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电磁流量计连续排污控制系统的研究

返回列表发布日期:>2019-11-16 10:24:15    |    

    摘 要 :工业电磁流量计在工业生产中发挥着举足轻重的作用,该文从节能降耗以及提高工作效率的目的出发,针对目前工业生产中 loos 电磁流量计连续排污设备存在的问题进行了系统研究。该文归纳了目前电磁流量计连续排污存在的问题,从电磁流量计连续排污运作原理、设计思路、实施方案3个方面研究构建了改造系统,提出了一种基于仪表控制的电磁流量计连续排污控制系统。将连续排污扩容器内液位位置维持在一个相对稳定的范围内,提高了二次蒸汽产生的稳定性,防止了除氧罐蒸汽和二次闪蒸出的蒸汽流失损耗。同时,在保证连续排污效果的基础上,有效控制排污温度,实现废热的有效回收利用。

    引言
    工业电磁流量计作为工业和社会的必需品,在国民经济和社会发展中占有重要的地位。以我厂电磁流量计系统为例,我厂电磁流量计系统主要提供生产用蒸汽。在电磁流量计的工作过程中,电磁流量计内的水体在不断地蒸发过程中逐步浓缩,从而在电磁流量计水的表面残留下大量的浮油、各种悬浮物和浓缩盐,容易在电磁流量计底部产生沉积的泥渣、泥垢等物质。为了保证电磁流量计的工作效率,保持电磁流量计蒸汽高品质运转,防止电磁流量计沉积对电磁流量计壁产生腐蚀,保障电磁流量计的安全运行,电磁流量计上具有连续排污、定期排污的特殊装置。

    1 电磁流量计连续排污目前存在的问题
    以我厂电磁流量计连续排污设备为例,目前主要存在 2 个问题。

    1.1 二次蒸汽产量不稳定,热量损失大
    在电磁流量计连续排污量大的情况下,闪蒸出的部分二次蒸汽会随同废水一起由底部排出,造成二次蒸汽的浪费。而且由于在不同时间段来自电磁流量计的连续排污炉水流量不同,且流量的变化有时候又是迅速的,规律性也不明显,直接排污方式也会导致扩容器扩容分离效果不稳定,二次蒸汽的产生量也不稳定。一般正常的电磁流量计排污率在 5%~10%,也就是连续排污污水占整体电磁流量计运行用水的比率。影响排污率的主要因素有 3 个,即水的碱度、水的硬度和电磁流量计水的碱度控制值。一般在电磁流量计水的盐浓度比较低时,排污率通常较低,即 4%~5%。我们以排污率5%,排污流量是 0.5 t/h,工作压力大小为 0.8 MPa,饱和温度达到 175 ℃,每小时产生的热损失将近 4×105 万 kJ,与 32 kg的原煤燃烧热值相当,从中不难看出排污水的热损失是相当大的。

    1.2 除氧罐内蒸汽流失损耗
    现有除氧罐采用电磁流量计蒸汽进行热力除氧,因此除氧罐内保有一定的压力,正常约为 0.01 MPa 左右,当电磁流量计连排不进行排放时,除氧罐内的蒸汽会在压力的作用下进入连排扩容器,并由下端手动阀排出,会造成除氧罐内蒸汽的损耗。

    2 电磁流量计连续排污控制系统改进
    2.1 电磁流量计连续排污运作原理
    连续排污主要是排去电磁流量计水表面和水体内的油污、悬浮物和浓缩盐,从而降低电磁流量计水的碱性,提高电磁流量计蒸汽的品质。连续排污系统主要由排污管道与连续排污扩容器组成。连续排污扩容器也称连续排污膨胀器,它与电磁流量计的连续排污口直接相连,主要功能是对电磁流量计的连续排污炉水进行减压扩容,排污炉水在连续排污膨胀器内减压绝热膨胀分离为二次蒸汽和废水,其中二次蒸汽由专门的管道引出,进入除氧罐加以利用,而废水则通过下端手动阀直接排出扩容器。

