鍋爐汽包液位壓力控制系統(tǒng)

1、鍋爐汽包液位壓力控制系統(tǒng)第1頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三 第一章 概述 鍋爐的汽包液位是影響鍋爐安全運行的重要參數(shù)，液位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時會導(dǎo)致蒸汽帶水增多，增加在管壁上的結(jié)垢和影響蒸汽的質(zhì)量。液位過低，則會破壞水循環(huán)，引起水冷壁管的破裂，嚴(yán)重時會造成干鍋，損壞汽包。所以其值過高過低都可能造成重大事故。壓力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是閉環(huán)的，由壓力傳感器、壓力控制器和被控對象組成。壓力傳感器測量被控壓力，并轉(zhuǎn)換成便于利用的信號形式，比較裝置將反映壓力大小的信號與給定壓力值比較，產(chǎn)生偏差信號。偏差信號通過壓力控制器作用到壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)上，按照消除偏差的方向

2、來改變被測點的壓力，將其調(diào)節(jié)到給定的希望值本。設(shè)計使用數(shù)顯PID控制儀控制氣罐壓力，要使氣罐內(nèi)氣壓維持恒定,并要求無殘差,我全部使用DDZ-型儀表完成設(shè)計,但為了系統(tǒng)的穩(wěn)定,在控制器,執(zhí)行器和變送器的基礎(chǔ)上加入隔離配電器。第2頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三第二章 鍋爐汽包液位控制設(shè)計 鍋爐是一個復(fù)雜的被控對象，主要輸入變量包括符合的蒸汽需求量、給水量、燃料量、減溫水量、送風(fēng)量和引風(fēng)量等；主要輸出變量有鍋筒液位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負(fù)壓、過?？諝猓煔夂趿浚┑?，上圖為輸入變量與輸出變量之間的相互關(guān)系。如果蒸汽符合變化或給水量發(fā)生變化，會引起鍋筒液位、蒸汽壓力

3、和過熱蒸汽溫度等的變化；而燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，還會影響鍋筒液位、過熱蒸汽溫度、過?？諝夂蜖t膛負(fù)壓、可見，鍋爐是一個具有多輸入、多輸出且變量之間相互關(guān)聯(lián)的被控對象。第3頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三鍋爐汽包液位的控制方案 根據(jù)鍋爐汽包液位特性，選取鍋爐汽包液位為被控量，給水流量為控制量，蒸汽流量和給水流量為干擾量，通過控制給水量來使鍋爐汽包液位維持在滿足負(fù)荷需求的高度。同時，為保證鍋爐安全生產(chǎn)，調(diào)節(jié)節(jié)水量的執(zhí)行機構(gòu)選取氣關(guān)式。第4頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三所謂單沖量就是指鍋爐汽包液位為被控參數(shù)，給水量作為控制變量可構(gòu)成的單回路

4、控制系統(tǒng)，如圖2.2所示。對于小型鍋爐，由于蒸汽負(fù)荷變化時假液位的現(xiàn)象不明顯，如果再配上一些聯(lián)鎖報警裝置，這種單沖量控制系統(tǒng)能滿足要求。對于負(fù)荷變動較大的大，中型鍋爐，單沖量控制系統(tǒng)不能保證液位穩(wěn)定，難以滿足液位控制要求和生產(chǎn)安全。因此，該控制方案不適用于負(fù)荷變動較大的情況。蒸汽流量是影響汽包液位最主要的擾動，也是造成假液位的主要因素。如果將蒸汽流量這一可測不可控的干擾作為前饋引入單沖量系統(tǒng)，就可以有效避免假液位引起的誤動作，并及時控制液位，減小液位波動。由此，構(gòu)成如圖2.3所示的雙沖量控制系統(tǒng)，其本質(zhì)為前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)，即給水量不僅取決于汽包液位，還受到蒸汽用量影響?？梢?，該控制方案能

