高精度污水流量計在鍋爐給水調節上應用中缺點和優勢
點擊次數：2468 發布時間：2020-12-24 03:20:34
傳統鍋爐給水泵連續恒速運行，依靠調節給水管道調節閥和回流支路實現水位控制的調節方法，目前已經改變為采用高精度污水流量計等流量計與上位機、PLC以及變頻器控制給水泵轉速，共同參與鍋爐給水的自動實時控制，但是高精度污水流量計等流量計在其應用過程中也存在著可靠性欠佳、故障時而發生等問題，本文就其維護檢修的一些經驗、教訓，采取的較為可靠的措施作一簡述。
1 燃氣鍋爐給水自動調節原理及系統組成
1.1 燃氣鍋爐給水自動調節原理
由水泵的工作原理可知，流量與轉速成正比，電動機的轉速與電源頻率成正比，因此改變電源頻率即可改變給水泵的轉速，從而達到調節給水流量的目的。
1.2 燃氣鍋爐給水自動調節系統組成及三沖量控制
1.2.1 燃氣鍋爐給水自動調節系統組成
燃氣鍋爐給水自動調節系統由鍋爐汽包、汽包液位變送器、汽包液位控制器、蒸汽流量變送器、蒸汽壓力變送器、蒸汽閥氣電關閥、給水流量計、給水單向閥、給水泵、變頻器、上位機、PLC等組成。
1.2.2 燃氣鍋爐給水自動調節系統的三沖量控制
該系統采用三沖量控制，三沖量控制即*先保證汽包水位在允許的范圍內，其次鍋爐給水量應與蒸發量及蒸汽輸出量相適應，即水位、蒸汽和給水三沖量。系統中汽包水位是被控變量，是主沖量信號，蒸汽流量和給水流量是兩個輔助沖量信號，從物料平衡角度分析，如果鍋爐產生的蒸汽量與進入鍋爐筒體的給水量相等，鍋爐汽包水位也就保持穩定，為了消除鍋爐實際管線較長等造成的滯后時間大等多種干擾，上位機利用加減運算含PID、蒸汽前饋及補償系統來保證水位的穩定，三沖量可由蒸汽流量差壓變送器、汽包水位差壓變送器、給水量高精度污水流量計進行檢測，然后通過A/D轉換送至PLC及上位機進行加減及PID運算后，再由D/A轉換輸出電流信號控制變頻器以實現給水泵轉速的調節，從而實現對鍋爐給水量及汽包液位的自動控制。
2 鍋爐給水量及汽包水位的兩種控制狀態
由于鍋爐是一個復雜的控制系統，不僅受外界環境因素以及負荷變化的影響，而且受自身爐況等多種因素的影響，故鍋爐給水量及汽包水位的控制設置了自動、手動兩種工作狀態。
2.1 手動工作狀態
鍋爐剛開始點火或起始運行時，系統尚處在未穩定狀態，需要使用手動控制進行操作，這時調節系統就變成了單沖量調節，僅對汽包水位進行監控。
2.2 自動工作狀態
自動工作狀態即連續的三沖量自動調節狀態，當鍋爐由不穩定狀態轉為穩定運行時，將系統由手動切換至自動，這時上位機及PLC就能自動調節汽包水位及鍋爐給水量，使汽包水位保持在工藝規定的范圍內。
3 鍋爐給水量控制的優越性及常用流量計
3.1 鍋爐給水量控制的優越性
目前工業燃氣鍋爐為保證工業生產所用蒸汽的穩定，降低負荷變化對鍋爐運行的影響，一般采取多臺鍋爐并聯運行，這種情況下每臺鍋爐安裝蒸汽流量計與給水流量計，通過給水流量與蒸汽流量（無論是瞬時流量還是累計流量），對于管道或系統中“跑、冒”等失水現象，通過及時檢查就能發現異常并處理。
通過給水流量與蒸汽流量的對比還能及時發現或避免鍋爐事故的發生，如及時發現鍋爐爆管等事故，對于采用手動上水的蒸汽鍋爐，當負荷變化很大且變化頻繁時，其水位就很難控制，調整稍不及時就可能發生缺水或滿水事故。在生產運行過程中水位的變化總是滯后于負荷變化，通過觀察符合的變化，讓給水流量的調節有一個提前量，就能減小水位的波動，防止鍋爐發生缺水或滿水事故。
3.2 鍋爐給水量控制的常用流量計
3.2.1 鍋爐給水量控制的常用流量計
測量流體流量的儀表統稱為流量計或流量表。流量計是工業測量中重要的儀表之一。隨著工業生產的發展，對流量測量的準確度和范圍的要求越來越高，流量測量技術日新月異。為了適應各種用途，各種類型的流量計相繼問世。目前已投入使用的流量計已超過100種。但在燃氣鍋爐給水流量的控制中常用的有差壓式流量計、高精度污水流量計、超聲波流量計等。
3.2.2 鍋爐給水量控制的常用流量計的優缺點
（1）差壓式流量計的優缺點
