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1、锅炉汽包液位、压力控制系统设计 过程控制仪表课程设计 题目：锅炉汽包液位、压力控制系统 姓名：孙路培 顾丽丽 彭硕 班级：生产过程0901 学号：0402090102 30 35 指导老师：张娓娓 2011年6月8日 目录 第一章 概述 . 2 第二章 锅炉汽包液位控制设计 . 3 2.1 锅炉汽包液位的控制方案 . 4 2.2 液位变送器的选择 . 7 2.3压力传感器/变送器. 8 2.4 控制器的选择 . 8 2.5 执行器的选择 . 9 2.6 控制器的作用方式 . 10 2.7 阀的开闭选择形式 . 10 三 PID对控制的影响. 10 3.1 比例P调节 . 10 3.2 积分I调
2、节 . 10 3.3 微分D调节 . 11 3.4 PID控制器的参数整定. 11 四 锅炉汽包液位的三冲量串级PID控制系统仿真 . 11 4.1 试验得到下列近似传递函数及系数 . 11 4.2通过估算及仿真实验. 12 4.3汽包液位三冲量串级PID控制系统. 12 4.4汽包液位双冲量PID控制系统. 13 五 锅炉汽包压力控制设计 . 14 5.1 仪表选型及主要参数 . 15 5.2 压力变送器 . 16 5.3 KVHV电动V型调节球阀. 17 5.4 隔离配电器 . 18 六 仪表型号清单列表 . 19 七 总结 . 20 八 参考文献 ?21 1 第一章 概述 锅炉的汽包液位
3、是影响锅炉安全运行的重要参数，液位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽的质量。液位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故。它的被调量是汽包液位，而调节量则是给水流量，通过对水流量的调节，使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包液位对蒸汽流量和给水流量变化的影响呈积极特性。但是在负荷急剧增加时，导致汽包压力为“逆响应特性”，即所谓的“虚假液位”，造成这一原因时候由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量气泡，而使
4、液位抬高。 汽包液位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以液位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包液位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉蒸发效率，保证生产安全。 本设计是以锅炉汽包液体管道或容器中的压力作为被控制量的反馈控制系统。压力控制系统的结构是闭环的，由压力传感器、压力控制器和被控对象组成。 压力传感器测量被控压力，并转换成便于利用的信号形式，比较装置将反映压力大小的信号与给定压力值比较，产生偏差信号。偏差信号通过压力控制器作用到压力调节机构上，按照消除偏差的方向来改变被测点的压力，将其调节到给定的希望值本。设计使用数显PI
5、D控制仪控制气罐压力，要使气罐内气压维持恒定,并要求无残差,我全部使用DDZ-型仪表完成设计,但为了系统的稳定,在控制器,执行器和变送器的基础上加入隔离配电器。 2 第二章 锅炉汽包液位控制设计 锅炉汽包液位是确保安全生产和提高优质蒸汽的重要变量。尤其是对于大型锅炉，其蒸发量明显要高，汽包容积相对较小，液位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者缺水，甚至造成干锅。前者将使蒸汽带水，影响蒸汽的品质，且长期运行会使过热器结垢；后者会引起锅炉爆炸的危险。因此，汽包的液位必须严格控制在规定范围内。 锅炉是一个复杂的被控对象，主要输入变量包括符合的蒸汽需求量、给水量、燃料量、减温水量、送风量和引风
6、量等；主要输出变量有锅筒液位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（烟气含氧量）等，图2.0所示为输入变量与输出变量之间的相互关系。如果蒸汽符合变化或给水量发生变化，会引起锅筒液位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化；而燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，还会影响锅筒液位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压、可见，锅炉是一个具有多输入、多输出且变量之间相互关联的被控对象。 图2.0 锅炉的输入输出变量示意图 3 2.1 锅炉汽包液位的控制方案 根据锅炉汽包液位特性，选取锅炉汽包液位为被控量，给水流量为控制量，蒸汽流量和给水流量为干扰量，通过控制给水量来使锅炉汽包液位维持在满足负荷需求的高度。同时，为
