基于壓力和液位傳感器的自動化鍋爐系統設計

任艷君，李云松，李修云

1.重慶工商職業學院，重慶 401520 2.重慶工程職業技術學院，重慶 400037

0 引言

鍋爐是一種能量轉換設備，向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學能、電能、高溫煙氣的熱能等形式，而經過鍋爐轉換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或者有機熱載。普遍使用的鍋爐以產高溫蒸汽為主。

蒸汽鍋爐是具有高溫、高壓的熱能設備，是特種設備之一，在工礦企業等廣泛使用，是進行余熱回收的主要形式，由于具有高溫高壓，其性質危險而又特殊。一旦發生事故，涉及公共安全，特別是對于工業鍋爐來說，發生事故后會影響整個生產的正常運行，造成較大的經濟損失。

現有技術中，鍋爐的安全附件常用的有壓力表、安全閥和液位計，操作工根據其參數進行操作。當壓力超壓后，安全閥起跳，放出高壓，保證鍋爐安全。實際上，鍋爐屬于連續運行設備，僅憑操作人員的操作進行檢測和調節，很難確保不出現因操作失誤或者疏忽出現的安全事故。特別是對壓力波動較大的系統中，更是容易出現安全事故。特別是鍋爐超壓后，由于安全閥屬于機械動作，長時間不跳會出現工作不靈敏的狀況，不能確保鍋爐的正常運行。而且，根據安全操作規程，安全閥起跳一次即應該重新效驗并安裝，也就導致了工作量的增加，提高運行成本。

1 基于安全性能的自動化鍋爐系統設計

鑒于以上情況，我們可以設計一種基于壓力和液位傳感器的新型自動化鍋爐系統，其結構及原理示意圖如圖1 所示。該系統由自動化鍋爐安全系統、供水泵控制單元、溫度傳感器和報警單元4 個部分組成。通過設置壓力和液位傳感器，并通過PLC 自動控制單元控制相關電磁閥，能夠自動根據鍋爐內液位及蒸汽壓力的大小調整進出水和放空量，保證鍋爐內液位避免過高或者干燒，保證鍋爐不超壓，減輕操作者的勞動強度，避免出現安全事故。同時，可降低安全閥負荷，避免頻繁起跳及校驗。

1.1 自動化鍋爐安全系統

設置于鍋爐中的液位傳感器用于檢測鍋爐液位；壓力傳感器用于檢測鍋爐內蒸汽壓力，通常設置于靠近鍋爐蒸汽出口附近。鍋爐進水電磁閥設置于進水口處，用于控制進水量。鍋爐放空電磁閥設置于鍋爐蒸汽放空管路，用于控制鍋爐的蒸汽壓力。PLC 自動控制單元，用于接收液位傳感器和壓力傳感器的數據信號，并向鍋爐進水電磁閥的控制電路及鍋爐放空電磁閥的控制電路發出命令信號。此外，鍋爐上還設置安全閥，當自動化安全系統失靈時，安全閥起到最終的防爆作用。

1.2 供水泵控制單元

磁流變離合器連接于驅動電機的動力輸出軸與供水泵泵軸之間，用于傳動或斷開傳動鏈，同時，磁流變離合器的控制電路連接于PLC 自動控制單元，并接受其控制命令?；亓鞴苈冯姶砰y設置于供水泵出口管路和進口管路之間的回流管路上，其控制電路連接于PLC 自動控制單元，并接受其控制命令。泵出口壓力傳感器設置于供水泵出口管路，用于檢測供水泵出口壓力并傳輸至PLC 自動控制單元。當鍋爐內液位過高，通過鍋爐進水電磁閥調節進水量。如果鍋爐內壓力過高，供水泵負荷超出設計能力時，則回流管路電磁閥打開，降低出口壓力，避免驅動電機燒毀，同時，PLC 自動控制單元發出命令，切斷磁流變離合器，確保驅動電機不超負荷運行，避免電機燒毀，保證系統安全。值得一提的是，磁流變離合器的磁流變介質為磁流變脂，因此，不會出現沉積和銹蝕的現象，可延長其使用壽命。

1.3 溫度傳感器

設置于鍋爐蒸汽相附近的溫度傳感器，用于檢測鍋爐內蒸汽溫度并傳輸至PLC 自動控制單元。其作用是根據溫度參數，調整鍋爐放空及燃燒狀態，進一步保證其安全運行。

1.4 報警單元

PLC 自動控制單元的命令輸出端連接于報警單元，報警單元可以是聲報警、光報警或聲光報警，在發生超壓、超溫或液位異常時，發出報警信號，避免由于電磁閥運行不暢，導致安全事故。

2 結論

通過以上分析，該系統提高了鍋爐的安全性能，能夠自動根據鍋爐內液位及蒸汽壓力的大小調整進出水和放空量，可盡量避免出現安全事故。

[1]胡衍利.鍋爐安全附件的技術管理及相關要求[J].石油和化工設備，2011，2.

[2]司景坤.分析鍋爐水位的控制[J].裝備制造，2009，11.

[3]周佩.鍋爐給水泵的日常維護與故障排除[J].中小企業管理與科技，2010，2.

[4]王光臣.鍋爐運行出現的問題與解決措施[J].裝備制造，2009，12.

[5]李書旗，沈金榮.液位測量傳感器系統的設計與實現[J].計算機測量與控制，2009，11.

[6]王京濤，等.磁流變技術在液壓傳動與控制中的應用展望[J].機床與液壓，2011，10.

[7]張麗波，等.蒸汽鍋爐缺水與滿水事故原因分析及對策探討[J].吉林勞動保護，2011，S1.