可在线整定校验的平衡容器系统及其在线整定校验方法

摘要

本发明涉及一种可在线整定校验的平衡容器系统及其在线整定校验方法，所述系统包括通过汽连管和水连管分别连接汽包汽空间和水空间的平衡容器、与平衡容器相连的差压变送器，差压变送器另外连接锅炉控制系统；平衡容器筒体上部垂直设有补水管和放空管，水连管通过三通垂直向下设有校水管，且补水管下端面设置高度为水位检测上极限位置，校水管上端面设置高度为水位检测下极限位置。系统结构简单，使用、调整方便，可实现平衡容器的免拆卸在线整定校验；其在线整定校验方法分为锅炉初装手动整定、运行中手动补偿整定和自动补偿整定三种调整方式，其整定快速有效，能够保证平衡容器工作性能稳定可靠，并可大幅度节省平衡容器的整定校验时间。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在冶金、焦化、炉窑等领域蒸汽锅炉或换热蒸发器中使用的远程监测 水位系统，尤其涉及一种可在线整定校验的平衡容器系统及其在线整定校验方法。

背景技术

蒸汽锅炉是一种常见的热交换设备，也是一种特殊的压力容器，用于生产饱和蒸汽或 者过热蒸汽。其主要受热介质为水，加热介质可以采用各种热量来源，也可以利用各种余 热资源。余热锅炉广泛应用于冶金、焦化、炉窑等行业的窑尾低温烟气、低温水源的余热 回收。

在余热锅炉的生产应用中，为保证锅炉的正常工作状态，必须保持余热锅炉的锅筒(或 者汽包)内的中间水位，目前在生产中通常采用中央控制系统对水位进行监视和调控，具 体的方法是利用远传水位检测仪表进行监测，同时连锁控制变频水泵或者连锁调节阀等方 式实现持续给水或者间断给水。

对于锅炉水位的远程检测仪表通常采用平衡容器、电接点水位计、磁浮子水位计或者 电容水位计。其中平衡容器分单室平衡容器和双室平衡容器，平衡容器是一种具有自我补 偿能力的汽包水位测量装置，目前一般采用的是双室平衡容器。其原理是利用基准压侧、 比对压侧形成的差压信号到差压变送器，差压变送器将压差转换为4-20mA模拟信号传送 到控制系统的DCS或PLC内进行比例计算，得到水位的测量值。

双室平衡容器具有测量偏差小，不受外界环境影响的优点；其变送信号为模拟信号， 采样及时、稳定、平滑，能及时反馈锅筒内的真实水位；由于结构简单，使用寿命长。但 是常用的双室平衡容器也有其固有缺点，其受汽包内部压力变化影响，水密度变化会使测 量产生偏差；如蒸汽突然泄放会使锅炉的内部压力急剧降低，基准室的饱和水会降压闪蒸， 其基准压降低，造成远传数据比实际值偏高；一般的平衡容器都是在冷态进行整定，当汽 包投入使用后，一旦因差压变送器损坏或者导压管、针阀泄漏等原因进行维修更换，就无 法在线进行整定，必须将平衡容器拆卸，使其脱离锅筒后再进行整定，或者等待停炉方能 进行整定校验。

锅炉投产前，其仪表电气都需要进行冷态整定调试，但热试初期，很多仪表就会暴露 出热态工况才会产生的问题和缺陷。尤其是锅炉水位计的调整，是一项很重要的工作，否 则就不能实现锅炉自动化补给水状态，也就不能完成锅炉自动化控制。这时只能增加人力 来监视水位和控制补水。

受常规双室平衡容器的结构限制，在锅炉热态调整期间，一旦出现问题，不能够检测 到准确的信号，就需要停炉或者拆卸平衡容器进行重新整定；既浪费人力，又会影响调试 验收进度。因此亟待对双室平衡容器的结构和整定方法进行改良，实现平衡容器在锅炉热 态时的在线整定校验。

发明内容

本发明提供了一种可在线整定校验的平衡容器系统，结构简单，使用、调整方便，可 实现平衡容器的免拆卸在线整定校验；同时提供的基于此平衡容器系统的在线整定校验方 法分为锅炉初装手动整定、运行中手动补偿整定和自动补偿整定三种调整方式，其整定快 速有效，能够保证平衡容器工作性能稳定可靠，并可大幅度节省平衡容器的整定校验时间， 节省人力物力。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

可在线整定校验的平衡容器系统，包括通过汽连管和水连管分别连接汽包汽空间和水 空间的平衡容器、与平衡容器相连的差压变送器，差压变送器另外连接锅炉控制系统；所 述平衡容器筒体上部垂直设有补水管和放空管，水连管通过三通垂直向下设有校水管，且 补水管下端面设置高度为水位检测上极限位置，校水管上端面设置高度为水位检测下极限 位置。

所述汽连管上设有汽连管阀门，水连管上设有水连管阀门，放空管上设有放空管阀门， 校水管上设有校水管阀门；补水管上设有电磁针阀和旁通管，电磁针阀两端的补水管上和 旁通管上均设手动阀。