5、有效適應(yīng)負(fù)荷需求變化，但對給水系統(tǒng)中的水壓等干擾因素造成的波動不能及時抑制。 單沖量控制系統(tǒng) 雙沖量控制系統(tǒng)第5頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三三沖量控制系統(tǒng) 為進(jìn)一步改善控制品質(zhì)，引入給水流量信號，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)，如圖2.4所示。所謂三沖量，值得是引入了三個測量信號：汽包液位、給水流量和蒸汽流量。三沖量控制本質(zhì)上時前饋-串級復(fù)合控制系統(tǒng)：主回路實現(xiàn)液位調(diào)節(jié)，副回路使給水流量能適應(yīng)負(fù)荷和液位要求。 三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能及時克服負(fù)荷(蒸汽量)和給水流量的干擾作用，調(diào)節(jié)精度較高，適用于汽包容積較小、負(fù)荷和給水干擾較大的場合。目前已得到了應(yīng)用，實踐證明效果良好。第6頁，共2

6、2頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三壓力傳感器/變送器液位變送器選擇TK3051L液位變送器 PTH501/502/503/504壓力傳感器/變送器采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。廣泛用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制。量 程: -0.101150(MPa) 綜合精度: 0.1%FS、0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS輸出信號: 420mA(二線制)、05V、15V、010V(三線制)供電電壓: 24DCV(936DCV) 介質(zhì)溫度: -2085150環(huán)境溫度: 常溫(-2085) 負(fù)載

7、電阻: 電流輸出型：最大800；電壓輸出型：大于50K 絕緣電阻: 大于2000M (100VDC密封等級: IP65 長期穩(wěn)定性能: 0.1%FS/年振動影響: 在機械振動頻率20Hz1000Hz內(nèi)，輸出變化小于0.1%FS電氣接口(信號接口): 四芯屏蔽線、四芯航空接插件、緊線螺母機械連接(螺紋接口): 1/2-20UNF、M141.5、M201.5、M221.5第7頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三控制器的選擇：采用上海萬訊儀表有限公司生產(chǎn)的AI系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表，其中SA-12智能調(diào)節(jié)儀控制掛件為AI-818，SA-13智能位式調(diào)節(jié)儀為AI-708型。A

8、I-818型儀表為PID控制型，輸出為420mADC信號。執(zhí)行器的選擇：RZXP型新系列氣動調(diào)節(jié)閥，產(chǎn)品公稱壓力等級有PN10、16、40、64；閥體口徑范圍DN20200。適用流體溫由-200560范圍內(nèi)多種檔次?？刂破鞯淖饔梅绞剑寒?dāng)設(shè)定值不變時，隨著測量值的增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，則稱為“正作用”方式；當(dāng)測量值不變時，設(shè)定值減小時，調(diào)節(jié)器輸出也增加，稱為“正作用”方式；如果測量值增加或設(shè)定值減小時，調(diào)節(jié)器輸出減小，則稱為“反作用”方式。 經(jīng)分析此系統(tǒng)為正作用方式。 閥的開閉選擇形式：鍋爐給水調(diào)節(jié)閥一般采用氣關(guān)式，一旦事故發(fā)生，系統(tǒng)失控，供水調(diào)節(jié)閥處于全開位置，是鍋爐不致因給水中斷燒壞，避

9、免爆炸等事故的發(fā)生。第8頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三第三章 PID對控制的影響比例P調(diào)節(jié)： 在P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號與偏差信號成比例。比例調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)，比例調(diào)節(jié)的殘差隨著比例帶的加大而加大稱為比例帶，其中KP為比例系數(shù)。人們希望盡量減小比例帶，然而，減小比例帶就等于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，其后果是導(dǎo)致系統(tǒng)的激烈振蕩甚至不穩(wěn)定。穩(wěn)定性是任何閉環(huán)系統(tǒng)的首要要求，比例帶的設(shè)置必須保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度。比例帶具有一個臨界值，此時系統(tǒng)處于穩(wěn)定邊界的情況，進(jìn)一步減小比例帶系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。積分I調(diào)節(jié)： 在I調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)的輸出信號的變化速度 與偏差信號e成正比，稱為積

