摘 要: 鍋爐汽包液位的準(zhǔn)確測(cè)量、穩(wěn)定控制和可靠運(yùn)行是鍋爐安全運(yùn)行的重要保證。通過(guò)幾種汽包液位計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)的比較認(rèn)為: 應(yīng)優(yōu)先選擇磁翻板液位計(jì)、差壓法液位計(jì)及電接點(diǎn)液位計(jì)。再根據(jù)實(shí)際情況確定汽包液位是否需要補(bǔ)償，以及是否需要采用三沖量等復(fù)雜的方式去控制。

鍋爐汽包液位的準(zhǔn)確測(cè)量、穩(wěn)定控制和可靠運(yùn)行是鍋爐安全運(yùn)行的重要保證。液位計(jì)選型、安裝不當(dāng)，容易發(fā)生液位計(jì)炸裂、高溫水汽外漏、液位測(cè)量不準(zhǔn)甚至失靈。汽包液位過(guò)高或急劇波動(dòng)會(huì)引起蒸汽品質(zhì)惡化和帶水，造成受熱面結(jié)鹽，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)水沖擊振動(dòng)、葉片損壞; 液位過(guò)低會(huì)引起排污失效，爐內(nèi)加藥進(jìn)入蒸汽，甚至引起下降管帶汽，影響爐水循環(huán)工況，造成爐管大面積爆破。因汽包液位引發(fā)的惡性事故至今仍時(shí)有發(fā)生，或者是險(xiǎn)情不斷。

1 鍋爐汽包液位測(cè)量

1. 1 汽包液位計(jì)

汽包液位計(jì)的設(shè)計(jì)，一般選用磁翻板液位計(jì)液位計(jì)和差壓遠(yuǎn)傳液位計(jì)。但也有人認(rèn)為: ①磁翻柱液位計(jì)盡管是間接觀察液位，但耐高溫高壓，全金屬結(jié)構(gòu)，壽命長(zhǎng)、密封性好、不易泄漏; ②高壓玻璃板式液位計(jì)因價(jià)格昂貴、泄漏點(diǎn)多、維修困難而應(yīng)逐步退出中壓鍋爐領(lǐng)域; ③電接點(diǎn)液位計(jì)在長(zhǎng)期使用中易受腐蝕和結(jié)垢而不可靠; ④差壓變送器特別容易受鍋爐汽包內(nèi)壓力和蒸汽量變化影響，須經(jīng)常校正零點(diǎn)和量程，維護(hù)工作量多，甚至認(rèn)為此種測(cè)量方式的不確定因素和工作量都不能滿(mǎn)足生產(chǎn)和安全需求; ⑤電容式液位計(jì)在使用過(guò)程中，電容測(cè)量極板容易受水質(zhì)結(jié)垢影響，且鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，蒸汽量、溫度及壓力隨工況變化而快速變化，水和汽混合體的介電常數(shù)也是時(shí)刻變化，采用人工補(bǔ)償?shù)姆绞讲荒軓母�本上消除，容易造成虛假水位現(xiàn)象［1］ 。

有人建議: 以現(xiàn)場(chǎng)磁翻板液位計(jì)為基準(zhǔn)，增加視頻監(jiān)控和遠(yuǎn)傳顯示功能，滿(mǎn)足在主控室監(jiān)視鍋爐汽包水位的真實(shí)情況; 取消電接點(diǎn)液位計(jì)改成磁質(zhì)伸縮鍋爐汽包液位計(jì); 取消差壓鍋爐汽包液位計(jì)，改成智能導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì); 使用智能電容式液位計(jì)，能夠?qū)σ合嘟橘|(zhì)介電常數(shù)變化、汽相介質(zhì)介電常數(shù)變化和溫度變化同時(shí)進(jìn)行精確補(bǔ)償，具有全工況條件( 鍋爐啟、停、排污、事故工況等) 下液位準(zhǔn)確連續(xù)測(cè)控功能，耐高溫、高壓、長(zhǎng)壽命，不存在“假水位”測(cè)量。

