液位檢測及控制系統(tǒng)故障現(xiàn)象診斷、分析及處理

吳國良

(上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

1 液位儀表低報警信號故障和分析

1.1 故障現(xiàn)象

操作人員反映安裝在純水罐上部的1臺液位檢測儀表LICA-701T發(fā)出了低報警信號，經(jīng)查液位儀表本身無故障，且該罐的實際液位并不低。

1.2 現(xiàn)象分析

純水罐上安裝了2臺液位檢測儀表，1臺液位表LICA-701T安裝在罐上部，負責(zé)液位控制和報警，測量范圍是H1。另一臺液位指示表L1-702T安裝在罐底部，負責(zé)整個罐的液位指示，該儀表的測量范圍為H2，2臺液位檢測儀表安裝位置如圖1所示。

圖1 2臺液位檢測儀表安裝位置示意

操作室儀表盤上的液位低報警信號是由安裝在罐上部的LICA-701T發(fā)出，它只能說明罐液位已處于罐上部區(qū)域液位儀表測量范圍H1的低限，而整個罐的液位仍很高。

還有其他幾個罐也有類似情況。當(dāng)出現(xiàn)液位儀表低報警時，首先應(yīng)弄清發(fā)生低報警信號的那臺儀表的測量范圍，低報警液位對應(yīng)罐的高度范圍。

此外，從設(shè)計意圖來看，LICA-701A是監(jiān)視和控制液位的。它發(fā)出報警，只是說明上部液位處于控制范圍的下限。如L1-702T低報警，那說明罐的液位已處于下限，有斷水的危險，必須采取緊急措施。

2 安裝在不同高度及具有不同量程范圍的2臺液位儀表的指示值比較

2.1 故障現(xiàn)象

V724罐上部和下部各安裝了1臺液位儀表，2臺儀表在DCS上顯示不同的液位值，操作人員無法判斷哪1臺表的指示正確。

2.2 現(xiàn)象分析

V724罐上部裝有液位儀表LIC-744-01T，用以控制液位，量程范圍較小，該儀表對液位變化比較靈敏，適用于液位控制。罐下部裝有液位儀表LIA-744-02T，量程范圍較大，用作整個罐的液位指示和報警。

由于2臺液位儀表的安裝位置不同，測量范圍不等，因此對應(yīng)同一實際液位高度，它們的液位指示值不同。2臺液位檢測儀表安裝位置如圖2所示。

圖2 2臺液位檢測儀表安裝位置示意

要比較2臺液位儀表的指示值，首先應(yīng)根據(jù)某1臺液位儀表的指示值來確定實際液位的物理位置。然后再根據(jù)實際液位的物理位置來計算另1臺液位儀表的指示值。

例如，LIC-744-01T指示值為50%，那么這時罐底部液位儀表的指示值應(yīng)為多少才是正確呢?

由圖2可見，LIC-744-01T的測量范圍在M和N二點之間，即2臺出口閥中心線之間的距離H1。假如液位儀表指示值是50%，這就表示實際液位在M和N二點的中間，即A點位置。LIA-744-02T的測量范圍在O和P二點之間，量程為H2。將A點高度水平移至B點處，然后計算液位高度HBP占總量程高度HOP的百分比，即，n=HBP/HOP×100%。該式算得的百分值就是LIA-744-02T的指示值。

如圖2所示，如果B點在OP之間的75%處，則LIA-744-02T的指示值應(yīng)該是75%。如2臺液位儀表都正常，則它們的指示應(yīng)該是對應(yīng)的。如果罐上裝有玻璃板液位計，可以直接確定罐內(nèi)實際液位高度，再根據(jù)上述計算方法，分別算出2臺液位儀表各自的指示值。

3 鍋爐給水除氧器液位進水控制閥控制失效

3.1 故障現(xiàn)象

鍋爐給水除氧器在低負荷生產(chǎn)時，除氧器的液位控制波動較大，進水控制閥難以控制。

3.2 現(xiàn)象分析

控制閥的口徑是根據(jù)最大負荷流量來設(shè)計的。由于開工初期，用水量少，所以除氧器負荷較低，大約只有30 t/h，正常負荷為130～140 t/h。因該控制閥的開度很小，且流量特性呈線性，所以控制閥開度稍有變化，就引起流量較大變化，液位就難以控制，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3.3 處理方法

因控制閥的口徑大，開車時小流量調(diào)節(jié)有困難，可暫將控制閥前的1臺工藝切斷閥開度減小，降低控制閥壓差，流量隨閥開度變化減小，使系統(tǒng)較易控制。隨著負荷量增大，再將工藝切斷閥開大，否則會使液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制特性變差。

