《浅谈加热炉汽化冷却装置汽包液位__tr》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅谈加热炉汽化冷却装置汽包液位__tr（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、24 钢 铁 技 术钢 铁 技 术 2009 年第 4 期 工业炉 浅谈加热炉汽化冷却装置汽包液位 浅谈加热炉汽化冷却装置汽包液位 吴 斌 (重庆赛迪工业炉有限公司, 重庆 400013) 摘 要从某热轧厂加热炉汽化冷却装置普遍存在的液位控制不好的情况出发， 探讨了液位控制的重要意义。 分析了排 汽点的选择、液位计的选择、液位调节系统的选择等多个方面对改善液位控制效果的可行性，以保证汽化冷却装置的安全正 常运行。 关键词加热炉 汽化冷却 液位调节 汽包 1 引言 目前，国内步进梁式加热炉多采用汽化冷却装 置，汽包是汽化冷却装置的关键部件之一，其液位 稳定与否，关系到汽化冷却装置的安全运行。某热
2、 轧厂步进梁式加热炉汽化冷却装置普遍存在如下 问题：当加热炉工况变化时，汽包的液位无法稳定 在正常值附近(50100 mm)，液位出现明显的波 动。究其原因，是汽包液位控制不得当造成的。本 文从工艺人员的角度出发，探讨了汽包液位控制的 必要性，并提出了一种新的汽包排汽点的设置方 法。 2 稳定液位的必要性 汽包的液位在任何工况下均要保持在规定的 范围内，这是因为： 1）不允许汽包液位的升高 根据汽包容积公式：V总=V蒸汽+V水，可知，如果汽包的液位高于正常规定值(即增加 V水)，由于汽 包总的容积是不变的，则相应的会减小汽包的蒸汽 空间（即 V蒸汽降低） ，使得蒸汽在汽包蒸汽空间内 的流速增加
3、，引起蒸汽携带的水滴也增加。由于蒸 汽流速的增加，导致蒸汽在汽包内停留的时间变 短，使其携带的水滴来不及从蒸汽中分离出来。上 述的两方面，均会造成汽水分离条件恶化，影响蒸 汽品质。 部分汽化冷却装置中增加了过热器，那么如果 液位很高， 就有可能使水冲出汽包， 流到过热器中。由于汽化冷却装置中汽包的位置基本上高于过热 器的位置，这种现象更可能发生。 2）不允许汽包液位的降低 液位的降低，虽然加大了汽包的蒸汽空间，减 小了蒸汽的流速，有利于汽水分离，使蒸汽品质提 高。但从热水循环泵的汽蚀角度来看，当汽包的液 位降低，会使泵入口水柱降低，即泵的入口压力降 低，容易使水在泵的入口汽化。另一方面，P泵出
4、P泵入+H泵,当循环泵的工作扬程(H泵)不变时，泵的入 口压力(P泵入)降低必然造成出口压力(P泵出)降低。 则循环泵出口压力与汽包内压力的差值，是用来克 服各循环回路的管道流动阻力的。其出口压力的降 低，就导致了这个差值的减小，势必引起循环回路 流量的减小，这对水梁(立柱)的冷却不利。 由于液位的升高或降低影响重大，因此一定要 采用自动调节系统来调节液位，使汽包液位稳定在 规定值。 3 液位的选定 通常汽化冷却装置的汽包液位选择汽包中心 线为液位的正常值，此值即为设计选用的正常运行 的液位标准值(给定值)。 当汽化冷却装置启动时，理论上应选定的液位 给定值就低于正常运行时的液位标准值。这是因
5、 为，汽包是通过下降管及上升管与加热炉的水梁连 接的，而在汽化冷却装置启动前，整个装置内是充 满了水的。当加热炉开始升温时，汽化冷却装置内2009 年第 4 期 钢 铁 技 术钢 铁 技 术 25 的水梁开始吸热，内部的水温度开始上升，而水温 的上升使水容积略有增加。当循环回路有汽产生 后，水内汽(或汽泡)又使水容积增大，这部分增加 的水容积又通过上升管转移到汽包，从而使汽包液 位上升。如果在启动时，选用的是正常液位值，则 启动后必然会使液位高于正常值。所以，作者认为 启动时的汽包液位应选用低于正常值，启动时选定 的给定值比最低要求液位高 50mm 即可。 4 汽包液位的影响因素 从物质平衡的
