鍋爐汽包液位計的優化改造

王玲

摘 要：在焦化企業中廢熱鍋爐的主要功能是利用生產過程中產生的煤氣和煙氣剩余熱量來生產水蒸氣，以實現節約能源的目的。為了確保鍋爐裝置的正常運轉，對于儀表的應用也越來越重視。本文結合自身多年的工作經驗，對鍋爐裝置中汽包液位計進行了深入剖析，對九鑫焦化廠中傳統的差壓式液位變送器升級改造為低頻導波雷達液位計，經實踐運行監測后，該液位計不僅測量精度高，運行穩定，而且有效確保了鍋爐的運行安全。

關鍵詞：廢熱鍋爐;汽包液位計;導波雷達;改造

0 引言

在焦化企業中鍋爐汽包液位的精準測量及穩定運行是確保鍋爐運行安全的重要前提。如果液位計的選型或者安裝存在問題，極易誘發很多安全事故，例如液位計的炸裂、高溫水汽外泄、液位計檢測數據誤差較大甚至檢測失靈等。如果汽包的液位過高或發生劇烈的波動都會導致蒸汽品質的下降和帶水，使得鍋爐受熱面發生結鹽現象，相反，如果汽包的液位過低會引起鍋爐水循環破壞，使水冷壁管的安全受到威脅，嚴重缺水處理不及時，會造成受熱面超溫爆管。因此，加強鍋爐汽包液位的監測具有重要意義。

1 鍋爐汽包運行概況

化工企業在生產過程中通常會產生諸多產能的反應進而產生大量的熱量，如何對這些熱量進行有效的利用以節約能源成本并帶來經濟效益，是目前化工行業的重點研究課題。而廢熱鍋爐正是利用這些產生的剩余熱量并根據熱量等級來產生的不同壓力的蒸汽以供其他工程或設施進行使用的設備。因此，鍋爐汽包水位的高低及波動情況對鍋爐的安全運行有直接影響，如果選擇的液位計不合理或處理不當不僅對鍋爐自身產生影響而且對工作人員的人身安全也構成一定的威脅。所以，汽包水位的監測對保證鍋爐的正常運行其中重要作用，鍋爐與汽包之間具有一定的動態平衡關系，鍋爐給水在汽包內部會不停地發生氣化沸騰現象，就會導致氣相與液相的接觸面形成水汽混合的劇烈沸騰狀況，產生虛假液位，這是汽包液位的一個技術難點和瓶頸。

2 傳統平衡容器式差壓液位計

2.1 平衡容器式差壓液位計的組成及工作原理

其中：H為汽包的液位;L為平衡容器的測量量程;ρ1為平衡容器內凝結水的密度;ρ"為汽包內飽和蒸氣的密度;ρ'為汽包內飽和水的密度;P+為壓力變送器正端壓力;P-為壓力變送器負端壓力。

如圖1所示，平衡容器式差壓液位計主要由平衡容器、壓力信號導管以及差壓計三部分組成。其工作原理主要是通過對平衡器中的靜壓力與容器中的實際水位產生的靜壓力的壓力差值進行測量，然后再利用差壓變送器將測量的差壓值轉換為電信號并傳輸到DCS進行水位情況的監測。

正壓管從平衡容器中引出，而負壓管是從密閉容器水側連通管中引出。針對單室平衡容器，當水面的高度L一定時，水面增高時水就會通過汽側連通管溢流到密閉容器內;需要降低時，由蒸汽冷凝水進行補充。所以當平衡容器中的水密度一定時，正壓管的壓力值為定值，負壓管與密閉容器相連通輸出的壓力情況反映了容器中水位的變化情況。

2.2 傳統平衡容器式差壓液位計應用中存在的缺陷

之前九鑫焦化廠鍋爐汽包液位計一直采用的是差壓式變送器，容器的正負取樣孔安裝帶法蘭的閥門，正壓側安裝單室平衡容器提供穩定的參考遷移壓力值，負壓側根據水位高低提供變化的壓力。安裝管路長，測量水位采用單室平衡容器儀表管內凝結水傳遞信號。在長期使用過程中經常發生水介質結晶、接頭生銹、閥門堵塞、內漏等情況，更換工作時間也較長。而且每次檢修之后在投運前要對容器罐進行加滿水才能確定儀表零點。因正壓側介質是汽體，投入前汽體需要在單室平衡容器和較長的儀表管內冷卻成水，一方面傳遞介質受環境影響，別一方面給儀表提供穩定的壓力信號，時間較長。運行起來之后曲線波動大的現象，容易造成鍋爐補水不穩定，汽帶水現象發生，嚴重影響供汽質量。因此，我們對傳統的平衡容器式差壓液位計改造為低頻導波雷達液位計。

