消防水用水流量计在燃气锅炉给水调节上应用中缺点和优势

随着环境保护意识的提高以及打造绿色、环保、循环型企业的要求，某公司淘汰数台燃油锅炉并将3台原35T燃煤蒸汽锅炉改造为公司自供的高炉煤气与焦炉煤气的混合燃气锅炉，燃气锅炉的效率达到了90%左右，提高了能源利用率、降低了环境污染、实现了公司能源的循环综合利用，原锅炉给水泵连续恒速运行、依靠调节给水管道调节阀和回流支路实现水位控制的传统调节方法，也改为流量计与上位机、PLC以及变频器控制给水泵转速共同控制锅炉给水的自动控制，较好地实现了锅炉因外界环境温度及负荷的不断变化对给水的自动、实时调节。
传统锅炉给水泵连续恒速运行，依靠调节给水管道调节阀和回流支路实现水位控制的调节方法，目前已经改变为采用消防水用水流量计等流量计与上位机、PLC以及变频器控制给水泵转速，共同参与锅炉给水的自动实时控制，但是消防水用水流量计等流量计在其应用过程中也存在着可靠性欠佳、故障时而发生等问题，本文就其维护检修的一些经验、教训，采取的较为可靠的措施作一简述。

1 燃气锅炉给水自动调节原理及系统组成
1.1 燃气锅炉给水自动调节原理
由水泵的工作原理可知，流量与转速成正比，电动机的转速与电源频率成正比，因此改变电源频率即可改变给水泵的转速，从而达到调节给水流量的目的。
1.2 燃气锅炉给水自动调节系统组成及三冲量控制
1.2.1 燃气锅炉给水自动调节系统组成
燃气锅炉给水自动调节系统由锅炉汽包、汽包液位变送器、汽包液位控制器、蒸汽流量变送器、蒸汽压力变送器、蒸汽阀气电关阀、给水流量计、给水单向阀、给水泵、变频器、上位机、PLC等组成。
1.2.2 燃气锅炉给水自动调节系统的三冲量控制
该系统采用三冲量控制，三冲量控制即*先保证汽包水位在允许的范围内，其次锅炉给水量应与蒸发量及蒸汽输出量相适应，即水位、蒸汽和给水三冲量。系统中汽包水位是被控变量，是主冲量信号，蒸汽流量和给水流量是两个辅助冲量信号，从物料平衡角度分析，如果锅炉产生的蒸汽量与进入锅炉筒体的给水量相等，锅炉汽包水位也就保持稳定，为了消除锅炉实际管线较长等造成的滞后时间大等多种干扰，上位机利用加减运算含PID、蒸汽前馈及补偿系统来保证水位的稳定，三冲量可由蒸汽流量差压变送器、汽包水位差压变送器、给水量消防水用水流量计进行检测，然后通过A/D转换送至PLC及上位机进行加减及PID运算后，再由D/A转换输出电流信号控制变频器以实现给水泵转速的调节，从而实现对锅炉给水量及汽包液位的自动控制。
2 锅炉给水量及汽包水位的两种控制状态
由于锅炉是一个复杂的控制系统，不仅受外界环境因素以及负荷变化的影响，而且受自身炉况等多种因素的影响，故锅炉给水量及汽包水位的控制设置了自动、手动两种工作状态。
2.1 手动工作状态
锅炉刚开始点火或起始运行时，系统尚处在未稳定状态，需要使用手动控制进行操作，这时调节系统就变成了单冲量调节，仅对汽包水位进行监控。
2.2 自动工作状态
自动工作状态即连续的三冲量自动调节状态，当锅炉由不稳定状态转为稳定运行时，将系统由手动切换至自动，这时上位机及PLC就能自动调节汽包水位及锅炉给水量，使汽包水位保持在工艺规定的范围内。
3 锅炉给水量控制的优越性及常用流量计
3.1 锅炉给水量控制的优越性
目前工业燃气锅炉为保证工业生产所用蒸汽的稳定，降低负荷变化对锅炉运行的影响，一般采取多台锅炉并联运行，这种情况下每台锅炉安装蒸汽流量计与给水流量计，通过给水流量与蒸汽流量（无论是瞬时流量还是累计流量），对于管道或系统中“跑、冒”等失水现象，通过及时检查就能发现异常并处理。
通过给水流量与蒸汽流量的对比还能及时发现或避免锅炉事故的发生，如及时发现锅炉爆管等事故，对于采用手动上水的蒸汽锅炉，当负荷变化很大且变化频繁时，其水位就很难控制，调整稍不及时就可能发生缺水或满水事故。在生产运行过程中水位的变化总是滞后于负荷变化，通过观察符合的变化，让给水流量的调节有一个提前量，就能减小水位的波动，防止锅炉发生缺水或满水事故。
3.2 锅炉给水量控制的常用流量计
3.2.1 锅炉给水量控制的常用流量计
测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表。流量计是工业测量中重要的仪表之一。随着工业生产的发展，对流量测量的准确度和范围的要求越来越高，流量测量技术日新月异。为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世。目前已投入使用的流量计已超过100种。但在燃气锅炉给水流量的控制中常用的有差压式流量计、消防水用水流量计、超声波流量计等。
3.2.2 锅炉给水量控制的常用流量计的优缺点
（1）差压式流量计的优缺点
差压式流量计是一类应用*广泛的流量计，在各类流量仪表中其使用量占居*位。近年来，由于各种新型流量计的问世，它的使用量百分数逐渐下降，但目前仍是*重要的一类流量计。其优点：①应用*多的孔板式流量，计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长；②应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟；③检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产，便于规模经济生产。其缺点：①测量精度普遍偏低；②范围度窄,一般仅3:1~4:1；③现场安装条件要求高；④压损大（指孔板、喷嘴等）。
差压式流量计应用范围特别广泛，在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用。
（2）消防水用水流量计的优缺点
