真空除氧器对锅炉水位的影响及对策 

       真空除氧器对锅炉水位的影响及对策，中冶京诚（营口）中试基地锅炉房为全厂生产提供蒸汽保障。其中2台低压锅炉存在汽包水位周期性波动问题，经常造成锅炉误动作停炉，影响生产。分析真空除氧器对其影响并提出解决方案：利用现有设备，调整自动化系统多个参数及相关工艺过程，在不花费任何费用的情况下，保证锅炉的稳定生产.
       锅炉房是该厂重要的生产单位，其产出的中压蒸汽提供给炼钢厂VD真空精炼炉、VC真空浇铸炉生产，低压蒸汽为制氧站、液化气站、制气厂、锻造厂、铆焊厂及办公楼等单位提供生产用气及采暖用气。锅炉房为全公司正常生产提供基本保障.
       锅炉房目前拥有低压锅炉2台，与其配套使用25t真空除氧器2台.2台低压锅炉及2台真空除氧器液位的测量采取双室平衡容器和差压变送器配合测量。真空除氧器所用蒸汽量的瞬间大幅度变化，经常会引起锅炉汽包蒸发量的瞬间大幅度变化，这将直接导致液位的大幅波动，从而引起锅炉给水调节误动作，甚至造成低水位停炉，影响生产。另外，这种波动直接导致真空除氧器温度不达标，影响除氧效果。本文针对这些问题对真空除氧器自动化系统及相关工艺进行改造及调整，从而有效地解决了锅炉误动作停炉等问题，收到了良好的效果.
2测量原理
       差压变送器测量水位的原理是通过测量一段未知高度的水柱压力，再通过已知水的密度和重力加速度推算水柱的高度.
       在标准状态下，水的密度为1×103kg/m3,根据公式P=ρgH可以计算出锅炉水位。众所周知，中高压锅炉由于压力引起的密度变化对水位波动影响很大，但在低压范围下（低压锅炉工作压力0.30~0.55MPa),由表1可以看出，密度对液位的影响十分微小.
3液位波动的成因
       先分析蒸发量变化对水位的影响：当锅炉蒸发量急剧增加时，锅炉管道过热度较大，管内逐步有气泡产生，系统空泡率增加，使得汽水容积增加，导致汽包水位上升。下面我们看一下锅炉的实际情况。由于现有系统没有水位趋势曲线，我们只能由图1（图1为改造前的趋势曲线）。推断水位和蒸发量的关系。当2号锅炉蒸发量上升时（即“几”形的前沿），其给水量急剧下降。由于该系统只采集汽包液位信号，通过PID仪表控制给水量，因此给水量下降，说明汽包水位上升，即蒸发量增加时，汽包水位上升.
       随着产气量的增加，水中含气率也急剧增加，锅炉本体及上升管内均为汽水混合物，因而造成水容积的急剧膨胀。当系统含气率增加而造成的水容积增加量与汽包外排蒸汽量相当时，汽包水位不再上升（即“几”字形的水平段）.
       当锅炉蒸发量急剧减小时，锅炉本体温度快速降低，水中含气率快速下降（即“几”字形的下降沿）。实际测得液位：蒸发量由19t/h降至12t/h时，液位波动80~173mm,正常情况下蒸发量波动3t/h左右，液位下降32~50mm.此时，造成低水位报警，甚至造成停炉事故.
       从图1可以很明显地看出，锅炉蒸发量的变化与真空除氧器用蒸汽量的变化规律几乎一致。可以说，锅炉蒸发量的波动很大程度上是由于真空除氧器用蒸汽量波动引起的，而锅炉蒸发量的波动直接导致了锅炉液位的波动。因此，可以说真空除氧器用蒸汽量的波动直接引起了锅炉液位的波动，这即为液位波动成因.
4真空除氧器用蒸汽量波动的成因及其影响
       真空除氧器用蒸汽量瞬间剧烈波动的成因如图2所示.真空除氧器水位、真空除氧器压力与真空除氧器给水量（真空除氧器给水调节阀控制）之间形成了一个耦合关系，其中任何一个参数变化都会引起其他两个参数的变化，不处理好三者的关系，必然会引起这三个参数的频繁剧烈波动，由此造成的影响
有:
       (1)真空除氧器压力调节阀和液位调节阀在0~100%之间频繁剧烈波动，影响其使用寿命.
       (2)真空除氧器用蒸汽流量的剧烈波动。真空除氧器压力调节阀的作用是通过控制进入真空除氧器的蒸汽量来调节真空除氧器压力。它的剧烈波动将直接导致真空除氧器用蒸汽量呈“几”字形波动.
       (3)锅炉汽包液位的测量误差，真空除氧器用蒸汽的瞬间大幅度波动，导致了管网压力的波动，进而影响到汽包液位的测量误差，严重时会造成停炉事故.