4 液位控制閥全開時罐內(nèi)液體不能排出

4.1 故障現(xiàn)象

蒸汽冷凝液閃蒸罐內(nèi)的液位升高，液位控制閥LIC-734V已全開的情況下，罐內(nèi)液體仍排不出去。

4.2 故障分析

蒸汽冷凝液閃蒸罐接受高壓冷凝水HS和中壓冷凝水MS，經(jīng)減壓閃蒸而產(chǎn)生低壓蒸汽LS。罐內(nèi)冷凝液是依靠低壓蒸汽壓力通過LIC-734V送到位于蒸汽冷凝液閃蒸罐上方的冷凝水回收罐中去，如圖3所示。當(dāng)裝置未全面開工，高壓冷凝水還沒有，中壓冷凝水量較少，使蒸汽冷凝液閃蒸罐內(nèi)無法形成足夠的低壓蒸汽壓力，罐內(nèi)冷凝液不能被壓送到位于上方的冷凝水回收罐，只能通過罐底的排污閥就地排放。

圖3 冷凝水回收示意

4.3 處理方法

隨高壓、中壓冷凝水增多后，低壓蒸汽量增多，罐內(nèi)壓力升高，則液位控制恢復(fù)正常。

該現(xiàn)象不要輕易判斷為液位控制閥堵或閥芯脫落等故障，應(yīng)對控制對象的工藝狀況了解清楚，才能正確分析該現(xiàn)象的原因。

5 鍋筒液位計在未進水時液位指示波動大

5.1 故障現(xiàn)象

操作員反映中壓鍋爐鍋筒內(nèi)尚未進水，但是鍋筒液位計的液位指示波動很大。

5.2 現(xiàn)象分析

鍋爐鍋筒內(nèi)雖然尚未進水，但鍋筒液位的差壓變送器的導(dǎo)壓管內(nèi)已灌滿了隔離液，導(dǎo)壓管的保溫蒸汽也開得很大。由于鍋筒內(nèi)無壓力，導(dǎo)壓管內(nèi)的隔離液很容易在伴熱蒸汽的作用下沸騰蒸發(fā)，引起導(dǎo)壓管內(nèi)隔離液位波動。由于正負2根導(dǎo)壓管內(nèi)液位波動情況不一樣，這給差壓變送器產(chǎn)生了1個附加差壓變化，另外，隔離液被蒸發(fā)，也會造成附加壓差變化，使液位指示波動，

5.3 處理方法

關(guān)掉伴熱蒸汽或減小蒸汽量輸送量，不讓隔離液沸騰，液位指示則會穩(wěn)定。

6 負壓容器的差壓液位計指示易受伴熱蒸汽影響

6.1 故障現(xiàn)象

當(dāng)打開伴熱蒸汽以后透平驅(qū)動機復(fù)水器的液位計液位指示產(chǎn)生波動，造成系統(tǒng)控制不穩(wěn)。

6.2 現(xiàn)象分析

因為復(fù)水器處于負壓工作狀態(tài)，水在負壓下沸點低于100 ℃，所以差壓式液位計導(dǎo)壓管內(nèi)隔離液在伴熱蒸汽熱量作用下，比正壓工況下更容易產(chǎn)生沸騰和蒸發(fā)，造成隔離液位波動。又因為液位差壓變送器的測量范圍較小，隔離液位的波動對差壓變送器信號輸出影響很大，使液位指示不穩(wěn)定。

6.3 處理方法

減小伴熱蒸汽量，以免導(dǎo)壓管內(nèi)隔離液受熱沸騰，液位顯示就趨于穩(wěn)定。

7 鋼帶式液位計機械指針卡住無法轉(zhuǎn)動

7.1 故障現(xiàn)象

加氫汽油罐使用鋼帶式液位計測量液位。經(jīng)常出現(xiàn)罐的液位在上升，而現(xiàn)場鐘表式指示機構(gòu)的指針卻不同步轉(zhuǎn)動。

7.2 現(xiàn)象分析

該液位計的工作原理是當(dāng)液位上升，浮球升高，鋼帶放松時，表內(nèi)彈簧盤帶動鋼帶盤轉(zhuǎn)動，收緊鋼帶。鋼帶的轉(zhuǎn)動同時帶動了指針及梅花輪的轉(zhuǎn)動，然后再帶動氣動轉(zhuǎn)換器工作。造成機械指針不能轉(zhuǎn)動的原因一般有3個：

1)因罐內(nèi)有加氫汽油，汽油的升華物粘附在鋼帶及轉(zhuǎn)盤上，使摩擦力增加，造成鋼帶盤不易轉(zhuǎn)動。

2)當(dāng)鋼帶和鋼帶盤卡住時，一般可以轉(zhuǎn)動表外部的撥動彈簧旋鈕，使彈簧觸動鋼帶盤作小角度轉(zhuǎn)動，幫助克服摩擦力。但有時彈簧失靈，不能恢復(fù)原位，反而頂住了鋼帶盤，使鋼帶盤不能轉(zhuǎn)動。

