当时我反应还是比较快的,马上快速进行一系列操作:手动干预操作器,切自动为手动,自己手动干预操作器,操作给水调整门恢复正常,且比正常值高有10%左右(具体数值没记住),以弥补流量突降带来的损失。完成这一系列操作之后,我才有时间舒了口气。当时汽包水位还没有来得及波动,水位随后来了一个小波动后显示正常。——咱们前面说了,自动控制人员甚至要比操作员更熟悉某些系统的操作,一方面是因为判断参数的需要,另一方面,呵呵,这个还是不说了。
当时的操作员在一旁看到了我的一系列动作,用很复杂的眼神看了我一眼。记忆犹深呐!
以后在我整定参数的时候,一定会注意多看一眼小数点和具体数值,才敢确认。
同志们,接受我的教训啊。在你没有熟悉调节系统之前,千万不要随便去整定非常重要的自动调节系统,虽然我当时比较熟悉了,还一不小心会出错。这就是第三章我先讲述高低加水位调节系统的原因——虽然不能说不重要,但是它对参数没有那么敏感,出了问题还有补救的时间。建议整定参数先从低加水位开始。
二、 锅炉汽包
锅炉就好比一口大高压锅,下面添着柴火,中间加着水,上面抽着汽。
锅内的水位是什么样子呢?锅里面一直在咕嘟沸腾着,有大量汽泡往上冒,所谓的汽包水位,就是包含了大量汽泡的水的高度。汽泡产生的多少有两个因素:火烧得旺不旺,和锅内压力有多高。火烧得越旺,水里面产生的汽泡就越多;锅内压力越高,压迫水里面产生的汽泡也越少。
1、给水管。2、给水调节阀或调速泵。3、锅炉加热器。4、汽包。5、过热器加热管道。
咱们都知道水的沸腾点与当地大气压有关。在青藏高原,煮面条就难。因为高原上大气压力低,容易产生汽泡,容易沸腾,沸点就低。而高压锅炖鸡为什么容易烂?因为锅内压力高,沸点高,肉就好烂。
那么如果某一时刻水面下汽泡突然增多,那有两个可能:1、此时下面柴火烧得旺,水里面产生的汽泡多;2、此时锅内压力降低,汽泡产生多。
汽泡产生多了,带来一个现象就是汽泡混合在水中,把水面也抬高了。
三、 虚假水位
柴火多,烧得旺,水位升高,这是实打实的升高了。还有一种升高是虚假的升高:
假如是蒸汽流量突然增加,进水量还没有来得及改变,出汽量先增加了,进的少出的多,水位应该降低。实际情况不是这样的。
大锅里面的蒸汽减少,锅内压力降低。导致水里面产生的汽泡增多,汽泡哄抬着水位升高了。
矛盾出来了。出气量增加水位不降反升,反升的水位叫做“虚假水位”。
虚假水位不仅仅是指水位虚高,也可以指水位虚低。假设汽机调门突然下关,蒸汽挤在一起压力升高,锅内压力升高,水位降低。可是蒸汽流量降低导致进水不变出汽减少,水位要增加的的。这就是水位虚低。
那有人说了:给水泵增加出力导致给水压力增大,也应该干扰水位的。恩,是这样的。可是能产生虚假水位的前提条件是:干扰来得很快很猛,造成一瞬间汽泡大量增加或减少,产生虚假水位。而给水泵产生的给水压力干扰没有那么快,汽泡变化没有那么猛烈,所以产生不了虚假水位。包括锅炉燃烧,都会导致锅炉压力改变,但是都不能造成虚假水位。
虚假水位让自动调节很为难。本来负荷升高应该增加给水量,可这时候自动调节系统明明看到水位偏高了,水位偏高了就要减少给水量,这样一调节,最终让水位变得更低。
所以,要调节水位,必须要考虑虚假水位。
四、 汽包水位的测量
汽包水位的测量是个很重要很麻烦的问题。一般来说,从概念上讲,调节系统的被调量不要求太精确,只要求趋势准确就可以了。可是对于汽包水位,有许多地方测量误差较大,设定值的设定就要斟酌了。如果误差足够大,对系统的安全性是有很大影响的。安全性降低,自动当然也受到危险。
汽包水位的测量方式有很多种。常见的有电接点水位计、云母水位计电视监测装置、平衡容器差压测量变送器。
1、电接点水位计测量直观可靠。可以远传,如果愿意,可以进入DCS。但是因为该测量方式属于间隔式测量,不能连续不间隔发送水位信号,故只作为一个检测手段,不能作为调节系统的被调量。
