Обсуждение проектирования, выбора и управления уровнем жидкости в котельном баке с использованием магнитных переплетающихся датчиков

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем kareale88 2 июля 2019 года в 23:02. Краткое содержание: точное измерение уровня жидкости в котельном баке, его стабильный контроль и надежная работа являются важными факторами для безопасной эксплуатации котла. По сравнению преимуществ и недостатков различных датчиков уровня в котлах можно сделать вывод, что следует отдавать предпочтение магнитным датчикам уровня, датчикам уровня на основе разницы давлений и электроконтактным датчикам уровня. Затем, исходя из фактической ситуации, определяется, требуется ли коррекция уровня жидкости в котле, а также необходимо ли использовать сложные методы управления, такие как система с трьмя импульсами. Точное измерение уровня жидкости в котловом баке, его стабильный контроль и надежная работа являются важными гарантиями безопасной эксплуатации котла. Неправильный выбор и монтаж уровнемера могут привести к его разрушению, утечке горячего водяного пара, неточному измерению уровня жидкости или даже к полной неисправности устройства. Чрезмерно высокий уровень жидкости в котловом баке или его резкие колебания могут привести к ухудшению качества пара и наличию воды в нем. Это вызывает образование солей на нагревательных поверхностях; в серьезных случаях это может привести к вибрациям турбины из-за попадания воды, а также к повреждению лопастей. Чрезмерно низкий уровень жидкости приводит к сбоям в процессе удаления отходов, к попаданию химикатов, используемых в котле, в пар. Это также может привести к попаданию пара в трубы котла, что нарушает циркуляцию воды в котле и может привести к их разрушению. Катастрофы, вызванные уровнем жидкости в котле, до сих пор происходят время от времени, или же ситуация остается опасной. 1 Измерение уровня жидкости в котельном бойлере 1.1 Датчики уровня жидкости в бойлере. Для проектирования датчиков уровня жидкости обычно используются магнитные датчики уровня и датчики уровня с передачей данных по разнице давлений. Однако некоторые считают, что: ① уровнемеры с магнитными столбиками, хотя и позволяют определять уровень жидкости косвенно, обладают высокой стойкостью к высоким температурам и давлению; имеют полностью металлическую конструкцию, долгий срок службы, хорошую герметичность и не подвержены утечкам; ② уровнемеры с высокодавленными стеклянными пластинами из-за высокой стоимости, большого количества точек утечки и сложности в ремонте должны постепенно исчезнуть из использования в котлах среднего давления; ③ электроконтактные уровнемеры со временем подвержены коррозии и налипанию накипи, что делает их ненадежными; ④ датчики разницы давлений особенно чувствительны к изменениям давления и количества пара в котле; требуется постоянная калибровка нулевой точки и диапазона измерений. Кроме того, требуется много усилий на их обслуживание. Считается, что такой способ измерения имеет слишком много факторов неопределенности и требует слишком много усилий для обеспечения производственных и безопасностных требований; ⑤ при использовании емкостных уровнемеров пластины для измерения емкости легко подвержены воздействию накипи, образующейся в воде. К тому же в процессе работы котла количество пара, температура и давление быстро меняются в зависимости от условий работы. Диэлектрическая проницаемость смеси воды и пара также постоянно меняется. Использование методов ручной коррекции не позволяет полностью устранить эти проблемы, что может привести к ошибочным показаниям уровня жидкости [1]. Предлагается использовать в качестве основы датчики уровня с магнитными переключателями, дополнив их функциями видеонаблюдения и удаленного отображения данных. Это позволит контролировать реальный уровень жидкости в котельном баке из центральной комнаты управления. Следует заменить датчики уровня с электрическими контактами на магнитные датчики уровня. Также следует отказаться от датчиков уровня на основе разности давлений в пользу интеллектуальных радарных датчиков уровня. Можно также использовать интеллектуальные емкостные датчики уровня, которые способны точно компенсировать изменения диэлектрической проницаемости жидкости и пара, а также изменения температуры. Эти датчики обеспечивают точный и непрерывный контроль уровня жидкости во всех условиях работы котла – при его запуске, остановке, очистке и в случаях аварий. Кроме того, они устойчивы к высоким температурам и давлению, имеют длительный срок службы, и не создают ошибочных показаний уровня. 1. 