3)鋼帶盤與氣動轉(zhuǎn)換器是靠銷子插入梅花輪凹口處而聯(lián)接起來的。由于裝配不好，銷子沒有插入梅花輪的凹口處，而是頂在梅花輪上，造成鋼帶盤和梅花輪都不能轉(zhuǎn)動。

7.3 處理方法

一般機械指針不能轉(zhuǎn)動是由于鋼帶盤卡住所引起，因此只需轉(zhuǎn)動幾下裝在表體外面的撥動彈簧旋鈕，使里面的撥動彈簧觸動鋼帶盤使之活動，即能恢復(fù)指示。如果還是不能解決問題，則應(yīng)拆開表體檢查，撥動彈簧位置是否正常，銷子與梅花輪的裝配是否正確等。此外，為防止加氫汽油升華物粘附在表體內(nèi)，也可以在表內(nèi)灌油，這樣可起到潤滑作用。但油不能灌得太滿，否則會溢流到氣動轉(zhuǎn)換器中去。

8 伴熱蒸汽系統(tǒng)失靈對差壓式液位計測量液位的影響

8.1 故障現(xiàn)象

脫甲烷塔的塔底液面指示突然下降到零。經(jīng)檢查差壓變送器并無故障。

8.2 現(xiàn)象分析

經(jīng)檢查，該故障為導(dǎo)壓管強制氣化用伴熱蒸汽系統(tǒng)失靈所造成。下面用數(shù)學(xué)推導(dǎo)方法解釋造成液位指示下降的原因。

脫甲烷塔的塔底液位測量用的差壓變送器安裝在高位，高于導(dǎo)壓管氣相引出口。正壓側(cè)導(dǎo)壓管用伴熱蒸汽進行強制氣化，導(dǎo)壓管內(nèi)的介質(zhì)受熱蒸發(fā)氣化，這樣導(dǎo)壓管內(nèi)沒有液體介質(zhì)，無需對變送器進行零點遷移操作。

設(shè)正壓側(cè)導(dǎo)壓管引出口法蘭處的壓力為pA，如圖4所示。

圖4 蒸汽伴熱管線示意

則得：

pA=p0+Hγ

(1)

式中：p0——塔的靜壓力；H——塔底液位高度；γ——介質(zhì)重度。因正壓側(cè)導(dǎo)壓管內(nèi)充滿蒸發(fā)了的介質(zhì)氣體，沒有介質(zhì)液柱壓差，所以差壓變送器正壓室的壓力p+=pA。又差壓變送器負壓室壓力p-=p0，所以作用在差壓變送器上的壓差值為

Δp=p+-p-=pA-p0=p0+Hγ-p0=Hγ

(2)

由式(2)可見，差壓變送器的輸入差壓Δp與H成正比。

當(dāng)強制氣化的伴熱蒸汽系統(tǒng)失靈時，正壓側(cè)導(dǎo)壓管內(nèi)氣體大部分冷凝成液體，壓力下降。因塔的靜壓力較高，塔底介質(zhì)被壓入正壓側(cè)導(dǎo)壓管內(nèi)，使導(dǎo)壓管內(nèi)的介質(zhì)液位上升，如圖4所示。導(dǎo)壓管上部未被冷凝的氣體被壓縮，設(shè)該處的壓力為p′+。這樣塔底正壓側(cè)導(dǎo)壓管引出口法蘭處的壓力pA為

pA=p0+Hγ(塔一側(cè))

又

pA=p′++hγ(正壓側(cè)導(dǎo)壓管)

(3)

式中：h——導(dǎo)壓管內(nèi)液柱高度。

將式(3)中兩式合并為

p0+Hγ=p′++hγ

p′+=p0+Hγ-hγ=p0+γ(H-h)

(4)

作用在差壓變送器上的壓差值為

Δp=p′+-p-=p0+γ(H-h)-p0Δp=γ(H-h)

(5)

結(jié)論如下：

1)如果環(huán)境溫度很低，正壓側(cè)導(dǎo)壓管內(nèi)介質(zhì)氣體在伴熱蒸氣失靈之后大部分被冷凝成液體，則導(dǎo)壓管內(nèi)的液柱必定被變得很高，即h>H，由式(5)可知，此時Δp<0，因此差壓變送器輸出為零，即液位指示降到零，本例屬于該情況。

2)如果發(fā)生局部伴熱蒸汽管外保溫不良，則冷凝液積聚在導(dǎo)壓管的下部，即h0即變送器有輸出，但由于h的存在，液位指示會偏低。

8.3 處理方法

查得伴熱蒸汽系統(tǒng)失靈的原因是疏水器損壞，疏水器修復(fù)后，液位指示即可正常。因此類似該測量系統(tǒng)，必須加強伴熱蒸汽系統(tǒng)的檢查。