6、角度来讲，进入汽包的物质的量 为给水，离开汽包的物质的量为蒸汽和排污。如果 进出汽包的这些物质的量不平衡，就会造成汽包液 位的变化。另外，汽包压力的变化，加热炉工况的 变化，循环倍率发生变化都会使汽包液位发生变 化。但总的来讲，影响汽包液位最主要的因素是： 汽包外送蒸汽流量与汽包给水流量。 4.1 给水流量的变化 当汽包外送蒸汽流量不变时，汽包的给水流量 的变化与汽包液位的高低有直接关系。图 1 为汽包 给水流量变化时，汽包液位的反应曲线。 1)给水量变化的影响。 由图 1 中可以看出，当在汽包送出蒸汽参数不 变的情况时(即蒸汽的压力、流量不变)，给水量增 加G，引起汽包内物质的不平衡，因而，
7、汽包的 液位应相应的增加，图 1 中线 L1 表示给水量增加 对液位的影响，按直线比例增加。 2)给水温度的影响 由于汽包的给水温度低于汽包在当前工作状态 下的饱和温度， 低温的给水进入汽包会使汽包内的水 温下降，从而使汽包水容积内的蒸汽泡凝结，使水容 积减小，造成液位降低。当汽包水容积内的汽泡凝结 稳定后，则汽包的水容积不变，液位也会保持不变。 图 1 中的线L2 表示水温低对汽包液位的影响。 3)综合影响 综合上述 1） 、2）的液位变化，将两条影响曲 线叠加，即 L1(L2)，得到曲线 L。曲线 L 就是 实际运行时，给水量的变化对汽包液位的影响。从 曲线 L 可以看到，从时间 0 到
8、t1 的范围内，给水 流量的增加会使汽包液位略有下降(或者无变化)， 过了 t1 时间后，汽包液位才有上升的趋势。这条 曲线表明：液位的变化有滞后性。 4.2 蒸汽流量的变化 当汽包给水流量不变时，汽包液位随蒸汽参数 的变化如图 2 所示。 1)蒸汽量增加的影响 用户突然改变用汽量，而给水量没有变化，此 时汽包液位要变化。当用汽量突然增加时，液位要 降低。 当蒸汽流量增加D 时，液位的反应曲线如图 21。线 L1 表示蒸汽量增加D 时液位按比例下降，这是物质不平衡引起的。 2)汽包压力变化的影响 由于蒸汽量的变化同时引起汽包内压力的变 化，当用汽量增加时汽包压力降低，在汽包水容积 内部的部分水
9、会自蒸发成蒸汽，蒸汽的比容大，占 的体积大，使整个水容积变大，表示出液位升高， 形成所谓的“虚假液位” 。 “虚假液位”用图中线 L2 来表示，稳定后的“虚假液位”不变。 3)综合影响 图 1 给水扰动与液位的关系曲线 实际液位是上述二种情况的综合， 也就是线 L1 加线 L2，因 L1 线位于负值区，实际值是 L2 十( L1)得到 L 线。从 0 到 t1 这段时间内，L 线位于正 值区，液位上升，是“虚假液位”阶段，自时间 t1 以后液位开始下降，表明需要增加给水量。 综合上述给水量和蒸汽量的液位反应曲线，可 得到以下结论： (1)汽包液位在给水流量作用下，具有滞后性，给水流量 G 时间
10、 t 4G 液位 + Ot1 L1L 时间 tL226 钢 铁 技 术钢 铁 技 术 2009 年第 4 期 液位不会自平衡。 (2)汽包液位在蒸汽流量作用下，不仅没有自 平衡能力，而且存在“虚假液位”现象。 根据这两条结论，设计者能够决定汽包液位调 节的方式。 图 2 蒸汽扰动与液位的关系曲线 5 液位调节系统 汽化冷却装置汽包给水自动调节的任务是使 给水量跟踪锅炉的蒸发量,并使汽包液位保持在工 艺允许的范围内。根据稳定汽包液位的必要性及影 响因素等特点，要求汽化冷却装置的液位调节系统 至少满足下列基本要求： 1)准确性好； 2)可靠性高； 3)维护性好。 液位调节系统，根据调节方式的不同，