1. 2 汽包液位測(cè)量及控制論文

有關(guān)汽包液位測(cè)量及控制的論文至今都有在發(fā)表。比如《淺析鍋爐汽包液位模糊 PID 控制的應(yīng)用》指出模糊 PID 控制響應(yīng)速度迅速、超調(diào)量更小、跟蹤精度更高［2］; 《化工裝置鍋爐汽包液位儀表選型與計(jì)算》提供了結(jié)構(gòu)補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償兩種液位補(bǔ)償方式［3］; 《基于單神經(jīng)元自適應(yīng) PSD 的汽包液位控制》能根據(jù)汽包的工況動(dòng)態(tài)整定控制參數(shù)、改善汽包液位的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性 ［4］ 。對(duì)汽包液位的控制，較為常見(jiàn)的說(shuō)法是采用三沖量控制，也有采用先進(jìn)控制系統(tǒng)控制的。

1. 3 相關(guān)規(guī)程規(guī)定

《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求每臺(tái)鍋爐至少應(yīng)安裝 2 個(gè)彼此獨(dú)立的水位表。規(guī)程沒(méi)有對(duì)鍋爐汽包使用什么樣的現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)做出規(guī)定，也沒(méi)有對(duì)控制策略做出硬性說(shuō)明。但每臺(tái)蒸汽鍋爐鍋筒( 殼) 至少應(yīng)當(dāng)裝設(shè)兩個(gè)彼此獨(dú)立的直讀式水位表，符合一定條件時(shí)鍋爐也可以只裝一個(gè)直讀式水位表。規(guī)程對(duì)汽水連接管內(nèi)徑、長(zhǎng)度、坡度等作了相應(yīng)規(guī)定，對(duì)亞臨界鍋爐水位表要求對(duì)液體密度差引起的測(cè)量誤差進(jìn)行修正。

《火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》是汽包液位計(jì)的專(zhuān)項(xiàng)規(guī)定，雖然是針對(duì)高壓以上的鍋爐，但其內(nèi)容具體、詳細(xì)，操作性強(qiáng)，重視安全，完全可作為中壓及以下鍋爐參考。規(guī)定明確說(shuō)明，汽包須配置就地水位計(jì)、差壓式水位測(cè)量裝置、電極式水位測(cè)量裝置，對(duì)差壓式水位計(jì)還有偏愛(ài)之詞。規(guī)定編制的說(shuō)明部分進(jìn)一步指出: 電極式水位測(cè)量裝置技術(shù)已有較大突破，大量長(zhǎng)期的應(yīng)用已經(jīng)證明其安全可靠、能消除汽包壓力影響、水位全程高精度的測(cè)量; 平衡容器技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)保證差壓式水位計(jì)測(cè)量精確、穩(wěn)定，并確保啟動(dòng)時(shí)投入水位保護(hù)。規(guī)定對(duì)安全給予了充分重視和具體的闡述，比如汽包水位保護(hù)和控制功能分開(kāi)、通道獨(dú)立、電源獨(dú)立等。對(duì)控制策略則沒(méi)有敘述。

2 汽包液位計(jì)的應(yīng)用實(shí)踐

美安特公司有 2 套 400 kt/a 硫磺制酸裝置。其中HRS 1. 0 MPa 汽包 2 個(gè)，各配置磁翻板液位計(jì) 1 臺(tái)、液位高高觸點(diǎn)報(bào)警 1 臺(tái)、差壓液位計(jì) 1 臺(tái)。余熱鍋爐 4. 0 MPa 汽包 2 個(gè)，各配置石英管雙色液位計(jì) 2臺(tái)、雙室平衡容器差壓液位計(jì) 2 臺(tái)。汽包液位計(jì)運(yùn)行及改造情況如表 1 所示。