9 玻璃板液位計上部漏氣對液位指示的影響

9.1 故障現(xiàn)象

加氫汽油裝置脫C5塔的塔底沉筒式液位計指示50%，而同位置的玻璃板液位計指示已滿度，經(jīng)查沉筒液位計零位及量程均好，玻璃液位計也沒有堵塞現(xiàn)象。

9.2 現(xiàn)象分析

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)玻璃板液位計頂部壓力表接頭處泄漏，造成玻璃板上部氣相壓力稍低，液柱被迫上壓，使得液位滿視鏡，出現(xiàn)假液位現(xiàn)象，并非沉筒液位計的故障。

9.3 處理方法

壓力表接頭處泄漏修復(fù)后，指示正常。

當(dāng)玻璃板液位計出口閥堵塞或玻璃板螺絲等部位漏氣時，會造成玻璃液位計假液位指示。因此，在把它當(dāng)作校對液位儀表指示的依據(jù)時，首先應(yīng)通過排污、查漏等操作，確認(rèn)玻璃板液位計不存在假液位現(xiàn)象。

10 差壓式液位計出現(xiàn)指示不準(zhǔn)現(xiàn)象

10.1 故障現(xiàn)象

在鍋爐升溫過程中鍋筒液位計的指示值比玻璃液位計的指示偏高。

二是做學(xué)問要“持世而救偏”。章學(xué)誠說：“學(xué)問經(jīng)世，文章垂訓(xùn)，如醫(yī)師之藥石偏枯，亦視世之寡有者而已矣。以學(xué)問文章徇世之所尚，是猶既飽而進粱肉，既暖而增狐貉也?！盵4]章學(xué)誠在致錢大昕的書札中說：“惟世俗風(fēng)尚，必有所偏……茍欲有所救挽，則必逆于時趨?！盵5]他看到了當(dāng)時的考據(jù)學(xué)，已脫離了社會現(xiàn)實，所以要“逆于時趨”，而救挽學(xué)術(shù)。章學(xué)誠倡導(dǎo)學(xué)術(shù)研究不能趨于時俗，而應(yīng)“持世救偏”,讓學(xué)術(shù)風(fēng)氣回歸中正，讓學(xué)問真正為世所用。

10.2 現(xiàn)象分析

用差壓式液位計測量液位，在計算差壓變送器的量程時，鍋筒內(nèi)水的重度是按高溫、高壓運轉(zhuǎn)條件γ水0=0.7來考慮的。 鍋爐升溫過程中，鍋筒內(nèi)壓力和溫度均未達到設(shè)計工況的值，因此水的γ水較大(γ水>γ水0)。這樣同樣的液位高度，對差壓變送器施加的差壓值就增大(即Hγ水>Hγ水0)，所以液位指示偏高，與玻璃液板位計不匹配。

10.3 處理方法

一般該情況屬于正常，無須調(diào)查。但如果工藝操作上希望在鍋爐升溫過程中能看到比較正確的液位指示，則可臨時調(diào)整差壓變送器的零點，使液位指示暫時對應(yīng)筒內(nèi)的實際液位。但隨著鍋筒的壓力和溫度上升，液位指示又會發(fā)生偏低現(xiàn)象，故需經(jīng)常去調(diào)整零位，直到筒內(nèi)介質(zhì)重度值達到正常為止。

需注意裝置中一般都用差壓變送器和沉筒液位計來測量液位，該液位計指示受工藝介質(zhì)的重度變化影響很大。在裝置開車過程或工況條件發(fā)生變化時，往往與原設(shè)計值不相等，會造成液位指示不準(zhǔn)，一般是偏高。

11 雙法蘭液位計的零位調(diào)整

11.1 故障現(xiàn)象

堿洗塔塔底液位計的零位調(diào)整后，出現(xiàn)液位計沒有指示的現(xiàn)象。

11.2 現(xiàn)象分析

上述故障產(chǎn)生的原因是儀表工懷疑液位計指示不準(zhǔn)，需要調(diào)整差壓變送器的零位，如圖5所示，因此把一般差壓變送器調(diào)整零位時的操作方法用于雙法蘭差壓變送器中去。

圖5 平衡閥零位調(diào)整示意

如圖5所示，關(guān)閉上、下出口閥，打開中間平衡閥后，認(rèn)為差壓變送器兩邊的壓力已相等，然而發(fā)現(xiàn)雙法蘭差壓變送器指示并沒有回零，就將差壓變送器做調(diào)零點處理，使液位指示為零。實際上平衡管內(nèi)有介質(zhì)存在，使差壓變送器有輸出信號，如強制調(diào)零，那儀表零點就會偏低很多，造成開表后液位無指示。會造成當(dāng)液位高于原來的液位高度時，液位計才有指示。