11、一般分 为：单冲量调节系统、双冲量调节系统与三冲量调 节系统2 3 4。 1)单冲量控制，即以液位为唯一调节信号的单 参数、单回路控制系统(如图 3 所示)。 2)双冲量控制，即以蒸汽流量作为补充信号的 双参数控制系统(如图 4 所示)。 3)三冲量控制，即以给水流量、主蒸汽流量作 为补充信号的三参数控制系统。其还可分为三冲量 单级调节和三冲量串级调节(如图 5 所示)。 根据加热炉汽化冷却装置的工艺特性，要求汽 包给水自动调节系统采用三冲量调节，且建议采用 三冲量串级控制系统。其三冲量串级控制系统的控 制原理框图如图 6 所示。 图 3 单冲量控制 图 4 双冲量控制 图 5 三冲量控制图
12、6 三冲量串级控制系统控制原理图 6 液位计的选择 通常，汽化冷却装置中的汽包液位计是设计成 两种型式，即：就地显示液位计与远传（PLC）显 示液位计。那么参与汽化冷却装置自动控制的是远 传液位计。远传液位计在设计中一般有两种选择形蒸汽流量 D 时间 t 4D 液位 + O t1L2H时间 tL1蒸汽 正常液位 L0 调节器 开/关 给水 L 蒸汽 正常液位 L0 开/关 给水 调节器 D L 蒸汽 正常液位 L0 调节器 G D L 给水 开/关 给水机构 汽包 PID 调节器 比例较大 PID 调节器 主蒸汽流量 液位给定 测量 2009 年第 4 期 钢 铁 技 术钢 铁 技 术 27
13、式：带平衡容器（双室）的远传液位计和带远传功 能的磁翻板液位计。其原理见图 7 和图 8。 图 7 平衡容器液位计 图 8 磁翻板液位计 带平衡容器的远传液位计其原理就是“差压 法” ，磁翻板是靠磁性浮子与翻板之间的磁藕合关 系带动翻板的翻转的。 平衡容器(双室)是一种具有一定的自我补偿 能力的汽包液位测量装置，当汽包中的液位越接近 于 0 液位，其输出的差压受压力变化的影响越小， 即对汽包液位测量的影响越小。 磁翻板液位计是根据浮子原理和磁性耦合作 用研制而成的。当汽包中的液位升降时，浮子随之 升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱 指示器， 驱动双色翻柱翻转， 从而实现液位的指示。
14、根据多年从事汽化冷却系统设计的经验，建议 在投产初期(即煮炉阶段)，还没有大量产生蒸汽 时，汽包液位宜用选用带远传功能的磁翻板液位 计，其优点是能给操作人员直观的数据与画面，便于操作人员在煮炉阶段控制汽包液位，但其缺点是 精度不高，一般为5 mm 和10 mm 两种精度，不 能提供液位变化的连续值。因此，当炉温升至 600 (也即汽化冷却装置有大量蒸汽产生时)，应改用 带平衡容器的远传液位计进行汽包液位的自动控 制，其优点是能够提供液位变化的连续值，有利于 液位的控制。 7 汽包排汽点的选择 目前从多个项目反馈回的信息表明，在加热炉 调试阶段，或者说在汽化冷却装置产生的蒸汽不并 网时，系统无法
15、投入三冲量自动调节，其原因就是 在汽包的排汽管道上没有设置蒸汽流量检测装置。 其通常的系统图如图 9 所示。图 9 中，如果蒸汽不 并网，则通过汽包上的排汽管（设有调节装置）排 入大气，但此时无蒸汽流量检测，汽包液位只能通 过单冲量人工控制，这势必增加了工作的操作强 度，而且易形成假液位，严重时影响汽化冷却装置 的正常运行。 作者认为在不增加项目的投资的前提下，宜将 系统做如图 10 所示的修改。此种修改之后，在蒸 汽不并网时，汽包液位亦可进行三冲量自动控制； 在并网时，排汽调节阀组亦可作为稳定汽包压力的 辅助调节手段；并网与否，均无需人员进行干预。 一举三得。 图 9 常规排汽点设置 （转第 35 页） 磁性浮子 带小轴的翻板 蒸汽并网 汽包 给水 排汽 2009 年第 4 期 钢 铁 技 术钢 铁 技 术 35 和电源装置时，可将处理器和电源装置安装在电气 PLC 系统的各区域远程 I/O 柜，也可设计 1 块仪表 盘
