè)水位、人工上水升級(jí)為自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位、自動(dòng)上水，減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，新系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了由手動(dòng)控制向自動(dòng)控制的轉(zhuǎn)變。

2）可以消除冒罐造成水污染和基礎(chǔ)設(shè)施損壞，有效避免了污染賠償費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

3）減少因缺水造成停爐次數(shù)，提高鍋爐注汽時(shí)率，穩(wěn)定蒸汽質(zhì)量。

5 鞏固措施

為了使活動(dòng)成果得到有效鞏固和保持，特制定了以下鞏固措施：

1）活動(dòng)鍋爐在搬遷吊裝水罐時(shí)，站上員工要對(duì)搬遷人員說明吊裝時(shí)注意事項(xiàng)，不能損壞水罐頂部安裝的太陽能板和報(bào)警裝置。如果太陽能板確實(shí)影響鋼絲繩吊掛，可拆下太陽能板，并注意妥善保管。同時(shí)在搬遷過程中，站上員工注意對(duì)裝、卸水罐時(shí)的監(jiān)管。

2）在搬遷路途中，站上員工要注意水罐頂部安裝的太陽能板是否超高，以免掛、碰高架線路及障礙物，造成對(duì)太陽能板的刮碰損壞。

3）每隔半年要對(duì)儲(chǔ)水罐罐底進(jìn)行沉淀物檢查，避免因泥污過多，堵塞液位傳感器取樣孔。

[1]劉繼和，孫素鳳.注汽鍋爐[M].北京:石油工業(yè)出版社，2007.

[2]劉樹民，宏偉.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工[M].北京:科學(xué)出版社，2006.

[3]李穎川.采油工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

[4]全國工業(yè)過程測(cè)量和控制標(biāo)委會(huì).工業(yè)過程控制系統(tǒng)用電磁閥：JB/T 7352-2010[S].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[5]馬風(fēng)才.質(zhì)量管理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

本文編輯：左學(xué)敏

The movable steam injection boiler is convenient for the steam injection operation in different well sites because of its dispersed components and easy moving.In order to ensure the water supply continuity of steam injection boiler,the water supply system of each boiler has one to two storage tank of 50m3.The main problems existing in the self-made floating ball liquid level display device of the water storage tank are analyzed:no alarm device,high failure rate,easy to damage,artificial control of water level,frequent adjustment of operation and high labor intensity of staff.For this reason,a new type of alarm liquid level display control system is developed,which can overcome the defects and disadvantages of the self-made floating ball liquid level display device.Practice shows that the newly developed solar liquid level alarm control system of water storage tank can realize online monitoring alarm and automatic control functions of liquid level to effectively avoid the run-out pollution of the water storage tank and the shutdown phenomenon of the boiler for too low liquid level.The whole system is in line with the requirements of safety,environmental protection and energy saving,and achieves the desired objectives.

steam injection boiler;water storage tank liquid level;alarm control system;energy-saving consumption-reducing

2015-09-18

王雪梅（1974-），女，工程師，從事質(zhì)量監(jiān)督工作。