11.3 處理方法

雙法蘭差壓液位計調(diào)整零位時，必須把上、下2個出口閥關(guān)死，打開中間平衡閥，同時再把平衡管內(nèi)的介質(zhì)排放掉，這時上下2片法蘭受壓相等，方可對差壓變送器調(diào)零。

12 高壓鍋爐鍋筒上的玻璃板液位計安裝要適當(dāng)偏低

圖6 高壓鍋爐鍋筒玻璃板液位計安裝位置示意

圖6中：

p1=p0+γs(H-h)+γwhp2=p0+γ′s(H-h′)+γ′wh′

(6)

式中：p0——鍋筒的靜壓力；H——鍋筒內(nèi)液位；h′——玻璃板液位計內(nèi)液位的高度。

因為鍋筒底部與玻璃板液位計底部連接，所以

p1=p2

得

p0+γs(H-h)+γwh=

p0+γ′s(H-h′)+γ′wh′

(7)

H(γ′s-γs)+h′(γ′w-γ′s)=h(γw-γs)

(8)

因為水的重度遠大于蒸汽的重度，γ′w?γ′s，γw?γs，所以蒸汽重度可以忽略不計，γs=0，γ′s=0。式(8)簡化為

h′γ′w=hγw

(9)

得

h′=hγw/γ′w

(10)

因為鍋筒內(nèi)水重度小于玻璃板液位計內(nèi)水的重度，γw<γ′w，所以h′

由此可見，玻璃板液位計內(nèi)水位要低于鍋筒內(nèi)水位。

一般差壓液位計導(dǎo)壓管直接從鍋筒上引出，而且能正確地指示鍋筒內(nèi)的實際液位，因此差壓液位計的指示通常比玻璃板液位計的指示高。根據(jù)設(shè)計要求，鍋筒正?？刂埔何?50%)應(yīng)處在鍋筒機械中心線下面100 mm處，并要求差壓液位計的指示正好為50%。因此，為使鍋筒上的玻璃板液位計指示能與差壓計指示對應(yīng)起來，把玻璃板液位計安裝得低一些；使液位處于正常50%位置時，玻璃板內(nèi)液位正好在玻璃板液位計的中心螺絲處。

13 以工藝介質(zhì)作為差壓液位計導(dǎo)壓管的隔離液時應(yīng)注意的事項

13.1 故障現(xiàn)象

C5儲罐V724的差壓液位計LIC-744-02T用C5介質(zhì)作隔離液，并利用罐內(nèi)壓力把C5壓送到2根導(dǎo)壓管和差壓變送器的正負壓室中，這樣操作簡單方便。但是灌隔離液后，發(fā)現(xiàn)液位指示已達100%。

13.2 現(xiàn)象分析

有些容器如鍋爐的鍋筒、C5儲罐等，如果內(nèi)部工藝介質(zhì)的含量較高，不易蒸發(fā)，則可以利用這種介質(zhì)作隔離液。在正常運行情況下，還可利用罐內(nèi)壓力把介質(zhì)直接壓入導(dǎo)壓管和差壓變送器內(nèi)。但用該方法注入隔離液后，差壓變送器就不能隨意調(diào)整零位了，現(xiàn)以圖7為例加以說明。

V724罐內(nèi)儲存C5介質(zhì)。要用C5作為隔離液，利用容器的壓力將C5壓入導(dǎo)壓管和差壓變送器的正負壓室中，為此，導(dǎo)壓管上的液相出口閥V2和變送器三閥組的3個閥門V3， V4， V5應(yīng)打開，氣相出口閥V1關(guān)閉。介質(zhì)C5從液相出口閥V2處流出，灌滿導(dǎo)壓管和差壓變送器的正負壓室，此時需要打開一下差壓變送器正、負壓室的排氣堵頭以便排氣，最后從負壓側(cè)導(dǎo)管頂端的排氣堵頭處流出，便完成了隔離液的灌注。需注意，在正壓側(cè)導(dǎo)壓管頂端新加裝排氣堵頭，在注入隔離液時先打開堵頭排氣，然后再關(guān)閉堵頭。然后把液相出口閥V2關(guān)閉。由于2個出口閥V1， V2都處于關(guān)閉狀態(tài)，導(dǎo)壓管系統(tǒng)已與儲罐隔離。此時，因為三閥組的平衡閥V4處于打開狀態(tài)，差壓變送器正、負壓室壓力相等，各點的壓力分布如圖7中p1，p2，p3，p4所示。

