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循環(huán)流化床鍋爐儀表流量計(jì)選型選購

摘要 :能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐的自動(dòng)控制,通過熱工專業(yè)根據(jù)工藝的需求,依據(jù)現(xiàn)有儀表的工作特點(diǎn),完成鍋爐測點(diǎn)位置的布置,并詳細(xì)介紹了循環(huán)流化床鍋爐自控體系設(shè)計(jì)的相關(guān)問題。在能夠滿足工藝測量的要求的前提下,該方案介紹了相關(guān)熱工儀表的工作方式,同時(shí)也減少了投資費(fèi)用,使現(xiàn)場儀表的安裝有利于工藝的運(yùn)行和儀表日常的維護(hù)。鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)投入生產(chǎn)后要求運(yùn)行效果良好,并且能夠達(dá)到工藝對控制要求的目的。

  循環(huán)流化床鍋爐 CFB(circulating fluidized-bed)鍋爐應(yīng)具有燃料良好、綠色無污染、承擔(dān)負(fù)荷大的好處,所以循環(huán)流化床鍋爐在世界各地都得到了快速的發(fā)展。隨著 CFB 鍋爐體系優(yōu)化的不斷進(jìn)步,在要求安全、經(jīng)濟(jì)合理的前提下,對自動(dòng)化控制的程度的要求也越來越高,而如何對儀表進(jìn)行選型也變的越來越重要。
 
1、自控系統(tǒng)簡介:
  依據(jù) 40 t/hCFB 鍋爐廠商生產(chǎn)的鍋爐設(shè)計(jì)測點(diǎn)和熱工專業(yè)的特點(diǎn),可以把鍋爐體系分成鍋爐煙氣體系、燃料體系,鍋爐的燃料主要含有蒸汽體系、鍋爐供給水體系、水中除氧體系、疏水體系、循環(huán)水脫鹽水體系、自動(dòng)排放污水體系。在這個(gè)工程中通常運(yùn)用多臺(tái)鍋爐共同使用,筆者用 2 臺(tái) CFB 鍋爐為例子,開展測點(diǎn)統(tǒng)計(jì),見表 1。從安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的目的出發(fā),對現(xiàn)場實(shí)際的溫度測點(diǎn)、壓力測點(diǎn)、流量測點(diǎn)、物位測點(diǎn)、分析測點(diǎn)、輸灰氣動(dòng)閥門展開儀表選型設(shè)計(jì)。制造 CFB 鍋爐的過程較為復(fù)雜,需要的測點(diǎn)與自控制線路比較多,所以在自動(dòng)控制體系中用到了 DCS 控制系統(tǒng),生成的系統(tǒng)如圖1所展示。
  依據(jù)遠(yuǎn)程控制的儀表檢測點(diǎn)提供的點(diǎn)數(shù)和工程師站組態(tài) DCS 點(diǎn)的個(gè)數(shù),***后計(jì)算出控制回路是210 個(gè)。依據(jù)能夠控制的回路情況,依照 HGT20573-2012《分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》,能夠使 CFB 鍋爐出現(xiàn)控制體系的規(guī)模 :4臺(tái)操作人員站、1個(gè) I/O 機(jī)柜、2個(gè)擴(kuò)展的機(jī)柜、1臺(tái)工程師操作站站、3臺(tái)打印機(jī)操作、1個(gè)網(wǎng)橋。其中,操作員站操作和工程師操作站并且和打印機(jī)都在操作室里面,機(jī)柜操作和網(wǎng)橋操作都位于鍋爐機(jī)柜屋內(nèi),機(jī)柜室配套的有 UPS 操作柜。儀表設(shè)計(jì)用電量為 15KV•A,兩路供電,互為冗余,1線路是 220V 交流,1線路是 380V 交流。



表 1   2 臺(tái) G F B 鍋爐系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)統(tǒng)計(jì)   個(gè)
               
系統(tǒng) 溫度 壓力 流量 物位   分析 氣動(dòng)閥
               
煙氣系統(tǒng) 4 6 3 6 0 4   4 0
               
燃料系統(tǒng) 4 1 4 6 0   0 0
               
燃料主蒸汽系 1 7 1 0 4 0   0 0
統(tǒng)              
給水系統(tǒng) 2 4 4 4   0 0
               
給水陳氧系統(tǒng) 2 1 0 0 2   0 4
               
疏水循環(huán)水 3 5 3 1   0 0
               
脫鹽水系統(tǒng)              
               