差壓式流量計是一類應用*廣泛的流量計，在各類流量儀表中其使用量占居*位。近年來，由于各種新型流量計的問世，它的使用量百分數逐漸下降，但目前仍是*重要的一類流量計。其優點：①應用*多的孔板式流量，計結構牢固，性能穩定可靠，使用壽命長；②應用范圍廣泛,至今尚無任何一類流量計可與之相比擬；③檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產，便于規模經濟生產。其缺點：①測量精度普遍偏低；②范圍度窄,一般僅3:1~4:1；③現場安裝條件要求高；④壓損大（指孔板、噴嘴等）。
差壓式流量計應用范圍特別廣泛，在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用。
（2）高精度污水流量計的優缺點
高精度污水流量計是根據法拉弟電磁感應定律制成的一種測量導電性液體的儀表。高精度污水流量計有一系列優良特性，可以解決其它流量計不易應用的問題，如臟污流、腐蝕流的測量。其優點：①測量通道是一段光滑直管，不會阻塞，適用于測量含固體顆粒的液固二相流體；②不產生流量檢測所造成的壓力損失，節能效果好；③所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響；④流量范圍大，口徑范圍寬；⑤可應用腐蝕性流體。其缺點：①不能測量電導率很低的液體，如石油制品；②不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體；③不能用于較高溫度。
高精度污水流量計應用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用,它在各工業部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3，并且有不斷上升的趨勢。
（3）超聲波流量計的優缺點
超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束（或超聲脈沖）的作用以測量流量的儀表。根據對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法（直接時差法、時差法、相位差法和頻差法）、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。超聲流量計和高精度污水流量計一樣，因儀表流通通道未設置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優點，近年來它是發展迅速的一類流量計之一。其優點：①可做非接觸式測量；②為無流動阻撓測量,無壓力損失；③可測量非導電性液體,對無阻撓測量的高精度污水流量計是一種補充。其缺點：①傳播時間法只能用于清潔液體和氣體，而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體；②多普勒法測量精度不高。傳播時間法應用于清潔、單相液體和氣體；氣體應用方面在高壓天然氣領域已有使用良好的經驗；多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體，通常不適用于非常清潔的液體。
3.3 鍋爐給水量控制的常用流量計維護及故障處理
3.3.1 差壓式流量計維護及故障處理
差壓式流量計的日常故障有正負引壓管堵塞、正負引壓管泄漏、引壓管積液、平衡閥泄漏、差壓變送器的正負壓室裝反、孔板流量計裝反、差壓變送器參數設置錯誤、差壓變送器零點漂移等。處理措施針對具體情況檢查疏通引壓管、孔板、校核差壓變送器等。
但其主要故障為差壓變送器零點漂移、引壓管堵塞，實際維護過程就發生過差壓變送器零點漂移、引壓管堵塞導致的自動上水控制失靈的故障。
3.3.2 高精度污水流量計維護及故障處理高精度污水流量計在實際運行過程中存在以下缺陷和故障：
（1）不能用來測量氣體、蒸汽以及含有大量氣體的液體；
（2）不能用來測量電導率很低的液體介質；
（3）普通工業用高精度污水流量計的優缺點由于測量管內襯材料和電氣絕緣材料的限制，不能用于測量高溫介質，也不能用于低溫介質的測量，以防止測量管外結露或結霜破壞絕緣；