10、分速度，其中TI為積分時間常數(shù)。增大積分速度將會降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直至出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過程。I調(diào)節(jié)是無差調(diào)節(jié)，只有當(dāng)被調(diào)量偏差為零時，I調(diào)節(jié)的輸出才保持不變。I調(diào)節(jié)的穩(wěn)定作用比P調(diào)節(jié)差,如果只采用I調(diào)節(jié)不可能得到穩(wěn)定的系統(tǒng)，且振蕩頻率較低。微分D調(diào)節(jié)：D調(diào)節(jié)中的輸出與被調(diào)量或其偏差對于時間的導(dǎo)數(shù)成正比，即 TD為微分時間。微分的作用在于改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。單純的微分調(diào)節(jié)器是不能工作的。因此微分調(diào)節(jié)只能起輔助的調(diào)節(jié)作用，與P結(jié)合PD或與PI構(gòu)成PID調(diào)節(jié)?？傊?，PID控制器中，比例環(huán)節(jié)主要減少偏差；積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度；微分調(diào)節(jié)能加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。第9頁

11、，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三PID控制器的參數(shù)整定控制器的參數(shù)整定對系統(tǒng)的控制質(zhì)量起到了決定性的作用。確定控制器最佳過渡過程中的比例帶，積分時間TI和微分時間TD的數(shù)值稱為控制器參數(shù)整定。整定參數(shù)的順序是，先整定比例帶，待過渡過程穩(wěn)定后再加入積分作用以消除余差，最后加入微分，以加快過渡過程，進(jìn)一步提高控制質(zhì)量。PID控制器的經(jīng)驗法整定：先將TD置為0，置TI為，先整定比例帶使之達(dá)到4：1衰減過程，然后將比例帶放大（10%-20%），而積分時間TI由大到小逐步加入，直至達(dá)到4：1的衰減過程，然后將比例帶減小到比原值?。?0%-20%）的位置，而積分時間也適當(dāng)減小，再把

12、TD由小到大加入，觀察曲線，直到滿意的過程為止。第10頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三（1）給水流量的傳遞函數(shù)： （2）蒸汽流量的傳遞函數(shù)： （3）變送器的比例系數(shù)： 液位變化范圍為50mm，液位變送器的電流變化為0-10mA，所以液位變送器的比例系數(shù)為： 給水流量和蒸汽流量變送器的比例系數(shù)為： 。第四章 鍋爐汽包液位的三沖量 串級PID控制系統(tǒng)仿真第11頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三通過估算及仿真實驗根據(jù) ，給水流量信號和蒸汽流量信號的分流系數(shù)為：0.21。PID控制器的參數(shù)采用逐步逼近法，通過仿真實驗得到：（1）主控制器的PID參數(shù)為：

13、 （2）副控制器的PID參數(shù)為： 汽包液位三沖量串級PID控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)如圖4.1所示，在液位傳遞函數(shù)為 仿真結(jié)果如 圖4.2所示。在液位傳遞函為 。第12頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三 圖4.1 控制系統(tǒng) (a)液位給定值階躍跟蹤響應(yīng)時的仿真結(jié)果第13頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三 (b)在1700秒加入蒸汽流量擾動時的仿真結(jié)果 (c)在1700秒加入給水流量擾動時的仿真結(jié)果 圖4.2 仿真結(jié)果第14頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三 以鍋爐汽包液體管道或容器中的壓力作為被控制量的反饋控制系統(tǒng)。壓力控制系統(tǒng)的

14、結(jié)構(gòu)是閉環(huán)的，由壓力傳感器、壓力控制器和被控對象組成。壓力傳感器測量被控壓力，并轉(zhuǎn)換成便于利用的信號形式，比較裝置將反映壓力大小的信號與給定壓力值比較，產(chǎn)生偏差信號。偏差信號通過壓力控制器作用到壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)上，按照消除偏差的方向來改變被測點的壓力，將其調(diào)節(jié)到給定的希望值本。設(shè)計使用數(shù)顯PID控制儀控制氣罐壓力,其基本構(gòu)成如下:第五章 鍋爐汽包壓力控制設(shè)計第15頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三 要求使氣罐內(nèi)氣壓維持恒定,并要求無殘差,我全部使用DDZ-型儀表完成設(shè)計,但為了系統(tǒng)的穩(wěn)定,在控制器 執(zhí) 行器和變送器的基礎(chǔ)上加入隔離配電器。 儀表選型及主要參數(shù) 儀表選型：數(shù)顯