排污水系統(tǒng) 2 2 1 1   0 1
               
合計(jì) 7 6 8 1 1 8 1 2   4 5
               

圖 1	系統(tǒng)配置示意圖

圖 1 系統(tǒng)配置示意圖
 
2、儀表選型設(shè)計(jì):
   選擇儀表類型的依據(jù) HG/T20507-2014《自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》,現(xiàn)場熱工儀表以 DDZ -Ⅲ為主。下面簡單介紹 CFB 鍋爐體系儀表選型和實(shí)際安裝。

2.1、溫度儀表選型及安裝:
   在選擇溫度類型的儀表中,工作溫度長期在 400 ℃下時(shí),一般選擇用熱電阻裝置,400℃以上時(shí),普遍選用熱電偶裝置。由于鍋爐爐膛里面具有溫度高、煤粉流動(dòng)速度快、況且塵灰多的特點(diǎn),如果儀表選型不合理或者插入的深度設(shè)計(jì)不合理,就會(huì)造成生產(chǎn)運(yùn)營成本的提高,甚至對工藝操作人員有一定的人身損害。
   所以在此設(shè)計(jì)中,針對這樣的實(shí)際工況用裝配式法蘭,裝配安裝耐高溫耐磨損型熱電偶,熱電偶材質(zhì)一般會(huì)使用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的 K 型鎧裝鎳鉻 – 鎳硅熱電偶,套管一般使用 310S 材料制作,以保障熱電偶的使用壽命。鍋爐爐筒的表層溫度測量常用一片式溫度傳感器裝置,一片式探頭的直徑 D=8 mm,貼片高度是 H=12 mm,其他的遠(yuǎn)傳溫度傳感器的選型,一般是鎧裝用螺紋的形式在外面固定。
   熱電偶的插入深度應(yīng)根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì),插入的深度不同,會(huì)對測量的度、使用的壽命造成影響。由于鍋爐本身的不同結(jié)構(gòu)部位,比如,內(nèi)壁和保護(hù)層的寬厚度不一樣,溫度裝置儀表能進(jìn)入的深度必須依照鍋爐保護(hù)層的寬厚度和工作時(shí)的實(shí)際情況確定。例如爐膛 :鍋爐的內(nèi)壁厚度一般是 60 mm,保溫材質(zhì)厚度是 80 mm,保護(hù)鍋爐的內(nèi)壁板厚度是 80 mm,則保護(hù)套管需要延伸外部 240 mm。為了能夠得到準(zhǔn)確的測量溫度,并且使溫度裝置儀表的使用壽命增加,所以要伸入鍋爐內(nèi)壁 100 mm 是***合適的,因此***后溫度計(jì)裝置則需要深入 560 mm。完成插入深度的測試后,一般要有鍋爐生產(chǎn)廠家確認(rèn)合格,才能訂貨。在選擇別的溫度裝置儀表時(shí),也要依照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,根據(jù)上面描述的步驟進(jìn)行選型。

2.2、壓力儀表選型及安裝:
  循環(huán)流化床鍋爐的內(nèi)壁、能夠分開的裝置進(jìn)口壓力的測點(diǎn),壓力裝置儀表選型的過程中要想到溫度高、流速快、顆粒粉塵相互混合的實(shí)際狀況,本著安全可靠、成本低及工況穩(wěn)定能滿足工藝要求的原則,儀表裝置一般選擇用壓力管引壓、單晶硅諧振式的壓力裝置變送器。在進(jìn)行安裝和生產(chǎn)過程中,要解決防止導(dǎo)壓管堵塞和除去粉塵等相應(yīng)工作。針對實(shí)際情況進(jìn)行防止堵塞處理的基本措施有兩種 :種是安裝的方式依照 HG/T2158-2012《自控安裝圖冊》中,HK03-R031 帶除塵裝置器的壓力表安裝的設(shè)計(jì)圖。不過這種安裝情況比較復(fù)雜,泄漏的工藝介質(zhì)比較多,進(jìn)行維護(hù)時(shí)也比較復(fù)雜。第二種安裝方式增加反吹掃氣防止堵塞裝置,這種安裝的方式基本上可以防止堵塞,但是安裝成本也較大,還必須有穩(wěn)定的儀表氣源供應(yīng),操作吹掃過程把握要準(zhǔn)。但在鍋爐實(shí)際運(yùn)行時(shí),大多數(shù)的防止堵塞的反吹掃氣裝置常常會(huì)成為閑置沒用的裝置。
 