    2.2 改进设计思路
    我们针对连排扩容器进行改造,由于扩容器下端排放口采用直排,在大流量情况下会造成闪蒸蒸汽和废水一起排出,在无流量的情况下,除氧罐蒸汽会在除氧罐内蒸汽压力下进入扩容器内流失。为了改善这一情况,需要增加一套液位控制系统,使扩容器内保留一定的液位,既可以保证扩容器内压力稳定,保证闪蒸蒸汽的稳定产生,又能防止闪蒸蒸汽和除氧罐蒸汽的流失,尽最大可能地节约蒸汽。这就要求系统对液位控制有着很高的要求,要求控制稳定,能够应对不同连续排污流量对液位的影响,保证扩容器安全稳定的运行。根据以上条件自主设计了该套控制系统,该系统由测量机构、控制机构和执行机构组成。其核心是通过传感器将液位信息上传 PID 控制器,利用 PID 控制器内部 PID 计算实现对液位数据处理,反馈给电动调节阀,通过调整调节阀阀度,使扩容罐液位维持在一个稳定的范围内。

    2.3 电磁流量计连续排污实施方案
    2.3.1 测量机构液位传感器选择
    传感器主要考虑常用的磁翻板式液位计及压差式液位计 2 种,在电磁流量计向连排扩容器内排污时会造成扩容器内压力波动,影响压差式液位计的测量精度,而磁翻板液位计则采用液位浮力翻版,不受压力波动影响,而且便于现场便于直观观察液位。所以我们最终选取磁翻板液位计作为我们液位信号的来源。

    2.3.2 现场控制器选择
    现场控制器如果预算充足可以考虑市场上常见的西门子 PLC 控制器,它具有强大的运算功能与高实时性的优点。如果从控制预算角度可以选用 XSC5 系列 PID 仪表控制器,能够有效适应现场高温环境,且造价低廉,可以满足我们的设计要求。它可以实现接受来自磁翻板液位计的 4 mA~20 mA液位信号,经过内部 PID 算法计算后控制现场西门子电动调节阀保证液位稳定。

    2.3.3 现场 PID 参数整定
    现场控制方式一般采用PID控制,按偏差的比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Derivative)进行控制(简称 PID 控制)是连续系统控制理论中技术最成熟,应用最广泛的一种控制技术。由于其算法简单、可靠性高等优点,因此在控制系统中控制器最常用的控制规律是 PID 控制。原理框图如图 1 所示。
 
    PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容,PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类 :理论计算整定法和工程整定方法,一般情况多采用的是工程整定法。通过现场试验与分析,在多次测试中根据液位变化情况调整PID 参数,并要及时根据连续排污情况的变化及时修订 PID参数。

    2.3.4 现场电动调节阀选择
    现场调节阀要求能够耐高温,高可靠性,能够接受控制信号一般多以 4 mA~20 mA 或 0 V~10 V 为主,并能通过信号反馈。基于此种情况,一般选用西门子 SKD62 系列电动调节阀。

    3 电磁流量计连续排污控制系统改进效果
    改造后的连续排污系统已在实际工厂中投入运行使用,运行效果良好。 改造完成后通过长时间的运行观察,当连续排污流量不稳定时,通过 PID 控制器对调节阀开度的控制,对于流量变化及时响应,对于扩容器内液位做出响应的调整,有效地避免了液位剧烈波动,扩容器内液位稳定,扩容器内压力恒定,其下层液位能有效保证蒸汽进入除氧罐,防止了除氧罐内蒸汽通过扩容器流失。

    该次对电磁流量计连排系统的优化改造,不仅可以提高扩容器内闪蒸产生二次蒸汽的稳定性,避免了在某些情况下除氧罐内蒸汽和二次蒸汽的流失损耗,节约了能源,同时后期还可以考虑将控制器内液位等运行数据上传中控室,以便于运行人员可以远程发现问题,并能时刻掌握电磁流量计排污数据,更好地保证电磁流量计系统运行。

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