消防水用水流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。消防水用水流量计有一系列优良特性，可以解决其它流量计不易应用的问题，如脏污流、腐蚀流的测量。其优点：①测量通道是一段光滑直管，不会阻塞，适用于测量含固体颗粒的液固二相流体；②不产生流量检测所造成的压力损失，节能效果好；③所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响；④流量范围大，口径范围宽；⑤可应用腐蚀性流体。其缺点：①不能测量电导率很低的液体，如石油制品；②不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体；③不能用于较高温度。
消防水用水流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用,它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3，并且有不断上升的趋势。
（3）超声波流量计的优缺点
超声流量计是通过检测流体流动对超声束（或超声脉冲）的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法（直接时差法、时差法、相位差法和频差法）、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。超声流量计和消防水用水流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，近年来它是发展迅速的一类流量计之一。其优点：①可做非接触式测量；②为无流动阻挠测量,无压力损失；③可测量非导电性液体,对无阻挠测量的消防水用水流量计是一种补充。其缺点：①传播时间法只能用于清洁液体和气体，而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体；②多普勒法测量精度不高。传播时间法应用于清洁、单相液体和气体；气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验；多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体，通常不适用于非常清洁的液体。
3.3 锅炉给水量控制的常用流量计维护及故障处理
3.3.1 差压式流量计维护及故障处理
差压式流量计的日常故障有正负引压管堵塞、正负引压管泄漏、引压管积液、平衡阀泄漏、差压变送器的正负压室装反、孔板流量计装反、差压变送器参数设置错误、差压变送器零点漂移等。处理措施针对具体情况检查疏通引压管、孔板、校核差压变送器等。
但其主要故障为差压变送器零点漂移、引压管堵塞，实际维护过程就发生过差压变送器零点漂移、引压管堵塞导致的自动上水控制失灵的故障。
3.3.2 消防水用水流量计维护及故障处理消防水用水流量计在实际运行过程中存在以下缺陷和故障：
（1）不能用来测量气体、蒸汽以及含有大量气体的液体；
（2）不能用来测量电导率很低的液体介质；
（3）普通工业用消防水用水流量计的优缺点由于测量管内衬材料和电气绝缘材料的限制，不能用于测量高温介质，也不能用于低温介质的测量，以防止测量管外结露或结霜破坏绝缘；
（4）消防水用水流量计易受外界电磁干扰的影响。但其主要故障为流量计显示为零，究其原因有传感器零部件损坏或测量内壁有附着层和转换器元器件损坏以及流量显示波动较大。定期于锅炉停产检修时打开消防水用水流量计检查更换损坏的元器件并清理管道结垢及传感器内壁附着层，同时将流量传感器与管道绝缘并单独设置接地装置，接地线采用截面大于4mm2的多股铜线，接地电阻应小于4Ω。实际维护过程曾经发生过传感器零部件损坏或测量内壁有附着层导致消防水用水流量计显示为零的故障，当时正值3台35T燃气锅炉并联运行确保公司生产用蒸汽，为确保生产的正常进行被迫加赠了一台外夹式超声波流量计输出至上位机，以确保锅炉汽包水位的自动调节，待停产检修期间检修消防水用水流量计恢复正常，但仍保留了超声波流量计作为消防水用水流量计的故障备用维护方案。
3.3.3 超声波流量计维护及故障处理
超声波流量计实际运行过程中存在以下缺陷和故障：
（1）温度测量范围不高，一般只能测量温度低于200℃的流体。
（2）抗干扰能力差。易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测量精度。
（3）直管段要求严格。其为前20D后5D，否则离散性差，测量精度差。
（4）安装的不确定性，会给流量测量带来较大误差。
（5）测量管道因结垢，会严重影响测量准确度，带来显著的测量误差，甚至在严重时仪表无流量显示。
（6）可靠性、精度等级不高（一般为1.5~2.5级左右），重复性差。超声波流量计是通过测量流体速©度再乘以管道内截面积来确定流量。而该流量计无法直接测量内径和管道圆度，只能根据外径、壁厚按标准圆估算截面积，由此带来的不确定性已超过1％，因此精度受到限制。
（7）使用寿命短（一般精度只能保证2年）。超声波流量计主要故障为瞬时流量值波动大、易受现场强干扰，处理措施调整探头位置或选择“Z“型安装方式提高信号强度（保持在3%以上）或采用插入式探头，保证信号强度稳定，并且提供稳定的供电电源，超声波流量计安装远离变频器和强磁场干扰，有良好的接地线。
4 结束语
随着电子技术、计算机技术、自动控制技术的发展，更多性能优异、工作可靠、测量精度高、抗干扰能力强、能适应恶劣的环境条件的流量计应用在生产实际中，同时根据每种流量计的适用范围及其局限性合理选用流量计，并且日常加以精心保养、维护、维修，流量计在延长设备使用寿命、降低故障率保障生产正常运行、降低设备运行成本、节能减排、保护环境等各个方面将会发挥更大作用，带来更大的社会效益、经济效益。

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