锅炉汽包液位计的优化改造

王玲

摘 要：在焦化企业中废热锅炉的主要功能是利用生产过程中产生的煤气和烟气剩余热量来生产水蒸气，以实现节约能源的目的。为了确保锅炉装置的正常运转，对于仪表的应用也越来越重视。本文结合自身多年的工作经验，对锅炉装置中汽包液位计进行了深入剖析，对九鑫焦化厂中传统的差压式液位变送器升级改造为低频导波雷达液位计，经实践运行监测后，该液位计不仅测量精度高，运行稳定，而且有效确保了锅炉的运行安全。

关键词：废热锅炉;汽包液位计;导波雷达;改造

0 引言

在焦化企业中锅炉汽包液位的精准测量及稳定运行是确保锅炉运行安全的重要前提。如果液位计的选型或者安装存在问题，极易诱发很多安全事故，例如液位计的炸裂、高温水汽外泄、液位计检测数据误差较大甚至检测失灵等。如果汽包的液位过高或发生剧烈的波动都会导致蒸汽品质的下降和带水，使得锅炉受热面发生结盐现象，相反，如果汽包的液位过低会引起锅炉水循环破坏，使水冷壁管的安全受到威胁，严重缺水处理不及时，会造成受热面超温爆管。因此，加强锅炉汽包液位的监测具有重要意义。

1 锅炉汽包运行概况

化工企业在生产过程中通常会产生诸多产能的反应进而产生大量的热量，如何对这些热量进行有效的利用以节约能源成本并带来经济效益，是目前化工行业的重点研究课题。而废热锅炉正是利用这些产生的剩余热量并根据热量等级来产生的不同压力的蒸汽以供其他工程或设施进行使用的設备。因此，锅炉汽包水位的高低及波动情况对锅炉的安全运行有直接影响，如果选择的液位计不合理或处理不当不仅对锅炉自身产生影响而且对工作人员的人身安全也构成一定的威胁。所以，汽包水位的监测对保证锅炉的正常运行其中重要作用，锅炉与汽包之间具有一定的动态平衡关系，锅炉给水在汽包内部会不停地发生气化沸腾现象，就会导致气相与液相的接触面形成水汽混合的剧烈沸腾状况，产生虚假液位，这是汽包液位的一个技术难点和瓶颈。

2 传统平衡容器式差压液位计

2.1 平衡容器式差压液位计的组成及工作原理

其中：H为汽包的液位;L为平衡容器的测量量程;ρ1为平衡容器内凝结水的密度;ρ"为汽包内饱和蒸气的密度;ρ'为汽包内饱和水的密度;P+为压力变送器正端压力;P-为压力变送器负端压力。

如图1所示，平衡容器式差压液位计主要由平衡容器、压力信号导管以及差压计三部分组成。其工作原理主要是通过对平衡器中的静压力与容器中的实际水位产生的静压力的压力差值进行测量，然后再利用差压变送器将测量的差压值转换为电信号并传输到DCS进行水位情况的监测。

正压管从平衡容器中引出，而负压管是从密闭容器水侧连通管中引出。针对单室平衡容器，当水面的高度L一定时，水面增高时水就会通过汽侧连通管溢流到密闭容器内;需要降低时，由蒸汽冷凝水进行补充。所以当平衡容器中的水密度一定时，正压管的压力值为定值，负压管与密闭容器相连通输出的压力情况反映了容器中水位的变化情况。

2.2 传统平衡容器式差压液位计应用中存在的缺陷

之前九鑫焦化厂锅炉汽包液位计一直采用的是差压式变送器，容器的正负取样孔安装带法兰的阀门，正压侧安装单室平衡容器提供稳定的参考迁移压力值，负压侧根据水位高低提供变化的压力。安装管路长，测量水位采用单室平衡容器仪表管内凝结水传递信号。在长期使用过程中经常发生水介质结晶、接头生锈、阀门堵塞、内漏等情况，更换工作时间也较长。而且每次检修之后在投运前要对容器罐进行加满水才能确定仪表零点。因正压侧介质是汽体，投入前汽体需要在单室平衡容器和较长的仪表管内冷却成水，一方面传递介质受环境影响，别一方面给仪表提供稳定的压力信号，时间较长。运行起来之后曲线波动大的现象，容易造成锅炉补水不稳定，汽带水现象发生，严重影响供汽质量。因此，我们对传统的平衡容器式差压液位计改造为低频导波雷达液位计。