（4）高精度污水流量計易受外界電磁干擾的影響。但其主要故障為流量計顯示為零，究其原因有傳感器零部件損壞或測量內壁有附著層和轉換器元器件損壞以及流量顯示波動較大。定期于鍋爐停產檢修時打開高精度污水流量計檢查更換損壞的元器件并清理管道結垢及傳感器內壁附著層，同時將流量傳感器與管道絕緣并單獨設置接地裝置，接地線采用截面大于4mm2的多股銅線，接地電阻應小于4Ω。實際維護過程曾經發生過傳感器零部件損壞或測量內壁有附著層導致高精度污水流量計顯示為零的故障，當時正值3臺35T燃氣鍋爐并聯運行確保公司生產用蒸汽，為確保生產的正常進行被迫加贈了一臺外夾式超聲波流量計輸出至上位機，以確保鍋爐汽包水位的自動調節，待停產檢修期間檢修高精度污水流量計恢復正常，但仍保留了超聲波流量計作為高精度污水流量計的故障備用維護方案。
3.3.3 超聲波流量計維護及故障處理
超聲波流量計實際運行過程中存在以下缺陷和故障：
（1）溫度測量范圍不高，一般只能測量溫度低于200℃的流體。
（2）抗干擾能力差。易受氣泡、結垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度。
（3）直管段要求嚴格。其為前20D后5D，否則離散性差，測量精度差。
（4）安裝的不確定性，會給流量測量帶來較大誤差。
（5）測量管道因結垢，會嚴重影響測量準確度，帶來顯著的測量誤差，甚至在嚴重時儀表無流量顯示。
（6）可靠性、精度等級不高（一般為1.5~2.5級左右），重復性差。超聲波流量計是通過測量流體速©度再乘以管道內截面積來確定流量。而該流量計無法直接測量內徑和管道圓度，只能根據外徑、壁厚按標準圓估算截面積，由此帶來的不確定性已超過1％，因此精度受到限制。
（7）使用壽命短（一般精度只能保證2年）。超聲波流量計主要故障為瞬時流量值波動大、易受現場強干擾，處理措施調整探頭位置或選擇“Z“型安裝方式提高信號強度（保持在3%以上）或采用插入式探頭，保證信號強度穩定，并且提供穩定的供電電源，超聲波流量計安裝遠離變頻器和強磁場干擾，有良好的接地線。
4 結束語
隨著電子技術、計算機技術、自動控制技術的發展，更多性能優異、工作可靠、測量精度高、抗干擾能力強、能適應惡劣的環境條件的流量計應用在生產實際中，同時根據每種流量計的適用范圍及其局限性合理選用流量計，并且日常加以精心保養、維護、維修，流量計在延長設備使用壽命、降低故障率保障生產正常運行、降低設備運行成本、節能減排、保護環境等各個方面將會發揮更大作用，帶來更大的社會效益、經濟效益。
1 燃氣鍋爐給水自動調節原理及系統組成
1.1 燃氣鍋爐給水自動調節原理
由水泵的工作原理可知，流量與轉速成正比，電動機的轉速與電源頻率成正比，因此改變電源頻率即可改變給水泵的轉速，從而達到調節給水流量的目的。
1.2 燃氣鍋爐給水自動調節系統組成及三沖量控制
1.2.1 燃氣鍋爐給水自動調節系統組成
燃氣鍋爐給水自動調節系統由鍋爐汽包、汽包液位變送器、汽包液位控制器、蒸汽流量變送器、蒸汽壓力變送器、蒸汽閥氣電關閥、給水流量計、給水單向閥、給水泵、變頻器、上位機、PLC等組成。
1.2.2 燃氣鍋爐給水自動調節系統的三沖量控制
該系統采用三沖量控制，三沖量控制即*先保證汽包水位在允許的范圍內，其次鍋爐給水量應與蒸發量及蒸汽輸出量相適應，即水位、蒸汽和給水三沖量。系統中汽包水位是被控變量，是主沖量信號，蒸汽流量和給水流量是兩個輔助沖量信號，從物料平衡角度分析，如果鍋爐產生的蒸汽量與進入鍋爐筒體的給水量相等，鍋爐汽包水位也就保持穩定，為了消除鍋爐實際管線較長等造成的滯后時間大等多種干擾，上位機利用加減運算含PID、蒸汽前饋及補償系統來保證水位的穩定，三沖量可由蒸汽流量差壓變送器、汽包水位差壓變送器、給水量高精度污水流量計進行檢測，然后通過A/D轉換送至PLC及上位機進行加減及PID運算后，再由D/A轉換輸出電流信號控制變頻器以實現給水泵轉速的調節，從而實現對鍋爐給水量及汽包液位的自動控制。
2 鍋爐給水量及汽包水位的兩種控制狀態
由于鍋爐是一個復雜的控制系統，不僅受外界環境因素以及負荷變化的影響，而且受自身爐況等多種因素的影響，故鍋爐給水量及汽包水位的控制設置了自動、手動兩種工作狀態。
2.1 手動工作狀態
鍋爐剛開始點火或起始運行時，系統尚處在未穩定狀態，需要使用手動控制進行操作，這時調節系統就變成了單沖量調節，僅對汽包水位進行監控。