圖7 差壓液位計注入介質(zhì)隔離液示意

因為負壓側(cè)導(dǎo)壓管頂部的排氣堵頭在灌隔離液時打開，所以p1壓力為零。

差壓變送器的正、負壓室入口處壓力p3=p2=Hγ。

正壓側(cè)導(dǎo)壓管頂端排氣堵頭是關(guān)閉狀態(tài)，壓力p4=(H-h)γ。

然后關(guān)閉平衡閥V4，由于V1， V2仍處于關(guān)閉狀態(tài)，所以變送器正、負壓室的受壓情況仍未變化，此時作用在差壓變送器正、負壓室上的壓差為零。這等效于管內(nèi)液位達到滿罐的狀態(tài)，所以液位指示為100%。因此在這種情況下，差壓變送器是不能進行零位調(diào)整的。

13.3 處理方法

如果事先已經(jīng)考慮用C5介質(zhì)作為隔離液，并計算了負遷移量作為差壓變送器零位調(diào)整，則用上述方法灌好隔離液后，開啟V1， V2后，液位計就能正常顯示液位了。

對于圖7所示例子，為使導(dǎo)壓管灌隔離液后仍能進行差壓變送器的遷移量調(diào)整，在正壓側(cè)導(dǎo)壓管頂端加裝一個新的排氣堵頭。在用上述方法灌好隔離液，關(guān)閉V4后，可以打開新裝的排氣堵頭。這時差壓變送器正壓室的壓力變?yōu)閔γ，作用在差壓變送器上的壓差為(H-h)γ，該值正好等于差壓變送器應(yīng)有的負遷移量，如差壓變送器輸出信號不為零，說明原遷移量不是以C5隔離液的重度計算的，所以需重新調(diào)正遷移量零點。

14 給水流量調(diào)節(jié)器的外給定信號無法跟蹤液位調(diào)節(jié)器輸出信號

14.1 故障現(xiàn)象

鍋爐停爐時，操作人員檢查鍋筒液位和給水流量串級控制系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)鍋筒液位調(diào)節(jié)器LlC-711輸出信號在0～50%內(nèi)變化時，已處于串級狀態(tài)的給水流量調(diào)節(jié)器FRC-711的外給定指針不隨之而變化。只有當(dāng)液位調(diào)節(jié)器輸出信號大于50%時，流量調(diào)節(jié)器外給定指針才開始有變化，而且二者指示值也不相等，相差50%。

14.2 現(xiàn)象分析

為減少鍋爐蒸汽負荷變化對鍋筒液位調(diào)節(jié)的干擾影響，在鍋筒液位調(diào)節(jié)器輸出與給水流量調(diào)節(jié)器的串級系統(tǒng)中引入了蒸汽流量作前饋信號，構(gòu)成了三沖量液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如圖8所示。

由圖8可知，蒸汽流量前饋信號US在三沖量運算器中與鍋筒液位調(diào)節(jié)器的輸出信號CL相加，而運算器輸出信號UF作為給水流量調(diào)節(jié)器FRC-711的外給定信號。三沖量運算器的運算公式為

UF=(IS-1)+(UL-1)-1

(11)

由式(11)可知：

1)鍋爐正常運行時，蒸汽流量與給水流量相等，達到質(zhì)量平衡狀態(tài)，式中代表蒸汽和給水流量的電壓信號UF=US，此時UL=3 V。即鍋筒液位保持恒定，UL保持在50%處。只有當(dāng)蒸汽和給水流量不平衡時，液位出現(xiàn)波動，例如當(dāng)蒸汽流量突然增加，大于給水流量時，鍋筒液位下降，液位調(diào)節(jié)器是反作用設(shè)置，所以UL增大，大于50%，從而使給水流量調(diào)節(jié)器的外設(shè)定值增加，提升了給水流量，使其與蒸汽流量保持平衡，液位趨于穩(wěn)定，回到50%的指示值。

2)鍋爐停車時，無蒸汽產(chǎn)生。US=1 V，由式(11)可見，只有當(dāng)UL值大于3 V時，即液位調(diào)節(jié)器輸出信號大于50%時，UF才大于1 V，使流量調(diào)節(jié)器外給定指針有變化。而二者之間的指示值也不相等，約相差50%。所以液位調(diào)節(jié)器輸出信號在0～50%(1～3 V)內(nèi)變化時，UF不會大于1 V，給水流量調(diào)節(jié)器的外給定指針也不會隨之變化。這并非是三沖量運算器有故障，而是運算公式?jīng)Q定的。