15、控制儀 型號：KSC5主要參數(shù)輸入信號直流電流信號：420mA、010mA、020mA可通過設(shè)置選擇直流電壓信號：15V、05V 可通過設(shè)置選擇精度測量周期：0.3s 控制周期：0.3s75.0s可設(shè)置測量精度：0.2%FS 1個字，自動對溫漂、時漂進(jìn)行補償測量分辨率：1/16000、14位A/D轉(zhuǎn)換器 顯示范圍：-19999999熱電阻輸入導(dǎo)線電阻：小于20 熱電偶輸入冷端補償范圍：060，精度1 設(shè)定精度：與顯示值一致無相對誤差 調(diào)節(jié)方式自整定PID連續(xù)控制或ON/OFF控制 比例帶：0.2%999.9% 積分時間：0s9999s 微分時間：0s3999s操作輸出限幅范圍：-6.3106.

16、3%報 警報警方式，報警靈敏度可設(shè)置報警輸出接點容量：220V AC，3A（阻性負(fù)載 ）傳感器故障繼電器輸出（擴展功能）控制輸出：420mA、010mA、020mA可通過設(shè)置選擇 精度：0.3%FS位式控制輸出：繼電器接點輸出或控固態(tài)輸出外供電源：大于30mA電源電壓：2028V DC 耗電量4W 工作環(huán)境：溫度：050 濕度：低于90RH 圖5.2 KSC5接線圖第16頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三壓力變送器型號：YBS主要技術(shù)參數(shù) 輸出信號： 420mA； 基本誤差: 0.5%、0.2% 輸出負(fù)載: 420mA 0550（24V供電時）電源電壓:24VDC183

17、6VDC使用環(huán)境: 溫 度: 防 1爆: -20+50； 液晶表頭：-10+50；其 它：-40+60； 相對濕度： 595%與膜片接觸介質(zhì)溫度100（高溫介質(zhì)可通過引壓管降溫引入）壓力過載2FS（最大量程） 重量：1Kg 量程分檔：單位MPa 圖5.3 壓力變送器接線圖第17頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三KVHV電動V型調(diào)節(jié)球閥型號：KVHV-V主要技術(shù)參數(shù)閥體：公稱通徑：25-300mm 公稱壓力：PN1.6，4.0，6.4MPa連接形式：法蘭式按JB/T79.2-94凹或按JB78-5P對夾式法蘭連接材料：WCB ZG1Gr18Ni9Ti CF3M填料：V型聚

18、四氟乙烯填料，含浸聚四氟乙烯填料，石棉紡織填料。耐高溫碳纖 維填料溫度：常溫：-20+120 散熱：+200+450閥內(nèi)組件：閥芯形式：V形缺口半球體流量特性：近似等百分比或近似直線特性及快開特性。球體閥桿材料：2Cr131Gr18Ni9Ti oCr17NI17Mo2（316L）金屬閥座材料：與閥桿材料相同，密封堆焊鈷鉻硬質(zhì)合金非金屬閥材料：增強聚四氟乙烯。執(zhí)行機構(gòu)：可選用PSQ系列、3810系列或NB系列電子式角行程執(zhí)行機構(gòu)。隔離配電器型號：KFP主要技術(shù)參數(shù)輸入信號：420mA，二線制 輸出信號：420mA、15V；配電電源：18.528.5VDC 精度：0.2%工作溫度：050 隔離電壓

19、：1500VDC 1分鐘電源電壓：24VDC10% 輸出負(fù)載電阻：5K（電壓輸出），500（電流輸出） 圖5.4 執(zhí)行器接線圖 圖5.5 信號隔離器接線圖 第18頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三第六章 儀表型號清單列表 編號 型號 數(shù)量液位變送器 CR-6031 1顯示儀表 DY2000-G 1調(diào)節(jié)器 DY2000-GJ 1伺服放大器 DFC-2100型 1電動操作器 DFD-0700 1執(zhí)行器 ZAJWA 1數(shù)顯控制儀 DKJ2100 1電動執(zhí)行器 KVHV-V 1壓力變送器 YBS 1隔離配電器 KFP 1第19頁，共22頁，2022年，5月20日，23點45分，星期三第七章 總結(jié) 通過對鍋爐汽包液位、壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計，鍋爐汽包液