圖1 是同一個(gè) 4. 0 MPa 汽包的兩個(gè)差壓液位計(jì)的對(duì)比，一臺(tái)改造一臺(tái)未改造。通過(guò)趨勢(shì)的追蹤分析，表明傳統(tǒng)差壓法液位可能會(huì)因設(shè)計(jì)、安裝等方面的不足，出現(xiàn)鍋爐啟動(dòng)期液位測(cè)量失靈的現(xiàn)象( 圖 1 中 100%液位實(shí)為虛假液位) ，這個(gè)現(xiàn)象往往又因汽包壓力的上升而自動(dòng)消失。實(shí)例中兩液位測(cè)量的重合點(diǎn)起始于 “A 點(diǎn)”，對(duì)應(yīng)的壓力值約為0. 135 MPa。由于該現(xiàn)象具有迷惑性，導(dǎo)致汽包升壓過(guò)程中液位測(cè)量問(wèn)題長(zhǎng)期得不到應(yīng)有的重視和解決，特別是相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的應(yīng)有調(diào)整。

蒸汽壓力波動(dòng)對(duì)汽包液位的影響如表 1 和圖 2所示。測(cè)試方法: 將汽包壓力先提高，然后突然全開(kāi)主蒸汽管調(diào)節(jié)閥( 并汽母管本身帶壓) ，液位控制從自動(dòng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)，然后觀察相關(guān)參數(shù)的變化。測(cè)試結(jié)果表明，蒸汽流量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，并不會(huì)對(duì)液位測(cè)量立即產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，實(shí)例中的液位變化在 38 mm 以?xún)?nèi)。液位測(cè)量也沒(méi)有出現(xiàn)明顯的時(shí)滯，這或許是得益于液位計(jì)的整改。

3 問(wèn)題探討

1) 磁翻板液位計(jì)壽命長(zhǎng)、免維護(hù)，遠(yuǎn)比石英管液位計(jì)安全可靠。雖然其價(jià)格貴，但從安全角度考慮，還是盡量選用。

2) 差壓液位計(jì)也是壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、安全可靠的汽包液位測(cè)量?jī)x表。因其涉及面廣，容易受設(shè)計(jì)、安裝的影響而讓人誤解。導(dǎo)壓管建議能設(shè)計(jì)成無(wú)須伴熱的較好。如果采用蒸汽伴熱、電伴熱，伴熱管與導(dǎo)壓管之間宜先采用石棉繩等保溫材料預(yù)先隔離一層。如果采用蒸汽伴熱，較好同時(shí)施工四氟電伴熱以備不時(shí)之需。由于排污閥使用幾次后可能會(huì)出現(xiàn)關(guān)閉不嚴(yán)，建議終端配備容易拆裝的堵頭。

3) 對(duì)汽包液位計(jì)，建議優(yōu)先選擇磁翻板液位計(jì)、差壓法液位計(jì)、電接點(diǎn)液位計(jì)。這些都是經(jīng)過(guò)大量用戶(hù)、長(zhǎng)期實(shí)踐運(yùn)行驗(yàn)證過(guò)的、性?xún)r(jià)比高的液位測(cè)量方式。從測(cè)量原理上講，磁翻板液位計(jì)、電容液位計(jì)、浮筒液位計(jì)和雷達(dá)液位計(jì)相比更不容易實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠、免維護(hù)運(yùn)行，如果已經(jīng)配備了，建議先作為備用�！痘鹆Πl(fā)電廠鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》中說(shuō)，選用的液位計(jì)“應(yīng)是先進(jìn)對(duì)物料的適應(yīng)能力。

該工序自投入運(yùn)行以來(lái)，工藝設(shè)備運(yùn)行情況良好，外排廢水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。尾礦中和工序 pH 值監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)表 4，尾礦中和工序生成物重金屬監(jiān)測(cè)情況見(jiàn)表 5。

由表 4 可以看出: 通過(guò)反應(yīng)釜頂部取樣口取樣，用 pH 試紙檢測(cè)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)釜內(nèi)物料 pH 值明顯提升，并且與連通管上安裝的 pH 計(jì)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)所測(cè)數(shù)值相符。

由表 5 可以看出: 通過(guò)檢測(cè)中心對(duì)反應(yīng)后的物料進(jìn)行檢測(cè)，其重金屬離子均在國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)以下，滿(mǎn)足工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

堿性礦漿中和酸性廢水的治理技術(shù)與傳統(tǒng)的石灰石、堿液法相比，在設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用等方面占有一定的優(yōu)勢(shì)，且不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用證明該技術(shù)方案可靠，治理效果理想，具有一定的推廣價(jià)值。