3 低频导波雷达液位计

3.1 低频导波雷达液位计的工作原理

导波雷达液位计主要是利用电磁波来进行汽包液位测量的一种测量仪器。导波雷达液位计的工作方式主要是发射、接收两个工作方式。其工作原理主要是利用自身携带的导波天线发射出低频的电磁波，当电磁波遇到液面以后，介电常数就会发生变化，致使探头特性阻抗变化，进而信号被反射回接收天线，仪表通过检测出发射波及回波的时间差后，再经过智能计算后最终测量出液位的高度。

3.2 导波雷达液位计的应用优势分析

九鑫焦化厂，所采用的导波雷达液位计采用的工频脉冲信号为2GHz左右，较低的频率设计可以使导播雷达在传输中更好的穿透蒸汽，其可以测量的范围在导播杆（6m以内）或缆（70m以上）以内任意设定数值。因为脉冲信号的传播主要是通过导波杆进行传播的，所以，它不同于之前所使用的平衡容器式差压液位计，它的性能不受空气和凝结水所产生的影响。对于不同的测量介质，介质的导电性或介电常数越大导波雷达液位计的反射信号性能越好，所检测的结果就越精确，因此，它在锅炉汽包液位检测中发挥着巨大作用。但在实际应用过程中，这种汽包液位计所检测的结果也不是一点误差也没有，因为安装在测量筒内进行测量，上下引管的位置已经局限了导播雷达的测量范围，上下引管一般在1m以内，控制的液位一般选取量程的中间位，基本都能满足汽包测量的需求，因被测液体本身以及探头的原因在检测量程的上下两部分区域都会存在一定的死区，在上下两部分死区测量误差会相对偏大一些，在实际应用中把工况范围控制在中间区间，会达到良好的应用效果。

如图2所示：上下引管间距1000mm，控制检测液位选取了其中的600mm（-300mm至+300mm）。

低频导波雷达液位计在锅炉汽包测量中的主要优点有：

①介质的适应能力广：传感器工作时与噪音、压力、温度波动无关，而且也不受密度变化、起泡、蒸汽的影响。探头或容器壁上的附着物也不影响测量。经过微处理器对信号进行处理，运算速度快，测量精度高，信号传输稳定，而且安装方便。不会在冬季冻表现象发生;

②补偿测量技术的应用：传统的测量方式，液位会受到压力，温度的变化有相应的误差，导播雷达在大部分锅炉汽包应用中都可以把误差控制在很小的范围内（3%左右）而不需要进入控制系统进行补偿运算，在温度高于250度，压力高于20Bar的应用工况下，随着导播雷达技术的发展，自带补偿运算的功能加入，及导播雷达本身具备了参数调整功能，对测量的精度也完全满足了工业现场控制的需求;

③测量稳定性、精度高：主流导播雷达测量精度已经达到±1mm，在实际应用中，受到介质层面的泡沫，蒸汽浓度，液位进出水位的波动影响会有相应误差的放大，但实际的应用效果已经满足了生产的需求，高稳定性，可靠性也对安全生产有较大的帮助。

4 锅炉汽包液位计对比效果分析

通过对两种汽包液位计在我厂锅炉中，进行实践监测应用后，可以看出图3中采用的差压式液位变送器，运行起来之后曲线波动大的现象，容易造成锅炉补水不稳定，汽带水现象发生，严重影响供汽质量。如图4所示为改进后的导波雷达液位计，经过实际运行检测，信号传输稳定，数据准确，运行平稳，波动小，为锅炉的正常运行提供了保障，符合测量应用要求。

5 结束语

综上所述，锅炉汽包液位计的选型和安装对于汽包液位的检测，确保锅炉的安全运行至关重要。本文通过对两种汽包液位计进行实际应用分析后，可以得出经过优化改进后的导波雷达液位计在系统中的运行更加稳定，测量数据精准，抗干扰能力较强，且操作也相对方便安全，因此，该种汽包液位计能够满足我厂对于液位的测量应用要求，是一种性价比较高的仪表，应用前景十分广泛。

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