7、保证锅炉安全生产，调节节水量的执行机构选取气关式。 图2.1 系统方框图 2.1.1单冲量控制系统 所谓单冲量就是指锅炉汽包液位为被控参数，给水量作为控制变量可构成的单回路控制系统，如图2.2所示。当蒸汽用量突然增加时，应该加大给水量以满足负荷需求。由于假液位现象，导致控制器会先减小给水量来抑制瞬间的液位升高，随着假液位消失，汽包液位会在负荷增加和给水量减少的双重作用下，产生严重的液位下降，甚至发生危险。对于小型锅炉，由于蒸汽负荷变化时假液位的现象不明显，如果再配上一些联锁报警装置，这种单冲量控制系统能满足要求。对于负荷变动较大的大，中型锅炉，单冲量控制系统不能保证液位稳定，难以满足液位控制要
8、求和生产安全。因此，该控制方案不适用于负荷变动较大的情况。 2.1.2 双冲量控制系统 蒸汽流量是影响汽包液位最主要的扰动，也是造成假液位的主要因素。如果将蒸汽流量这一可测不可控的干扰作为前馈引入单冲量系统，就可以有效避免假液位引起的误动作，并及时控制液位，减小液位波动。由此，构成如图2.3所示的双冲量控制系统，其本质为前馈-反馈复合控制系统，即给水量不仅取决于汽包液位，还受到蒸汽用量影响。可见，该控制方案能有效适应负荷需求变化，但对给水系统中的水压等干扰因素造成的波动不能及时抑制。 4 2.1.3三冲量控制系统 为进一步改善控制品质，引入给水流量信号，构成三冲量控制系统，如图 2.4所示。所
9、谓三冲量，值得是引入了三个测量信号：汽包液位、给水流量和蒸汽流量。三冲量控制本质上时前馈-串级复合控制系统：主回路实现液位调节，副回路使给水流量能适应负荷和液位要求。 在稳定状态下,液位测量信号为给定值，液位调节器的输出，蒸汽流量及给水流量三个信号通过加法器得到输出电流。若在某一时刻，蒸汽负荷突然增加，蒸 汽流量变送器的输出电流增加，加法器的输出电流减少，从而会开大给水调节阀，与此同时出现了虚假液位现象，液位调节器输出电流将增大。由于进入加法器的两个信号相反，蒸汽流量变送器的输出电流会抵消一部分虚假液位输出电流，所以虚假液位所带来的影响将局部或全部被抵消。待虚假液位过去,液位开始下降，液位调节
10、器输出电流开始减小，此时它与蒸汽流量信号变化的方向相反，因此加法器的输出电流减小，此时要求增加给水量以适应新的负荷需要并补充液位的不足。调节过程进行到液面重新稳定在给定值，给水量和蒸发量达到新的平衡为止。当蒸汽负荷不变，给水量本身因压力波动而变化时，加法器的输出相应变化，调节阀门开度直至给水量恢复到所需的数值为止。由于引进了蒸汽流量和给水流量两个辅助冲量，起到了“超前信号”的作用，使给水阀一开始就向正确的方向移动，因而可减小液位的波动幅度，抵消虚假液位的影响，并可缩短过渡过程时间。图2.5为三冲量液位调节方框图。三冲量调节系统能及时克服负荷(蒸汽量)和给水流量的干扰作用，调节精度较高，适用于汽
11、包容积较小、负荷和给水干扰较大的场合。目前已得到了应用，实践证明效果良好。 5 图2.2 单冲量控制系统 图2.3 双冲量控制系统 图2.4三冲量控制系统及连接关系 6 图2.5 三冲量液位控制系统框图 2.2 液位变送器的选择 选择TK3051L液位变送器，如图2.6所示 工作时高低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传给灌充液，接着灌充液将压力传递到传感器中心的传感膜片上。传感膜片是一个张紧的弹性元件，其位移随所受压而变化（对于GP表压变送器，大气压如同施加在传感膜片上的低压侧一样）。AP绝压变送器，低压侧始终保持一个参考压力。传感膜片的最大位移量为0.004英寸（0.1毫米），且位移量与压力成正比。两侧的电容板极检测传感膜片的位置。传感膜片和电容极板之间电容的差值被转换为相应的电流，电压或数字HART（高速可寻址远程发送器数据公路）输出信号。完整的变送系列；测量范围：0-0.5inH20至6000psig；结构小巧、坚固、抗震；模块化结构；阻尼可调；多种选项，量应用灵活；智能，模拟或低耗电路；电气连接及安装：配有多种过程连接器安装法。 7 图2.6 TK3051L液位变送器 2.3压力传感器/变送器 PTH501/502/503/504压力传感器/变送器采用全不锈钢封焊结构，具有
