【工控老马】三冲量控制在高压汽包中的应用

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【工控老马】三冲量控制在高压汽包中的应用

三冲量控制在高压汽包中的应用

汽包水位是汽包运行的主要指标，水位过高会影响汽包的汽水分离，增加蒸汽携带的水份，汽水品质恶化，导致透平进水，损坏叶片。水位过低，则由于汽包内的水量较少而负荷却很大，水的汽化速度又快，因而汽包内的水量变化速度很快，破坏汽包与水冷壁间的水循环，如不及时控制就会使汽包内的水全部汽化。导致汽包破坏或爆炸。因此，汽包水位的控制是保证汽包安全运行的最重要条件之一。

2汽包水位的动态特性分析
2．1蒸汽负荷(蒸汽流量)对水位的影响
在传热过程不变的情况下，当出口蒸汽用量突然增加，瞬间必然导致汽包压力下降，汽包内水的沸腾加剧，水中气泡迅速增加，使得汽化量突然增多，将整个水位抬高，形成假上升液位现象。
当蒸汽流量突然增加时，由于假水位现象，在开始阶段水位不仅不会下降，反而先上升，然后下降（反之，当出口蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后上升）。蒸汽流量突然增加时，实际水位的变化Ｈ，是不考虑水面下气泡容积变化时的水位变化Ｈ1，与只考虑水面下气泡容积变化所引起水位变化H2的叠加，即
H＝Ｈ1+H2

2．2给水流量对水位的影响
当给水流量突然增大时，由于在这个时间内烟道气传给汽包的热量不变，给水温度又有比汽包内的饱和水温度低，致使汽包中气泡含量减少，导致水位虚假下降，因此实际水位响应曲线如图1（b）中H线所示，并非H1线。即当突然加大给水量后，汽包水位一开始不立即增加，而要呈现出一段起始惯性段。用传递函数来描述时，它相当于一个积分环节和一个纯滞后环节的串联，可表示为

3传统控制方案及其缺陷
汽包水位的控制手段就是控制给水,传统的单冲量(汽包水位)控制系统和双冲量（汽包水位和蒸汽流量）控制系统其本身都有不可克服的缺陷。

就单冲量控制系统而言，当蒸汽负荷突然增大，由于假水位现象，控制器不但不能开大给水阀增加给水量，而是关小控制阀，减少给水量，等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而减少，将使水位严重下降，波动很厉害，甚至会使汽包水位将到危险程度，以至发生事故。

双冲量控制系统就是在单冲量控制系统的基础上将蒸汽流量信号引入。将蒸汽流量信号引入就可根据蒸汽流量来起校正作用，纠正假水位引起的误动作，使控制阀的动作十分及时，从而减少水位的波动。但双冲量控制系统还有两个缺点：控制阀的工作特性不一定成为线性，要做到静态补偿比较困难；对于给水系统的干扰仍不能克服。

4采用三冲量控制方案对传统控制方案的改进
由于单冲量和双冲量控制系统本身的缺陷，所以在某石化公司石油化工厂裂解炉高压汽包液位控制中就采用三冲量控制系统。该控制系统就是在双冲量控制系统的基础上引入给水流量信号，利用水位、蒸汽流量和给水流量三个参数进行液面控制。在这个控制系统中，汽包水位是被控量，是主冲量信号；蒸汽流量、给水流量是两个辅助冲量信号。该控制系统实质上就是前馈加反馈控制系统，它能有效地克服假液面和给水干扰对控制系统的影响。

5 结论
应用三冲量控制系统极大地提高了控制系统的性能，改善了高压汽包的运行状况，使高压汽包的液位波动很小，液位控制非常平稳。

三冲量给水控制方式调节回路图