圖8 三沖量液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意

15 鍋筒液位調(diào)節(jié)和主蒸汽壓力調(diào)節(jié)互相影響產(chǎn)生振蕩

15.1 故障現(xiàn)象

在鍋爐開工過程中往往出現(xiàn)主蒸汽壓力和鍋筒液位持續(xù)振蕩現(xiàn)象，而且二者之間互相影響也較大。

15.2 現(xiàn)象分析

鍋爐的主蒸汽壓力波動會影響到鍋筒液位的波動，反過來鍋筒液位的波動又對主蒸汽壓力產(chǎn)生較大影響，使2套系統(tǒng)都難以穩(wěn)定下來。

主蒸汽壓力控制方案是主蒸汽壓力和燃料油流量串級控制，再加上主蒸汽流量的前饋控制。在蒸汽負荷穩(wěn)定時，燃料油流量主要是根據(jù)主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器輸出來調(diào)節(jié)的，如果鍋筒液位調(diào)節(jié)器參數(shù)整定不好，液位產(chǎn)生較大波動，這會造成鍋爐給水流量的波動，鍋筒內(nèi)進水不穩(wěn)定，打破了與主蒸汽之間的熱量和質(zhì)量平衡，給主蒸汽壓力控制系統(tǒng)帶來干擾。所以在蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)初步整定后，必須著重解決鍋筒液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定。

鍋筒液位調(diào)節(jié)是屬于質(zhì)量平衡控制，原則上當(dāng)給水流量與主蒸汽流量相等時，質(zhì)量達到平衡，鍋筒液位保持恒定。但由于液位受到蒸汽壓力變化和給水流量波動等干擾和液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身不穩(wěn)定等的影響，鍋筒液位還是會產(chǎn)生波動的。所以必須引入液位調(diào)節(jié)信號，對給水量進行修正調(diào)節(jié)，構(gòu)成液位的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。然而液位修正作用不能太強。由式(11)可以看出：UL變化很小時，則UF就能很好地跟蹤US，使質(zhì)量基本保持平衡，有利于液位穩(wěn)定。根據(jù)上述分析，在液位調(diào)節(jié)器參數(shù)整定時，應(yīng)注意將積分時間和比例帶適當(dāng)放大，使液位的修正作用減弱。即使液位暫時有較大波動，但由于液位調(diào)節(jié)器的輸出信號變化較小，較遲緩，對給水流量的修正作用較小，使給水流量緩慢跟蹤蒸汽流量，最后達到質(zhì)量平衡，液位則逐步穩(wěn)定。當(dāng)然給水流量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)也應(yīng)注意，防止流量控制回路本身振蕩。液位調(diào)節(jié)器參數(shù)值一般設(shè)置：P=70～100，積分常數(shù)I=5～10。

16 鍋筒液位調(diào)節(jié)器輸出無法控制液位控制閥

16.1 故障現(xiàn)象

操作人員發(fā)現(xiàn)在正常操作時，廢熱鍋爐內(nèi)的中壓鍋筒液位調(diào)節(jié)器LIC-724-01C的輸出信號與液位控制閥LIC-724-01V的閥開度無法一一對應(yīng)。

16.2 現(xiàn)象分析

在鍋筒液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，引入了中壓蒸汽流量信號作為前饋控制。因此液位調(diào)節(jié)器輸出信號UL與中壓蒸汽流量信號US在二沖量運算器內(nèi)相加，運算器的輸出信號UW作為LIC-724-01V的控制信號，如圖9所示。

二沖量運算器的運算式為

UW=(UL-1)+(US-1)-1

(12)

式(12)可知，UL并不直接去調(diào)節(jié)LIC-724-01V的開度，中間還加入US，構(gòu)成二沖量運算器。液位控制閥的開度不僅受液位調(diào)節(jié)器控制，而且受中壓蒸汽流量大小的影響，所以液位控制閥開度與液位調(diào)節(jié)器輸出信號對應(yīng)不起來。

16.3 處理方法

控制室內(nèi)沒有液位控制閥的閥位開度指示，因運算器輸出信號無儀表指示。此外，液位調(diào)節(jié)器不能對液位控制閥進行遙控操作，很不方便。因此在LIC-724-01C與LIC-724-01V之間加設(shè)1臺手動操作器HC-724。當(dāng)手操器處于“自動”位置時，二沖量運算輸出信號通過手操器去控制控制閥。當(dāng)它處于“手動”位置時，手操器可以直接控制控制閥，手操器上的輸出指示值就代表了控制閥的開度，解決了上述問題。

圖9 二沖量液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意

17 壓縮機開車調(diào)試時高位油槽液位突然下降

17.1 故障現(xiàn)象

壓縮機開車之前，工藝操作人員先開啟壓縮機各段的進口切斷閥(HC閥)，此時壓縮機軸封油高位油糟的液位計LIC-463-03的指示突然出現(xiàn)低報警。同時油氣壓差指示表Pdl-463的壓差指示也從0.03 MPa下降到0.02 MPa。

