超超臨界機組灰庫料位計歷次改進及現狀

李 昆

（江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司，江蘇 啟東226246）

0 引言

在火力發電廠中，灰庫是除灰除塵設備中比較關鍵的一個部件，用于暫時性收集除塵后經過氣力輸灰送過來的干灰，因灰庫的容積是設計上限的，所以必須在灰塵將其落滿之前，或落灰的過程中，將實際灰庫的灰位作為反饋信號送至上位機監視，以便運行操作人員合理安排放灰、運灰時間，進而騰空灰庫空間，保證其繼續工作，以上所說的灰位反饋信號就需要靠料位計的測量來產生。

灰庫灰位的測量是一個看似簡單、實則綜合復雜的問題，我廠自投產以來，分別使用了射頻導納料位計、超聲波料位計和重錘料位計，本文介紹呂四港發電公司灰庫料位計測量的歷次改進及現狀。

1 物位測量的概述

一般將液位、料位、界面統稱為物位，液位、料位、界面的測量則統稱為物位測量。根據具體用途分為液位、料位、界面傳感器或變送器。物位測量在工業自動化系統中具有重要的地位，是保證生產連續性和設備安全性的重要參數，例如在連續生產的情況下，維持某些設備中液位高度的穩定，對保證生產和設備的安全是必不可少的。雖然物位測量儀表的選型和使用與生產工藝有緊密的聯系，但是綜合來講，使用物位儀表的目的主要有以下幾種：

（1）正確測得容器中儲藏物質的體積或重量，即物位測量的目的是用于計算與經濟核算；

（2）監視容器內物位，對物位允許的上、下限發出報警，即不用連續監測和輸出物位的具體數值，只要輸出物位變化的開關信號；

（3）連續地監視生產和進行調節，使物位保持在所要求的高度，即要求物位檢測儀表連續輸出物位的瞬時信號數值。

物位測量傳感器分為兩類：點位開關與連續物位計。點位是指物料到達、高于或者低于容器中某個特定點，此類設備用來指示容器是滿、空還是處于中間某個位置，而連續料位計則能提供物料位于容器內任何位置上的信息。

在電廠中最常見的是液位測量，例如凝汽器、除氧器的液位及各類水箱液位的測量，其次則是料位測量，其中最具代表性的就是三除系統的除灰灰庫料位。

兩者之間最大的區別在于，液位的測量介質面是規則表面，而料位的測量介質面是不規律的。呂電自機組投產以來，共使用過三種料位計，分別是Princo射頻導納物位計、E+H超聲波料位計和重錘式料位計，前兩者均屬于連續物位計，而重錘式料位計類似點位開關，但它又不僅僅能指示灰庫內料位的狀態，同時還能反映出料位在灰庫內任何位置上的信息。

2 灰庫料位計存在的問題

2.1 射頻導納物位計

最早使用的是Princo射頻導納物位計，自安裝以后一直就存在運行不穩定的情況，測量顯示一直不準確，誤差較大，影響正常運行。主要出現的問題有以下幾點：

1）料位計測量性能不穩定，晴天運行基本正常，但一至陰雨天即開始波動，受環境的干、濕影響較大；

2）料位計本身帶有高料位和高高料位開關，與料位計一樣是由220V交流供電，極易對設備的維護人員構成傷害；

3）無就地顯示，只能通過測量電流換算得來實際數值，而且測量顯示值有諸多不確定性，結果到底是否準確也就無法確定。

原因分析：

該料位計由一種電容式物位控制技術發展起來的，它由阻性成分、容性成分、感性成分綜合而成。高頻正弦振蕩器輸出一個穩定的測量信號源，以測量安裝在待側容器中的傳感器上的導納，用交流鑒相采樣器可以分別測量電容和電阻，從而測得料位高低。

當遇到雨天或者冷天時，灰的濕度較大，掛料就比較嚴重如下圖1，灰庫本身對探頭就相當于一個電容，它雖不消耗變送器的能量，但掛料對探頭等效電路中含有電阻，則掛料的阻抗會消耗能量，從而引起振蕩器電壓下拉，導致輸出改變，產生測量誤差，具體表現為儀表隨灰料濕度的變化而出現零點漂移和測量值不穩定的現象，加之該料位計無就地顯示如下圖2，只能靠測量輸出的電流毫安值來換算才能得出料有多高，極不方便，而且沒有反復試測得功能。

