鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，為了確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)就顯得愈加重要。鍋爐設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象，主要輸入變量是負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)等；主要輸出變量是汽包水位，蒸汽壓力，過熱蒸汽溫度，爐膛負(fù)壓，過剩空氣(煙氣含氧量)等。其中鍋爐汽包水位的控制又是最主要的，為了克服虛假水位可能引起的誤動(dòng)作以及給水系統(tǒng)的干擾，引入了三沖量控制系統(tǒng)。由于目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)的鍋爐系統(tǒng)仍采用老式的儀表盤(柜)控制臺(tái)，少數(shù)采用微機(jī)控制，這其中的儀表又主要是常規(guī)儀表，這就給三沖量控制系統(tǒng)的投運(yùn)及整定帶來很大的困難，大多數(shù)此類系統(tǒng)都未能按照原始設(shè)計(jì)成功地在生產(chǎn)中運(yùn)行。本文以某大型裝置中廢熱鍋爐的三沖量控制系統(tǒng)為例，來說明三沖量控制系統(tǒng)是如何在DCS(以TDC-3000為例)中實(shí)現(xiàn)的。
2、三沖量控制方案的介紹
廢熱鍋爐是重油汽化裝置中的一關(guān)鍵設(shè)備，它利用重油汽化產(chǎn)生的高溫合成氣降溫所釋放的巨大能量來生產(chǎn)高壓蒸汽，同時(shí)對(duì)合成氣進(jìn)行冷卻。三沖量控制系統(tǒng)實(shí)施的好壞具有舉足輕重的作用：供水不足，可導(dǎo)致設(shè)備燒壞，甚至爆炸；供水太多，可能生產(chǎn)出不合格的蒸汽，影響到后續(xù)工段。其控制方案如圖1所示。
圖1 廢熱鍋爐的三沖量控制系統(tǒng)
功能框圖如圖2所示，它是采用APM的標(biāo)準(zhǔn)算法和常規(guī)控制點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。
圖2 三沖量控制系統(tǒng)功能框圖
3、三沖量控制方案的實(shí)施
①測(cè)控手段
液位測(cè)量變送器LT03采用了昌暉儀表生產(chǎn)的YR-ER101單晶硅差壓變送器，其安裝方法如圖3所示。
圖3 鍋爐汽包水位差壓變送器的安裝圖
具體安裝時(shí)，帶冷凝罐的高端接汽包水位差壓變送器的正壓室(H)，這樣變送器工作在負(fù)特性下，線性較好，而且不必進(jìn)行傳統(tǒng)意義上的負(fù)遷移。現(xiàn)場(chǎng)引壓管的敷設(shè)應(yīng)保證一定的坡度，這樣冷態(tài)開車時(shí)需要的蒸汽冷凝量才會(huì)有保證，現(xiàn)場(chǎng)指示與DCS指示才能相符。又因取樣管線靠近廢熱鍋爐，冷凝液溫度較高，可能會(huì)隨環(huán)境溫度變化，從而導(dǎo)致液位測(cè)量值輕微波動(dòng)，為消除此不穩(wěn)定因素，應(yīng)采用蒸汽全天侯伴熱，并加保溫處理。
②鍋爐汽包水位測(cè)量差壓變送器量程范圍的確定
YR-ER101單晶硅差壓變送器量程、零點(diǎn)的調(diào)整是通過HART手操器來實(shí)現(xiàn)的。鍋爐汽包水位測(cè)量差壓變送器量程下限和量程上限分別為：
變送器量程下限量程：△P0=ρ1×H=0.958×260=249mmH2O；此時(shí)，液位0%，差壓變送器輸出4mA。
變送器量程上限量程：△PF=△P0-ρ2×H=249-0.703×260=66mmH2O；此時(shí)，液位100%，差壓變送器輸出20mA；
其中ρ1為差壓變送器正、負(fù)引壓管內(nèi)冷凝液的密度，取958kg/m3；ρ2為廢熱鍋爐內(nèi)工藝介質(zhì)的密度，為確保測(cè)量精度，根據(jù)工藝條件以及液體的平均蒸發(fā)率(11.4%)，此時(shí)的密度進(jìn)行如下修正： ρ2=790.4×(1-0.114)+22.4×0.114=702.85kg/m3；
③控制方程
參照上述功能框圖，得出控制方程為：
PVCALC=C1×P1+C2×(P2-C3)+C4
公式中PVCALC為計(jì)算值(m3/h)；P1為工藝蒸汽量(m3/h)；P2為L(zhǎng)IC03的輸出值(%)C1-P1的系數(shù)(0.0005)(kg/h→m3/h)；C3-50%；C2-P2的系數(shù)(0.15)(%→m3/h)；C4偏差(0.0)
故LY03A的PV值=0.0005×FIA10.PV+0.15×(LICA03.OP-50)+0.0；
4、三沖量控制系統(tǒng)投運(yùn)
組態(tài)時(shí)將上述參數(shù)輸入DCS，在手動(dòng)狀態(tài)下，將工藝調(diào)整穩(wěn)定后即可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行投運(yùn)。
①LYC03置自動(dòng)
進(jìn)行給水流量單沖量控制(注：DCS軟件自身設(shè)置為：當(dāng)LYC03在手動(dòng)(MAN)或自動(dòng)(AUTO)方式時(shí)，系統(tǒng)只能為單沖量系統(tǒng)；當(dāng)LYC03投串級(jí)(CAS)時(shí)，LYC03自動(dòng)變?yōu)锳UTO方式，自動(dòng)投入三沖量控制。按經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行PID參數(shù)整定，得LYC03的整定，結(jié)果為K=0.17，TI=13s(積分時(shí)間)，T2=0.0(微分時(shí)間)。運(yùn)行穩(wěn)定。
②將LYC03投串級(jí)
此時(shí)LYC03自動(dòng)變?yōu)樽詣?dòng)方式，系統(tǒng)即進(jìn)行三沖量控制。進(jìn)行LYC03的PID參數(shù)整定，結(jié)果為：K=0.17，TI=13s(積分時(shí)間)，T2=0.0(微分時(shí)間)。此時(shí)投運(yùn)工作便告完成。
5、系統(tǒng)變通
本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較靈活，若實(shí)際生產(chǎn)需要，也可很容易地在原來的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)二沖量控制。只需將控制方程中的各參數(shù)作如下修改：C1=0.0；C2=0.15；C3=0.0；C4=0.4，其投運(yùn)步驟同三沖量控制系統(tǒng)。
實(shí)踐證明，與常規(guī)儀表(http://m.prosperiteweb.com/product/)相比， DCS是很容易實(shí)現(xiàn)三沖量這類高級(jí)控制方案的，該控制系統(tǒng)功能完善，運(yùn)行可靠，維護(hù)量小，保障了廢熱鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，對(duì)于其它高級(jí)先進(jìn)控制方案，在DCS中也是很容易實(shí)現(xiàn)的，這充分體現(xiàn)了DCS的高級(jí)控制功能。
作者：北京化工大學(xué)自動(dòng)化系 程新謙、厲玉鳴