17.2 現(xiàn)象分析

圖10 軸封油高位油槽液位測量示意

由圖10可知，軸封油高位油槽的氣相部分與壓縮機內(nèi)工藝介質(zhì)氣體相連通。軸封油通過高位油槽的液位控制閥LIC-463-03V進入壓縮機起軸封作用，同時進入高位油槽。正常情況下，高位油槽內(nèi)油液柱產(chǎn)生的壓力就是軸封油與介質(zhì)氣體的壓力差，維持該差壓值在一定范圍內(nèi)，壓縮機內(nèi)介質(zhì)氣體就不會從軸密封環(huán)中漏出，便能起到軸封作用。該壓差值可由差壓計PdI-463指示。

壓縮機開車前，壓縮機內(nèi)介質(zhì)氣體壓力為零，高位油槽氣相壓力也為零，油液位保持一定高度。當(dāng)壓縮機各段進出口切斷閥開啟后，高位油槽的氣相壓力突然增高，油液位被向下壓，造成高位油槽液位低報警，同時油氣壓差值也下降了。該現(xiàn)象是暫時的，因為高位油槽的液位下降后，液位調(diào)節(jié)器將使LIC-463-03V打開，軸封油壓力增大，很快就會使油液位恢復(fù)正常。因此，這不是儀表故障。

18 浮筒式液位計內(nèi)浮子沒有吊裝好對液位測量造成的影響

18.1 故障現(xiàn)象

鍋爐除氧器的液位變送器采用浮筒式變送器，出現(xiàn)變送器輸出信號不能隨液位連續(xù)變化，而且有跳動和漂動現(xiàn)象。

18.2 現(xiàn)象分析

經(jīng)檢查，浮筒式液位計的信號轉(zhuǎn)換部分本身無故障，打開浮筒上蓋，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部浮子沒有吊裝好，且與筒體內(nèi)壁相碰，由于摩擦力抵消了一部分液體的浮力，使浮子不能隨液位變化而靈敏地上下移動，造成上述故障現(xiàn)象。

18.3 處理方法

將浮子重新吊裝好，指示即正常。需注意，在吊裝浮子時，浮子上方的一塊圓型擋板必須置于限位螺絲的下面，它是為了防止浮筒內(nèi)液位上沖時限制浮子上升過高，造成浮子脫鉤。如果該圓擋板放在限位螺絲的上方，則筒內(nèi)液位下降時，浮子被限位螺絲擋住不能下沉，造成變送器輸出不隨液位下降而變化。

19 如何計算鍋爐鍋筒差壓液位計的量程范圍

鍋筒差壓液位計液位測量如圖11所示，鍋筒液位差壓變送器的上下2根導(dǎo)壓管引出口在鍋筒機械中心線的上下各450 mm處，2根導(dǎo)壓管引出口高度差為900 mm。因為導(dǎo)壓管內(nèi)灌滿水，所以差壓變送器的負遷移量是8.820 kPa。

根據(jù)設(shè)計要求，鍋筒標(biāo)準(zhǔn)水位應(yīng)控制在機械中心線下面130 mm處，并要求對應(yīng)儀表液位指示在0刻度處。因為液位顯示儀表的刻度范圍是-250 ～+250 mm，所以對應(yīng)0刻度處差壓變送器輸出信號為50%。

根據(jù)上述要求，液位在標(biāo)準(zhǔn)水位線下面250 mm處，即鍋筒機械中心線下面380 mm是對應(yīng)液位差壓變送器輸出零點。由于正壓側(cè)導(dǎo)壓管引出口在機械中心線下面450 mm，它與液位顯示儀表-250 mm刻度處對應(yīng)的液位相差70 mm，即鍋筒液位在正壓測導(dǎo)壓管出口上方70 mm處，液位儀表剛好指示在-250 mm處，即對應(yīng)差壓變送器的輸出信號0。因此差壓變送器需正遷移0.686 kPa×0.70≌0.490 kPa，差壓變送器總遷移量為-8.330 kPa。則鍋筒液位差壓變送器的量程范圍為-8.330～-4.900 kPa。

圖11 鍋筒差壓液位計液位測量示意

此外，鍋筒玻璃板液位計上有5只螺絲，可近似作為液位刻度標(biāo)記。由于考慮到玻璃板液位計內(nèi)的水重度要比鍋筒內(nèi)水重度大，接近于1，在液位穩(wěn)定時，玻璃板液位計的顯示液位要比鍋筒內(nèi)實際液位低，所以在安裝液位計時有意將玻璃板的中間螺絲下移，正好對準(zhǔn)液位顯示儀表的0刻度處，這樣便于根據(jù)玻璃板液位計的水位來校對差壓變送器的顯示是否準(zhǔn)確。

20 結(jié)束語

本文介紹了石油化工裝置現(xiàn)場液位儀表及控制系統(tǒng)常見的故障問題，并針對這些問題進行了分析并提出了相應(yīng)的解決方案，為石油化工裝置現(xiàn)場儀表操作人員日常操作維護提供了參考。