电接点测量方式也有测量误差的。因为测量筒伸出汽包之外,温度会比真实的汽包水位有所降低。温度降低,密度增大,故水位会有所偏低。目前,已有内置式电接点水位计,可以弥补这个缺点。
2、云母水位计也是用连通管引到汽包之外,用云母显示实际的汽包水位,然后通过摄像头传到远方。云母水位电视监测装置可以显示连续信号,显示也比较可靠,只是不能转化为电信号,所以也不能作为调节系统的被调量来用。
目前也有一种磁翻板液位计,通过摄像头传递到远方。原理同上。
3、平衡容器差压变送器测量是目前应用广泛的,作为调节系统被调量的测量方式。
我们知道,测量液位内部的的压力,可以反映液位的高度。在一般的开式容器中,容器内的环境压力变化微小,相比于液位高度,环境压力变化基本可以忽略不计。所以,开式容器或者是容器内环境压力基本没有变化的容器,其液位测量基本上使用压力变送器测量。
但是火电厂的汽包水位内,环境压力是经常波动的。如果用单纯的压力变送器的话,不能反映水位的变化。为此人们设计了双室平衡容器。
平衡容器汽包水位测量方式进行了多次改进。在改进的过程中,主要的测量方式有:双室平衡容器、具有压力补偿的平衡容器、单室平衡容器等。目前,应用广泛的是单室平衡容器。测量也较为可靠。
不管哪种平衡容器测量方式,都是把平衡容器中的高度差转换成电信号。下面绘出了单室平衡容器的测量原理图:
图中,平衡容器给测量提供了一个参比压力,它给差压变送器提供了正压侧压力P+。汽包内的水通过管路进入变送器的负压侧,负压侧的压力反映了水位的变化。
当汽包内部环境压力改变的时候,正压侧和负压侧同时感受到了压力的改变,两者相减,得到了纯粹的水位波动量。这个纯粹的波动量就是汽包水位了。
七、制定控制策略
我们制定调节系统的控制策略有一个基本方向:有什么样的干扰就制定什么样的抑制干扰的对策。就像王二嫂和面,面多了添水水多了加面。
前面分析了所有影响汽包水位调节的因素,拉拉杂杂十多项。我们总不能针对每一项干扰都制定一个策略,那样控制策略会变成巨无霸,不仅看起来让人头疼,而且参数整定也很讨厌。不光汽包水位是这样的,其它系统也往往有很多干扰因素。所以,仅仅是头疼医头脚疼医脚还是不够的,对待控制策略我们还要有一个思路或者原则:尽量归纳各种干扰因素,把各种因素精简为最少的最重要的几个参数。也就是说化繁为简。
前面说了,各种干扰因素最终归纳为两大类:内扰和外扰。可是内扰和外扰是不可测量的因素。我们应该还可以找到更为简单有效的办法。
内扰的代表是给水流量,外扰的代表是蒸汽流量。
你看,不管是压力还是燃料,不管是执行机构还是阀门线性,最终都要影响到给水流量上面;不管是负荷还是调门开度还是蒸汽压力,最终都要影响到蒸汽流量上面。
而且最为重要的还有对于虚假水位的反应。
当虚假水位产生的时候,一定是汽轮机调节门改变导致蒸汽流量变化的时候。这个时候先不管他汽包水位是多少,只要看蒸汽流量变化没有就可以了。假设负荷突升,蒸汽流量突升,蒸汽压力突降,水位虚高。在调节系统中,副调的蒸汽流量突高,副调输出增大,以弥补流量变化带来的缺口,几十秒后水位虽然产生虚高,输出还要减小,可是这时候副调的运算已经在一定程度弥补了虚高的损失,最终让波动抑制在最小。
从上面分析可以看出:副调的参数设置非常重要。可以这样说:能否消除虚假水位,能否克服各种扰动,关键是看副调的参数设置的是否合理。参数设置放在后面,先把控制策略说完整。
可是,我们通过给水流量和蒸汽流量可以把各种干扰都包含在内么?教科书上是这样暗示的。我觉得不一定。上一节说了,燃料量的干扰没有直接作用于给水流量和蒸汽流量。所以燃料量的干扰仅仅靠副回路是无法消除扰动的。
所以,汽包水位三冲量调节系统,没有从理论上克服所有的干扰。幸而,燃料量带来的干扰是矛盾的。上一节分析了,一方面燃料量直接带来了内扰类型的虚假水位;另一方面,从蒸汽压力的改变方面来看,带来的外扰类型的虚假水位又跟内扰类型的相抵消。
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