干熄焦锅炉水位自动调节的保护性优化控制

李彦芹

(山信软件股份有限公司 莱芜自动化分公司，山东 莱芜 271104)

0 引言

莱钢焦化厂干熄焦锅炉是干熄焦生产的重要动力设备，锅炉水位在锅炉运行中是一个重要的控制参数，它直观反映了锅炉承载负荷能力的大小。锅炉水位控制主要是保证锅炉内汽包水位维持在工艺要求范围之内，使水位不过低亦不过高，保障干熄焦锅炉系统安全稳定运行。本文主要介绍莱钢焦化厂干熄焦系统锅炉汽包水位自动调节的保护性优化控制方案和原理。

1 原有水位调节控制方式

原干熄焦锅炉水位自动调节系统中汽包液位有平衡容器(汽包水位测量装置)两台，液位信号通过差压计算传递到DCS，由上位机软件使用两台平衡容器测量的平均值与设定值进行比较来控制锅炉主给水阀的开度，从而实现汽包水位的自动调节；现场安装双色液位计两台，由摄像头引入主控室，通过中控室人员目测来判断汽包水位进行水位安全保护，其不足之处是如果其中任何一个汽包液位导压管堵塞，远传的测量信号出现错误，且中控人员无法及时发现锅炉汽包水位显示错误，将会导致主给水调节阀自动补水，使汽包液位升高报警并联锁停机。

图1为锅炉汽包液位通过DCS远传到上位机控制原理。锅炉汽包水位通过测量装置测量之后远传到DCS柜，通过信号转换由上位机对数据进行监测，上位机采用横河CENTUM-3000软件，在系统中通过软件编程来调节锅炉给水阀的开度。设P为锅炉汽包水位测量装置1的测量值，V为锅炉汽包水位测量装置2的测量值，其平均值为B=(P+V)/2。工艺设定阈值为A，其之间的计算在程序里完成。然后用B与A进行比较，从而进行PID调节，达到控制锅炉汽包水位的目的。所以当其中一个锅炉汽包水位的测量数据出现问题时，程序中输出调节就会出现错误，导致锅炉水位过高或者过低，从而影响生产。

2 优化后水位调节控制方式

原有的锅炉水位调节控制方式存在控制缺点，因此有必要提供一种更稳定可靠的锅炉水位自动调节安全保护的控制方法。经过对现场生产状况的具体分析可知，当水位检测有误或者工艺突然大幅波动时，技术人员可通过上位机软件的一种计算方法实现锅炉的安全运行。具体的优化方法如下：

(1) 两个汽包液位差值与设定阈值比较调节。保留原有汽包液位动态平均值和设定阈值比较的PID调节控制方式，采用原有锅炉上两台平衡容器上的液位检测装置远传到DCS的数据信号，在程序中对这两个液位检测值进行差值计算，如果差值的绝对值大于DCS设定阈值，程序中判定至少其中一处汽包液位检测数据有误，此时，程序由自动调节切换到手动调节，由人工手动进行干预控制，待确保检测数据正常后再投入液位自动调节。

图1 锅炉汽包液位通过DCS远传到上位机控制原理

(2) 单个汽包液位与工艺设定值比较调节。当两个汽包液位检测同时出现故障，但它们的差值又在设定阈值的允许范围内，此时如果还继续进行自动调节，无疑会使液位调节出现偏差，甚至会引起液位的大幅波动。为了避免出现这种情况，在程序中对单个汽包液位与工艺设定值进行比较处理，如果任何一个汽包液位检测值的绝对值超出了工艺设定范围，程序判定该液位检测错误，锅炉给水调节将由自动切换到手动调节，检测液位异常原因，正常后可切换回自动调节，从而避免因液位检测故障导致液位调节出现错误。

(3) 增加声光报警功能。当以上两种情况有任一状况出现时，锅炉给水气动调节阀均保持原阀位，上位机监控系统提示“汽包液位故障，已转为手动调节，请注意操作”语音报警，且锅炉汽包上位机监控画面上弹出语音报警内容的对话框，并做颜色闪烁提示工作人员注意，然后由岗位人员参照双色液位计进行手动调节，确认两个汽包液位均恢复正常后再次投入自动调节，从而起到对锅炉给水自动调节的保护作用，提高调节的准确度。

3 优化控制后的软件程序结构

程序、画面均在原横河CENTUM3000上位机系统中编程制作，优化新增的控制程序流程如图2所示。

图2 优化新增的控制程序流程图

图2中，D1为设定的比较阈值，D2为根据干熄焦锅炉工艺设定的数据检测范围值。

锅炉汽包上的两个液位远传到DCS,在上位机显示检测值P和V，通过上位机软件计算P与V的差值，当P与V差值绝对值大于设定阈值D1，或者当P的绝对值大于D2，或者V的绝对值大于D2三种情况中的任一情况出现时，程序输出调节都由自动变为手动，同时产生声光报警，提示现场监控人员联系仪控维修人员进行检查维修。

4 具体应用

干熄焦锅炉汽包水位的自动调节优化已成功应用在莱钢焦化厂干熄焦锅炉系统中，模拟生产运行时的情况如下：

干熄焦两台平衡容器的两信号通过DCS远传到上位机，锅炉汽包液位量程为-425 mm～+425 mm,干熄焦工艺给定的设定阈值D1=50 mm、D2=100 mm。

若实际检测到的汽包液位P=25 mm,V=-30 mm,则︱P-V︱=55，差值大于50 mm，锅炉主给水调节回路退出自动，切换至手动调节，此时气动阀保持原阀位，同时产生语音报警且锅炉汽包微机画面原颜色与红颜色交替显示，并弹出对话框“汽包液位故障，已转为手动调节，请注意操作”，此时由岗位人员参照双色液位计进行手动调节。

若实际检测到的汽包液位P=110 mm,V=99 mm，P>D2,程序判定汽包液位采集错误，调节回路也退出自动，切换至手动调节，同时阀门不动作，并产生声光报警。转手动后，岗位人员联系维护人员进行检查确认，确认P和V两个汽包液位均恢复正常后再次投入自动调节，从而保证锅炉汽包液位自动调节的稳定性，保证锅炉汽包不被烧坏，避免水位过高停机影响生产。

5 结语

该优化控制投运以后，适合现场情况，能有效地避免自动调节出现误判，可靠性强，克服了原有技术对现场的不适用性，而且应用灵活，确保了锅炉安全、正常运行，提高了锅炉控制系统的控制水平，取得了可观的直接经济效益。

参考文献：

[1] 罗时政.干熄焦技术问答[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[2] 罗时政，乔继军，张丙林.干熄焦生产操作与设备维护[M].北京：冶金工业出版社，2009.