2.2 自動工作狀態
自動工作狀態即連續的三沖量自動調節狀態，當鍋爐由不穩定狀態轉為穩定運行時，將系統由手動切換至自動，這時上位機及PLC就能自動調節汽包水位及鍋爐給水量，使汽包水位保持在工藝規定的范圍內。
3 鍋爐給水量控制的優越性及常用流量計
3.1 鍋爐給水量控制的優越性
目前工業燃氣鍋爐為保證工業生產所用蒸汽的穩定，降低負荷變化對鍋爐運行的影響，一般采取多臺鍋爐并聯運行，這種情況下每臺鍋爐安裝蒸汽流量計與給水流量計，通過給水流量與蒸汽流量（無論是瞬時流量還是累計流量），對于管道或系統中“跑、冒”等失水現象，通過及時檢查就能發現異常并處理。
通過給水流量與蒸汽流量的對比還能及時發現或避免鍋爐事故的發生，如及時發現鍋爐爆管等事故，對于采用手動上水的蒸汽鍋爐，當負荷變化很大且變化頻繁時，其水位就很難控制，調整稍不及時就可能發生缺水或滿水事故。在生產運行過程中水位的變化總是滯后于負荷變化，通過觀察符合的變化，讓給水流量的調節有一個提前量，就能減小水位的波動，防止鍋爐發生缺水或滿水事故。
3.2 鍋爐給水量控制的常用流量計
3.2.1 鍋爐給水量控制的常用流量計
測量流體流量的儀表統稱為流量計或流量表。流量計是工業測量中重要的儀表之一。隨著工業生產的發展，對流量測量的準確度和范圍的要求越來越高，流量測量技術日新月異。為了適應各種用途，各種類型的流量計相繼問世。目前已投入使用的流量計已超過100種。但在燃氣鍋爐給水流量的控制中常用的有差壓式流量計、高精度污水流量計、超聲波流量計等。
3.2.2 鍋爐給水量控制的常用流量計的優缺點
（1）差壓式流量計的優缺點
差壓式流量計是一類應用*廣泛的流量計，在各類流量儀表中其使用量占居*位。近年來，由于各種新型流量計的問世，它的使用量百分數逐漸下降，但目前仍是*重要的一類流量計。其優點：①應用*多的孔板式流量，計結構牢固，性能穩定可靠，使用壽命長；②應用范圍廣泛,至今尚無任何一類流量計可與之相比擬；③檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產，便于規模經濟生產。其缺點：①測量精度普遍偏低；②范圍度窄,一般僅3:1~4:1；③現場安裝條件要求高；④壓損大（指孔板、噴嘴等）。
差壓式流量計應用范圍特別廣泛，在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用。
（2）高精度污水流量計的優缺點
高精度污水流量計是根據法拉弟電磁感應定律制成的一種測量導電性液體的儀表。高精度污水流量計有一系列優良特性，可以解決其它流量計不易應用的問題，如臟污流、腐蝕流的測量。其優點：①測量通道是一段光滑直管，不會阻塞，適用于測量含固體顆粒的液固二相流體；②不產生流量檢測所造成的壓力損失，節能效果好；③所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響；④流量范圍大，口徑范圍寬；⑤可應用腐蝕性流體。其缺點：①不能測量電導率很低的液體，如石油制品；②不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體；③不能用于較高溫度。
高精度污水流量計應用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用,它在各工業部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3，并且有不斷上升的趨勢。
（3）超聲波流量計的優缺點
超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束（或超聲脈沖）的作用以測量流量的儀表。根據對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法（直接時差法、時差法、相位差法和頻差法）、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。超聲流量計和高精度污水流量計一樣，因儀表流通通道未設置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優點，近年來它是發展迅速的一類流量計之一。