2.3、流量儀表選型及安裝:
  CFB 鍋爐一次風(fēng)和二次風(fēng)測量試驗(yàn)的工作中,由于多數(shù)的鍋爐生產(chǎn)廠家裝置的直管段管道線比較短,大多數(shù)測量風(fēng)量的流量計(jì)要求前后管道的直管段在管道直徑的2倍以上,風(fēng)流速大,所以,在這種設(shè)計(jì)選擇流量測量一次表的時(shí)候,應(yīng)采取抗震漩渦流量計(jì),如果不考慮儀表的抗震能力,否則可能會(huì)影響儀表測量的準(zhǔn)確度。
 

2.4、物位和分析儀表選型及安裝:
   在安裝鍋爐汽包液位和聯(lián)排液位檢測時(shí),由于汽泡的溫度在 253 ℃(40 t/h 的鍋爐)左右,聯(lián)排溫度在 170 ℃左右,所以在液位測量時(shí),必須安裝平衡容器。檢測爐膛內(nèi)的燃燒狀況,需安裝氧化鋯檢測爐膛內(nèi)的氧含量,依照鍋爐內(nèi)壁深度是 700 mm,并且需要安裝防塵過濾的相應(yīng)裝置。
   原來設(shè)計(jì)的輸灰閥是閥體和氣體同為一起的,包含填料函,因?yàn)樘盍虾睦匣瑢?dǎo)致灰塵有可能泄漏,經(jīng)過連接的殼體擴(kuò)散出去,在氣缸活塞工作過程中產(chǎn)生磨損,同時(shí)在氣缸兩側(cè)漏氣,從而使氣缸發(fā)產(chǎn)生故障,***后使輸灰閥動(dòng)作受阻。另一個(gè)不能不重視的問題就是 :粉塵會(huì)從氣源管內(nèi)部沿著氣源管線進(jìn)入到共同控制箱直接破壞電磁閥的正常工作,這也是輸灰系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的問題。

 
3、輸灰閥發(fā)生故障造成的后果:
 
(1)輸灰閥經(jīng)常出現(xiàn)故障,使閥的更換時(shí)間頻繁,增加了現(xiàn)場儀表維護(hù)人員的工作量。

 
(2)拆卸管道時(shí)會(huì)使里面的粉塵擴(kuò)散,造成污染環(huán)境,并且對相關(guān)的儀表維修人員健康造成傷害。
 
 
4、改造方案:
 
(1)設(shè)計(jì)總體的思路 :把輸出灰閥整體設(shè)計(jì)密封的填料改用為敞開式填料設(shè)計(jì),這樣灰塵就不能進(jìn)入氣缸。填充材質(zhì)泄漏時(shí)可以直接用肉眼判斷,對填料固定和更換有一定的作用。
 
(2)輸灰閥氣缸和閥體連接板之間應(yīng)該有 100 mm 間距距離,利于獨(dú)立的填料固定和觀察。
(3)安裝輸灰閥氣缸和閥體連接板雙頭螺栓,這樣利于固定氣缸和閥體兩者之間的連接。
 
(4)新安裝的閥體和氣缸連接必須加大閥桿的長度到 100 mm,它的閥桿兩頭仍然是和插板線、活塞連接的。
 
(5)把封閉式填料改成敞開式填料安裝,必須在閥體上扎孔串絲,然后加工新填料壓蓋來固定填料。
 
 
5、運(yùn)行效果:
 
(1)例如,40 t/h 的循環(huán)流化床鍋爐除灰塵系統(tǒng)為了保障社會(huì)的穩(wěn)定運(yùn)行,應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)布局城市的消防設(shè)施,建立專業(yè)的應(yīng)急消防體系,科學(xué)設(shè)置城市應(yīng)急消防體系,并對城市的消防人員進(jìn)行定期

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