2 Статьи по измерению и управлению уровнем жидкости в котле. До сих пор публикуются статьи, посвященные измерению и управлению уровнем жидкости в котле. Например, в статье «Краткий анализ применения нечеткого метода PID-управления уровнем жидкости в котловом резервуаре» указывается, что нечеткий метод PID-управления обеспечивает быструю скорость реакции, меньший размер смещения и более высокую точность отслеживания уровня жидкости [2]. В статье «Выбор и расчет приборов для контроля уровня жидкости в котловых резервуарах химических установок» описываются два способа коррекции уровня жидкости: структурная и программная коррекция [3]. Статья «Управление уровнем жидкости в котловом резервуаре с использованием адаптивного метода PSD на основе одного нейрона» позволяет динамически настраивать параметры управления в зависимости от условий работы котлового резервуара, тем самым улучшая его динамические и статические характеристики [4]. Для контроля уровня жидкости в котловом баке наиболее распространенным методом является использование трехимпульсного управления; также применяется управление с помощью современных систем управления. 1. 3 Соответствующие правила предусматривают, что согласно «Правилам технического надзора за безопасностью паровых котлов», на каждом котле должно быть установлено не менее 2 независимых друг от друга приборов для измерения уровня воды. В правилах не указано, какие датчики уровня жидкости следует использовать в котельных баках, также нет четких требований к стратегиям управления. Однако в котле каждого парового котла должно быть установлено по меньшей мере два независимых прибора для измерения уровня воды с прямым отображением показателей. При соблюдении определенных условий в котле может быть установлен только один такой прибор. В правилах установлены соответствующие требования к внутреннему диаметру, длине и углу наклона труб, соединяющих паровую и водную системы. Для приборов для измерения уровня жидкости в субкритических котлах предусмотрена коррекция ошибок измерений, обусловленных разницей в плотности жидкости. «Технические требования к системам измерения уровня жидкости в котле тепловой электростанции» представляют собой специальные правила, касающиеся датчиков уровня жидкости в котле. Хотя они предназначены для котлов высокого давления, их содержание является конкретным и подробным, они удобны в применении, учитывают аспекты безопасности, и могут служить ориентиром для котлов среднего и низкого давления. В правилах четко указано, что в котле должны быть установлены датчики уровня непосредственно в котле, устройства измерения уровня на основе разницы давлений, а также устройства измерения уровня на основе электродов; при этом предпочтение отдается устройствам измерения уровня на основе разницы давлений. В разделе с пояснениями к правилам разработки далее указывается, что в технологии электродных устройств для измерения уровня воды были достигнуты значительные прорывы. Многолетний опыт применения подтверждает их безопасность и надежность, а также способность устранять влияние давления в котле и обеспечивать высокоточное измерение уровня воды на протяжении всего времени. Развитие технологий балансирных контейнеров позволяет обеспечить точное и стабильное измерение уровня воды с помощью дифференциальных датчиков, а также гарантирует защиту уровня воды в момент запуска оборудования. В правилах уделяется должное внимание безопасности и она подробно описывается: например, функции защиты и управления уровнем жидкости в котле разделены, каналы связи являются независимыми, а источники питания также независимы. О стратегии управления не говорится. 2. Практическое применение датчиков уровня жидкости в котлах. У компании Мэйанте есть 2 установки для производства серной кислоты мощностью по 400 кт/год. Среди них имеются 2 котла HRS с давлением 1,0 МПа; в каждом из них установлен по 1 датчику уровня с магнитным переключателем, 1 устройство сигнализации при высоком уровне жидкости и 1 датчик уровня на основе разницы давлений. Котел с использованием остаточного тепла, давление 4,0 МПа. Имеется 2 котла; в каждом из них установлено по 2 кварцевых датчика уровня, а также по 2 датчика уровня с двумя камерами для измерения разницы давлений. Информация о работе и модернизации датчика уровня жидкости в котловом баке приведена в таблице 1. http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/9b2f8f3ec5f505ca975200e0d3f97bea.jpghttp://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/ae440b6896652465c92c5885808454e5.jpg На рисунке 1 показано сравнение двух датчиков уровня с разницей давлений для одного и того же котла с давлением 4,0 МПа: один из датчиков был модифицирован, а другой — нет. Анализ тенденций показывает, что при использовании традиционного метода измерения уровня на основе разницы давлений могут возникать сбои в измерении уровня воды в котле в период его запуска из-за недостатков в проектировании и монтаже (уровень 100% на рисунке 1 на самом деле является ложным уровнем). Эти сбои обычно исчезают автоматически по мере повышения давления в котле. Точка совпадения измерений уровней двух жидкостей в примере начинается в «точке A», соответствующее значение давления составляет примерно 0,135 МПа. Из-за обманчивой природы этого явления проблема измерения уровня жидкости в котле в процессе повышения давления долгое время не получала должного внимания и решения, особенно что касается