圖1 射頻導納物位計測量問題示意圖

圖2 射頻導納物位計就地顯示盤

基于射頻導納料位計帶來的種種缺陷，經過反復調研和討論，決定使用E+H超聲波料位計來進行測量。

2.2 超聲波液位計

改進之初，測量較為準確，原射頻導納的問題均已解決，但隨著運行工況和備件單價等客觀因素的出現，該料位計也逐漸暴露出了它的弊端。主要問題有以下幾點：

1）靜電干擾較大，存在測量盲區，使測量值出現了無規律的波動；

2）測量探頭本身對灰庫內粉塵的吸附力較大，需定期或不定期地對探頭表面進行擦拭；

3）由于測量介質為固體，因此顆粒狀物體的回波反射不均，也是造成測量值有偏差的一個因素；

4）隨著E+H產品的更新換代，單價的逐年增長也成為了該料位計繼續使用的一個制約因素。

原因分析：

該料位計是依靠超聲波發射聲波同時接收反射波，測定聲波時間間隔差，通過計算軟件來計算物料的距離，進而得出料位實際值。由于超聲波本身是一種機械振動波，從振動發射聲波到穩定下來，再到轉成接收狀態，需要一個轉換時間，而在這個時間內聲波已發射一段距離，這段距離即為測量盲區。盲區的產生使得料位的測量，在很大程度上是不準確的，雖然可以通過軟件干預的方式，對盲區進行補償、抑制或者消除，但軟件的依據畢竟只是一個數學模型，一切非常規的因素都可能使軟件出現誤判斷或者死機，因此其相對可靠性要略低于儀表，加之測量的介質是固體，本身在測量過程中，固定粉塵顆粒的回波反射就不均勻，更加加劇了測量的不穩定性。除此之外，由于絕大部分灰庫的頂部鋪有瀝青，因此接地點的選擇有很大的局限性，也進而導致了料位計的靜電干擾，無法及時排出，造成測量誤差的存在。

圖3 超聲波測量原理圖

在使用上述兩種連續料位計未果之后，經過反復調研、詢問業內類似情況單位，最終決定采用重錘式料位計進行替代測量。

2.3 重錘式物位計

相較而言，該料位計的測量準確度得到了極大的改善。但在使用過程中也存在一些不足。主要體現在以下幾點：

1）該料位計屬于非連續性測量，每個一個設定時間，通常為30min，便會自行重新探測一次；

2）設備的機械轉動部分長期處于露天工況，在轉角和機械連接部位會產生卡澀；

3）長期使用會加劇鋼絲繩的磨損程度，導致斷裂。

原因分析：該料位計是采用智能電機控制，每個測量周期均以測錘、鋼絲繩等組件降至灰庫內部的方式。當測錘下降時，測錘接觸介質表面的瞬間會停止下降，而后改變電機運行方向，使測錘回到初始位置，并將通過測量的實際值同時反映在就地顯示屏和上位機上如圖4。

與上述兩種料位計的最大不同在于，重錘的測量數據不受粉塵、溫濕度等因素的影響，可以保證測量數據的穩定、可靠性。唯一會影響測量的只有機械本身的卡澀。由于運行工況和環境的影響，機械轉動的連接部分會生銹卡澀，鋼絲繩也會因此而磨損，甚至磨斷。因此需要定期更換滑輪和鋼絲繩。

圖4 重錘式料位測量原理圖

3 結束語

經過三次設備換型使用后，呂四港電廠灰庫的料位測量最終定型為重錘式料位計，并且在使用過程中，經過與廠家的多次討論和研究，還將有序地對該料位計進行智能優化和升級，使它成為以機械為主、智能為輔的全能型料位計，大大地提升機組除灰運行的可靠性，同時也為擁有相同情況的機組除灰灰庫測量提供經驗參考。

［1］Princo射頻導納物位計使用說明[Z].北京克萊德有限公司,2009.

［2］E+H超聲波料位計使用說明[Z].2010.

［3］重錘料位計使用說明[Z].南京暢能源有限公司,2011.

［4］沈懷洋.化工測量與儀表[M].中國石化出版社,2011,8.