3 低頻導波雷達液位計

3.1 低頻導波雷達液位計的工作原理

導波雷達液位計主要是利用電磁波來進行汽包液位測量的一種測量儀器。導波雷達液位計的工作方式主要是發射、接收兩個工作方式。其工作原理主要是利用自身攜帶的導波天線發射出低頻的電磁波，當電磁波遇到液面以后，介電常數就會發生變化，致使探頭特性阻抗變化，進而信號被反射回接收天線，儀表通過檢測出發射波及回波的時間差后，再經過智能計算后最終測量出液位的高度。

3.2 導波雷達液位計的應用優勢分析

九鑫焦化廠，所采用的導波雷達液位計采用的工頻脈沖信號為2GHz左右，較低的頻率設計可以使導播雷達在傳輸中更好的穿透蒸汽，其可以測量的范圍在導播桿（6m以內）或纜（70m以上）以內任意設定數值。因為脈沖信號的傳播主要是通過導波桿進行傳播的，所以，它不同于之前所使用的平衡容器式差壓液位計，它的性能不受空氣和凝結水所產生的影響。對于不同的測量介質，介質的導電性或介電常數越大導波雷達液位計的反射信號性能越好，所檢測的結果就越精確，因此，它在鍋爐汽包液位檢測中發揮著巨大作用。但在實際應用過程中，這種汽包液位計所檢測的結果也不是一點誤差也沒有，因為安裝在測量筒內進行測量，上下引管的位置已經局限了導播雷達的測量范圍，上下引管一般在1m以內，控制的液位一般選取量程的中間位，基本都能滿足汽包測量的需求，因被測液體本身以及探頭的原因在檢測量程的上下兩部分區域都會存在一定的死區，在上下兩部分死區測量誤差會相對偏大一些，在實際應用中把工況范圍控制在中間區間，會達到良好的應用效果。

如圖2所示：上下引管間距1000mm，控制檢測液位選取了其中的600mm（-300mm至+300mm）。

低頻導波雷達液位計在鍋爐汽包測量中的主要優點有：

①介質的適應能力廣：傳感器工作時與噪音、壓力、溫度波動無關，而且也不受密度變化、起泡、蒸汽的影響。探頭或容器壁上的附著物也不影響測量。經過微處理器對信號進行處理，運算速度快，測量精度高，信號傳輸穩定，而且安裝方便。不會在冬季凍表現象發生;

②補償測量技術的應用：傳統的測量方式，液位會受到壓力，溫度的變化有相應的誤差，導播雷達在大部分鍋爐汽包應用中都可以把誤差控制在很小的范圍內（3%左右）而不需要進入控制系統進行補償運算，在溫度高于250度，壓力高于20Bar的應用工況下，隨著導播雷達技術的發展，自帶補償運算的功能加入，及導播雷達本身具備了參數調整功能，對測量的精度也完全滿足了工業現場控制的需求;

③測量穩定性、精度高：主流導播雷達測量精度已經達到±1mm，在實際應用中，受到介質層面的泡沫，蒸汽濃度，液位進出水位的波動影響會有相應誤差的放大，但實際的應用效果已經滿足了生產的需求，高穩定性，可靠性也對安全生產有較大的幫助。

4 鍋爐汽包液位計對比效果分析

通過對兩種汽包液位計在我廠鍋爐中，進行實踐監測應用后，可以看出圖3中采用的差壓式液位變送器，運行起來之后曲線波動大的現象，容易造成鍋爐補水不穩定，汽帶水現象發生，嚴重影響供汽質量。如圖4所示為改進后的導波雷達液位計，經過實際運行檢測，信號傳輸穩定，數據準確，運行平穩，波動小，為鍋爐的正常運行提供了保障，符合測量應用要求。

5 結束語

綜上所述，鍋爐汽包液位計的選型和安裝對于汽包液位的檢測，確保鍋爐的安全運行至關重要。本文通過對兩種汽包液位計進行實際應用分析后，可以得出經過優化改進后的導波雷達液位計在系統中的運行更加穩定，測量數據精準，抗干擾能力較強，且操作也相對方便安全，因此，該種汽包液位計能夠滿足我廠對于液位的測量應用要求，是一種性價比較高的儀表，應用前景十分廣泛。

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