необходимой корректировки соответствующих проектных норм. http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/7d4b304884ab9ab7db8913336a34e9b6.jpg Влияние колебаний давления пара на уровень жидкости в котле показано в таблице 1 и на рисунке 2. Метод тестирования: сначала повышается давление в котле, затем резко полностью открывается регулирующий клапан главной паровой трубы (при этом сама труба остается под давлением). Управление уровнем жидкости переводится с автоматического на ручной режим, после чего наблюдаются изменения соответствующих параметров. Результаты тестов показали, что колебания расхода пара в определенных пределах не оказывают существенного негативного влияния на измерение уровня жидкости; в приведенном примере изменения уровня составляли не более 38 мм. У измерения уровня жидкости также не наблюдалось значительной задержки, что, возможно, связано с модернизацией уровнемера. http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/b656d41b5c52b37698ae97d35f8f1c59.jpg
http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/d2563b36eb474304071852182a37b3b1.jpg
3 Обсуждение проблемы
1) Уровнемер с магнитными перекидными дисками имеет длительный срок службы и не требует технического обслуживания; он гораздо надежнее и безопаснее, чем уровнемеры с кварцевыми трубками. Хотя он дорогой, с точки зрения безопасности его стоит выбирать. 2) Дифференциальный уровнемер также является прибором для измерения уровня жидкости в котле с длительным сроком службы, не требующим технического обслуживания и обладающим высокой надежностью. Поскольку он охватывает широкий спектр аспектов, он легко подвержен влиянию дизайна и монтажа, что может привести к недопониманию. Рекомендуется, чтобы трубопроводы для передачи давления были спроектированы таким образом, чтобы не требовать нагрева. Если используется паровое или электрическое теплообеспечение, между трубами для теплообеспечения и трубами для передачи давления рекомендуется сначала установить изоляционный слой из асбестовых веревок и других изоляционных материалов. Если используется паровое отопление, желательно одновременно установить термоэлектрическое отопление на основе тетрафторэтилена на случай непредвиденных ситуаций. Поскольку после нескольких использований клапан для сброса стоков может начать плохо закрываться, рекомендуется оснастить устройство заглушками, которые легко можно снять и установить. 3) Для уровнемеров в котле рекомендуется в первую очередь использовать уровнемеры с магнитными перекидными пластинами, уровнемеры на основе разницы давлений и электроконтактные уровнемеры. Это способы измерения уровня жидкости, которые прошли проверку в ходе длительной практической эксплуатации большим количеством пользователей и отличаются высоким соотношением цены и качества. С точки зрения принципа измерения, уровнемеры с магнитными перекидными пластинами, емкостные уровнемеры, уровнемеры с поплавком и радиолокационные уровнемеры менее подходят для длительной, стабильной и надежной работы без необходимости технического обслуживания. Если такие устройства уже имеются, рекомендуется использовать их в качестве резерва. В «Технических требованиях к системам измерения уровня жидкости в котлах тепловых электростанций» говорится, что выбираемый датчик уровня «должен обладать высокой способностью к адаптации к свойствам измеряемой среды». С момента ввода этого процесса в эксплуатацию оборудование работает стабильно, а показатели качества сточных вод соответствуют **стандартам сброса. Информация о контроле значения pH в процессе нейтрализации отходов приведена в таблице 4, а информация о контроле содержания тяжелых металлов в продуктах, образующихся в ходе этого процесса, — в таблице 5. Из таблицы 4 видно, что при взятии проб через отверстие в верхней части реактора с помощью тест-листов для измерения pH было установлено, что значение pH содержимого реактора значительно повысилось. Это значение совпадает с показаниями pH-метра, установленного на соединительной трубе для онлайн-измерений. Из таблицы 5 видно, что в результатах анализа материала после реакции, проведенного в лаборатории контроля, уровень тяжелых металлов оказался ниже установленных стандартов; следовательно, такой материал соответствует стандартам для сброса промышленных сточных вод. http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/f5685828e471e33541e3d60f5eb0b4c2.jpg
http://www.517mat.com/d/file/gsnews/2019-02-19/d6c40505d87a6aa5c181c1dc1c81a7cd.jpg
3 Заключение. Технологии нейтрализации кислых сточных вод с использованием щелочного шлама имеют определенные преимущества по сравнению с традиционными методами, основанными на использовании известняка и щелочных растворов: они позволяют сократить затраты на оборудование и эксплуатацию, к тому же не вызывают дополнительного загрязнения окружающей среды. Практическое применение показало, что данное техническое решение надежно, обеспечивает отличные результаты в борьбе с проблемой и имеет потенциал для широкого распространения.