所述平衡容器由筒体和内管组成，内管通过内部支架固定在筒体中部；筒体即基准压 侧上部与汽连管连通，下部设基准压侧管通过导压管一连接差压变送器的一个输入端，内 管即比对压侧管延伸至筒体外，一侧与水连管连通，底部通过导压管二连接差压变送器的 另一个输入端；导压管一和导压管二之间设连通管连通，且导压管一、导压管二和连通管 上均设针阀组成三阀组。

所述汽连管、水连管、补水管、放空管、校水管以及补水管上的旁通管均采用锅炉用 无缝管制造，接点处采用氩弧焊焊接，并按压力容器标准进行无损检测和水压试验。

所述导压管一、导压管二与差压变送器连接处采用耐热型硅酮密封胶密封。

基于可在线整定校验的平衡容器的整定校验方法，分为锅炉初装手动整定、运行中手 动补偿整定和自动补偿整定三种调整方式，其中锅炉初装手动整定方式用于锅炉运行前平 衡容器初装时进行整定；运行中手动补偿整定方式用于锅炉运行中平衡容器出现误差时人 工干预整定；自动补偿整定方式用于在误差较大时平衡容器自动补水补偿；具体包括如下 步骤：

1)锅炉初装手动整定：平衡容器刚安装时，差压变送器整定至技术参数要求的差压 值，满足平衡容器测量要求；关闭汽连管阀门、水连管阀门、校水管阀门、三阀组和补水 管上的阀门，打开放空管阀门，从放空管对平衡容器注水；注满后调整三阀组冲洗导压管 管路，并重新对平衡容器注满水；开启汽连管阀门进行放水，自然排水使基准压侧水位和 比对压侧水位共同达到测量基准高度，此时差压变送器输出信号为4mA，对应测量的最高 水位；再打开底部校水管阀门，使比对压侧的水自然流出，达到要求测量的最低水位，差 压变送器输出信号为20mA；关闭放空管阀门，完成平衡容器的锅炉初装手动整定过程；

2)运行中手动补偿整定：锅炉运行时，其温度较高，并且汽包有压力，不能直接开 启放空管阀门注水；此时将汽连管阀门和水连管阀门关闭，开启旁通管手动阀来注水；注 满后，关闭旁通管手动阀，缓慢开启汽连管阀门，此时即可整定最高测量水位，差压变送 器输出信号4mA；关闭汽连管阀门，并开启放空管阀门，再打开底部校水管阀门，使比对 压侧的水自然流出，此时达到要求测量的最低水位，差压变送器输出信号为20mA；关闭 放空管阀门，完成运行中手动补偿整定过程；

3)自动补偿整定：锅炉运行时，分别采用一套差压变送器装置、一套电容液位计或 磁浮子液位计装置通过远传信号进行水位监测，如采用差压变送器送出的远传信号与采用 电容液位计或磁浮子液位计的远传信号比对水位出现20mm以上误差时，控制系统启动报 警，并自动开启电磁针阀5秒钟，对基准压侧进行自动补水，达到对平衡容器自动补偿的 目的；如液位比对报警仍然继续，则再次开启控制针阀，重复三次后仍然报警，则按照步 骤2)通过人工干预补偿。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明所述平衡容器系统结构简单，使用、调整方便，可实现平衡容器的免拆卸 在线整定校验；

2)基于本发明所述平衡容器系统的在线整定校验方法分为锅炉初装手动整定、运行 中手动补偿整定和自动补偿整定三种调整方式，其整定快速有效，能够保证平衡容器工作 性能稳定可靠；

3)适用于各种采用差压方式进行远传液位检测的蒸汽锅炉和换热蒸发器，可避免运 行误差；

4)减少维修检测和整定校验的工作强度，维修整定无需拆卸设备，更加快捷便利， 可大幅度节省平衡容器的整定校验时间，节省人力物力。

附图说明

图1是本发明所述平衡容器系统的结构示意图。

图2是本发明所述平衡容器的结构示意图。

图中：1.汽包 2.汽连管阀门 3.汽连管 4.放空管 5.放空管阀门 6.补水管 7. 手动阀 8.电磁针阀 9.旁通管 10.平衡容器 101.顶盖 102.筒体 103.内部支架  104.内管(比对压侧管) 105.基准压侧管 11.导压管一 12.控制系统 13.差压变送 器 14.连通管 15.针阀 16.导压管二 17.校水管阀门 18.校水管 19.水连管 20. 水连管阀门

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，是本发明所述平衡容器系统的结构示意图，本发明所述可在线整定校验的平 衡容器系统，包括通过汽连管3和水连管19分别连接汽包1汽空间和水空间的平衡容器 10、与平衡容器10相连的差压变送器13，差压变送器13另外连接锅炉控制系统12；所 述平衡容器筒体102上部垂直设有补水管6和放空管4，水连管19通过三通垂直向下设 有校水管6，且补水管6下端面设置高度为水位检测上极限位置，校水管18上端面设置 高度为水位检测下极限位置。