其優點：①可做非接觸式測量；②為無流動阻撓測量,無壓力損失；③可測量非導電性液體,對無阻撓測量的高精度污水流量計是一種補充。其缺點：①傳播時間法只能用于清潔液體和氣體，而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體；②多普勒法測量精度不高。傳播時間法應用于清潔、單相液體和氣體；氣體應用方面在高壓天然氣領域已有使用良好的經驗；多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體，通常不適用于非常清潔的液體。
3.3 鍋爐給水量控制的常用流量計維護及故障處理
3.3.1 差壓式流量計維護及故障處理
差壓式流量計的日常故障有正負引壓管堵塞、正負引壓管泄漏、引壓管積液、平衡閥泄漏、差壓變送器的正負壓室裝反、孔板流量計裝反、差壓變送器參數設置錯誤、差壓變送器零點漂移等。處理措施針對具體情況檢查疏通引壓管、孔板、校核差壓變送器等。
但其主要故障為差壓變送器零點漂移、引壓管堵塞，實際維護過程就發生過差壓變送器零點漂移、引壓管堵塞導致的自動上水控制失靈的故障。
3.3.2 高精度污水流量計維護及故障處理高精度污水流量計在實際運行過程中存在以下缺陷和故障：
（1）不能用來測量氣體、蒸汽以及含有大量氣體的液體；
（2）不能用來測量電導率很低的液體介質；
（3）普通工業用高精度污水流量計的優缺點由于測量管內襯材料和電氣絕緣材料的限制，不能用于測量高溫介質，也不能用于低溫介質的測量，以防止測量管外結露或結霜破壞絕緣；
（4）高精度污水流量計易受外界電磁干擾的影響。但其主要故障為流量計顯示為零，究其原因有傳感器零部件損壞或測量內壁有附著層和轉換器元器件損壞以及流量顯示波動較大。定期于鍋爐停產檢修時打開高精度污水流量計檢查更換損壞的元器件并清理管道結垢及傳感器內壁附著層，同時將流量傳感器與管道絕緣并單獨設置接地裝置，接地線采用截面大于4mm2的多股銅線，接地電阻應小于4Ω。實際維護過程曾經發生過傳感器零部件損壞或測量內壁有附著層導致高精度污水流量計顯示為零的故障，當時正值3臺35T燃氣鍋爐并聯運行確保公司生產用蒸汽，為確保生產的正常進行被迫加贈了一臺外夾式超聲波流量計輸出至上位機，以確保鍋爐汽包水位的自動調節，待停產檢修期間檢修高精度污水流量計恢復正常，但仍保留了超聲波流量計作為高精度污水流量計的故障備用維護方案。
3.3.3 超聲波流量計維護及故障處理
超聲波流量計實際運行過程中存在以下缺陷和故障：
（1）溫度測量范圍不高，一般只能測量溫度低于200℃的流體。
（2）抗干擾能力差。易受氣泡、結垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度。
（3）直管段要求嚴格。其為前20D后5D，否則離散性差，測量精度差。
（4）安裝的不確定性，會給流量測量帶來較大誤差。
（5）測量管道因結垢，會嚴重影響測量準確度，帶來顯著的測量誤差，甚至在嚴重時儀表無流量顯示。
（6）可靠性、精度等級不高（一般為1.5~2.5級左右），重復性差。超聲波流量計是通過測量流體速©度再乘以管道內截面積來確定流量。而該流量計無法直接測量內徑和管道圓度，只能根據外徑、壁厚按標準圓估算截面積，由此帶來的不確定性已超過1％，因此精度受到限制。
（7）使用壽命短（一般精度只能保證2年）。超聲波流量計主要故障為瞬時流量值波動大、易受現場強干擾，處理措施調整探頭位置或選擇“Z“型安裝方式提高信號強度（保持在3%以上）或采用插入式探頭，保證信號強度穩定，并且提供穩定的供電電源，超聲波流量計安裝遠離變頻器和強磁場干擾，有良好的接地線。
4 結束語
隨著電子技術、計算機技術、自動控制技術的發展，更多性能優異、工作可靠、測量精度高、抗干擾能力強、能適應惡劣的環境條件的流量計應用在生產實際中，同時根據每種流量計的適用范圍及其局限性合理選用流量計，并且日常加以精心保養、維護、維修，流量計在延長設備使用壽命、降低故障率保障生產正常運行、降低設備運行成本、節能減排、保護環境等各個方面將會發揮更大作用，帶來更大的社會效益、經濟效益。