       (4)锅炉汽包给水调节阀的误动作。汽包液位的测量误差将导致汽包给水调节阀频繁误动作，影响其使用寿命.
       (5)真空除氧器压力的剧烈波动。真空除氧器压力调节阀、液位调节阀在0~100%之间频繁剧烈波动将直接导致其压力的剧烈波动.
       (6)真空除氧器液位的剧烈波动。由于真空除氧器液位测量仪表为差压变送器，真空除氧器压力调节阀、液位调节阀频繁剧烈波动及真空除氧器压力的剧烈波动将导致其液位的剧烈波动.
       (7)水温低，且温度波动大。剧烈的压力波动使得真空除氧器压力降低，直接影响到水温，导致真空除氧器水温不达标.
5处理方案及应用
       为解决真空除氧器用蒸汽量频繁剧烈波动引起的一系列问题，针对现场实际情况对其进行整改，具体措施如下：
       (1)将真空除氧器压力变送器及PLC量程由原来的0~50kPa迁移至0~100kPa.由于真空除氧器设计大工作压力为20kPa,所以原量程设计为0~50kPa.但实际上，真空除氧器压变取压点位置比压变安装位置高4m（经实际测量，为施工不合理导致），这4m的取压管内由于工艺情况始终是充满水的。由于4m水柱产生的压力为40kPa,所以真空除氧器如果按照原设计压力工作会出现超量程现象，因此将其量程迁移至100kPa,保证其工作范围。这样可以保证压变正常使用，使岗位人员得到正确的工艺参数，同时保证真空除氧器蒸汽压力调节阀可以正常动作.
       (2)增加真空除氧器压变阻尼值（此处调整的阻尼值为变送器内部参数，具体调整方法请参阅压力、差压变送器说明书），减小变化速度。调节时间由原0.12s改为1s;增加真空除氧器水位差压变送器阻尼值，调节时间由原0.12s改为4s.目的是降低压力、水位变化速度，减少真空除氧器压力波动时产生的假水位现象，以免对调节过程产生不利影响。
       (3)调整真空除氧器压力、液位两台调节阀的PID参数。此两台调节阀由SIEMENS公司6ES7-400系统控制，调节阀通过S7程序中的FB41(PID控制块，S7程序自带）控制其动作。通过控制真空除氧器供水调节阀，减小真空除氧器水位、压力瞬间波动，减小真空除氧器用蒸汽量波动，进而减小真空除氧器对锅炉水位的影响。调整1号、2号真空除氧器水箱水位调节阀及1号、2号真空除氧器蒸汽压力调节阀PID参数（此处调整的PID参数为S7程序中调用的FB41的输入值，由于每台调节阀需调用FB41一次，因此要对每台调节阀分别设置P、I、D值）。这里采用的是试凑法，调整过程在很多相关业论文中均有介绍，本文不再赘述。通过以上参数调整，控制这4台调节阀调节动作时间。先使真空除氧器供水量尽量平稳，然后调整真空除氧器用蒸汽量使其平稳。真空除氧器给水调节阀PID参数由原来的0.1、15000、0改为0.002、10000、10000;真空除氧器压力调节阀PID参数由原来的0.5、15000、0改为0.2、10000、10000.
       (4)全开1号、2号真空除氧器之间的气平衡管，保证两台真空除氧器压力平衡；放散管开度保持一致。       (1)~(3)步实施完成后，基本可以保证真空除氧器水位、水压及锅炉水位的稳定，但真空除氧器水位仍有缓慢的大幅度波动。
       目前，1号、2号真空除氧器之间的水连通管正常使用时连通，由于1号、2号真空除氧器运行时产生的压力差，导致1号真空除氧器的水经常由于压差被压至2号真空除氧器，或2号真空除氧器的水被压至1号真空除氧器，引起水位大幅度波动。因此，将1号、2号真空除氧器之间的蒸汽连通管手动截止阀由原开度60%改为100%,以减小两台真空除氧器之间的压力差对水位的影响.
       调整后真空除氧器蒸发量与锅炉蒸发量均很平稳，见图3（图1、3中的HMI计算机监控趋势曲线原来不在一个图内，为说明问题方便，编写本文时归纳到一起）。在外网没有剧烈、大量用气量波动的情况下，蒸发量波动在3t/h以内，液位在25~48mm（中水位为30mm)之间波动，波动时偏离中水位小于±13mm.
       本项目利用现有设备，开发设备潜在能力，在分析了汽包水位周期性波动问题的成因后解决问题。整个改造不需花费任何费用。改造后设备运行稳定，可以克服原控制方式的诸多不利影响，保证了锅炉的稳定运行，创造了长期的经济效益。