所述汽连管3上设有汽连管阀门2，水连管19上设有水连管阀门20，放空管4上设 有放空管阀门5，校水管18上设有校水管阀门17；补水管6上设有电磁针阀8和旁通管 9，电磁针阀8两端的补水管6上和旁通管9上均设手动阀7。

见图2，是本发明所述平衡容器10的结构示意图。所述平衡容器10由筒体102和内 管104组成，内管104通过内部支架103固定在筒体102中部；筒体102即基准压侧上部 与汽连管3连通，下部设基准压侧管105通过导压管一11连接差压变送器13的一个输入 端，内管104即比对压侧管延伸至筒体102外，一侧与水连管19连通，底部通过导压管 二16连接差压变送器13的另一个输入端；导压管一11和导压管二16之间设连通管14 连通，且导压管一11、导压管二16和连通管14上均设针阀15组成三阀组。

所述汽连管3、水连管19、补水管6、放空管4、校水管18以及补水管6上的旁通管 9均采用锅炉用无缝管制造，接点处采用氩弧焊焊接，并按压力容器标准进行无损检测和 水压试验。

所述导压管一11、导压管二16与差压变送器13连接处采用耐热型硅酮密封胶密封。

可在线整定校验的平衡容器的整定校验方法，分为锅炉初装手动整定、运行中手动补 偿整定和自动补偿整定三种调整方式，其中锅炉初装手动整定方式用于锅炉运行前平衡容 器10初装时进行整定；运行中手动补偿整定方式用于锅炉运行中平衡容器10出现误差时 人工干预整定；自动补偿整定方式用于在误差较大时平衡容器10自动补水补偿；具体包 括如下步骤：

1)锅炉初装手动整定：平衡容器10刚安装时，差压变送器13整定至技术参数要求 的差压值，满足平衡容器10测量要求；关闭汽连管阀门2、水连管阀门20、校水管阀门 17、三阀组和补水管6上的阀门7，打开放空管阀门5，从放空管4对平衡容器10注水； 注满后调整三阀组冲洗导压管管路11和16，并重新对平衡容器10注满水；开启汽连管 阀门2进行放水，自然排水使基准压侧水位和比对压侧水位共同达到测量基准高度，此时 差压变送器13输出信号为4mA，对应测量的最高水位；再打开底部校水管阀门17，使比 对压侧的水自然流出，达到要求测量的最低水位，差压变送器13输出信号为20mA；关闭 放空管阀门5，完成平衡容器10的锅炉初装手动整定过程；

2)运行中手动补偿整定：锅炉运行时，其温度较高，并且汽包1有压力，不能直接 开启放空管阀门5注水；此时将汽连管阀门2和水连管阀门20关闭，开启旁通管手动阀 7来注水；注满后，关闭旁通管手动阀7，缓慢开启汽连管阀门2，此时即可整定最高测 量水位，差压变送器13输出信号4mA；关闭汽连管阀门2，并开启放空管阀门5，再打开 底部校水管阀门17，使比对压侧的水自然流出，此时达到要求测量的最低水位，差压变 送器13输出信号为20mA；关闭放空管阀门5，完成运行中手动补偿整定过程；

3)自动补偿整定：锅炉运行时，分别采用一套差压变送器装置、一套电容液位计或 磁浮子液位计装置通过远传信号进行水位监测，如采用差压变送器13送出的远传信号与 采用电容液位计或磁浮子液位计的远传信号比对水位出现20mm以上误差时，控制系统12 启动报警，并自动开启电磁针阀85秒钟，对基准压侧进行自动补水，达到对平衡容器 10自动补偿的目的；如液位比对报警仍然继续，则再次开启控制针阀8，重复三次后仍然 报警，则按照步骤2)通过人工干预补偿。

本发明中，所述补水管6、校水管18是双室平衡容器10实现免拆卸在线整定校验的 关键部件，分别对应平衡容器10基准压侧和比对压侧水位测量极限的最大值和最小值位 置安装，根据不同汽包1液位的测量要求，其间距可按制造技术要求调整。

补水管6上设电磁针阀8、手动阀7以及旁通管9，当电磁针阀8出现故障时，可通 过切断两侧的手动阀7，开启旁通管9上手动阀7实现电磁针阀8在线维修更换，不影响 整个系统的运行。在本发明的手动整定过程中，向平衡容器10中手动注水也是通过开启 旁通管9上的手动阀7实现的。电磁针阀8和控制系统12连接并实现联动，在自动补偿 整定时，由控制系统12控制电磁针阀8开启进行自动补水，其两侧手动阀7处于常开状 态。

本发明所述可在线整定校验的平衡容器系统，在锅炉生产的同时，不必拆卸平衡容器 10装置本体，就可以利用通过操作汽连管阀门2、水连管阀门20、补水管阀门7或8、校 水管阀门18、放空管阀门5的开闭，同时与差压变送器13检测信号相配合，达到在线整 定校验的目的。其调试过程方便、快速、准确，可在线修正数值，避免由于压力变化使平 衡容器10内饱和水闪蒸造成水位检测失准，使锅炉或换热蒸发器工作更加安全可靠。