橫河公司現(xiàn)場儀表熱電廠鍋爐應(yīng)用
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簡介
蒸汽通常被描述為工業(yè)生產(chǎn)中的“生命線”。它作為便于傳輸?shù)腻仩t產(chǎn)熱的載體，為從辦公室采暖到驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能提供著多樣化的服務(wù)。蒸汽是為過程與其相關(guān)業(yè)務(wù)提供的各種能源中最為常用的一種。產(chǎn)生蒸汽的實(shí)際成本因裝置而不同，這取決于發(fā)生裝置的配置的最優(yōu)化程度以及整個(gè)過程中蒸汽傳輸?shù)男省，F(xiàn)在一個(gè)公認(rèn)的事實(shí)就是在改善能源效率方面，能源消耗的測量是一個(gè)重要的組成部分。高效而又精確的測量是確保過量消耗能被發(fā)現(xiàn)的重要保障，此外還有精確的圖片顯示蒸汽的使用位置，從而實(shí)現(xiàn)跨部門能源使用的管理。在企業(yè)的盈利“底線”中只有徹底的能源管理政策才具有積極作用。將蒸汽監(jiān)視與控制看成是過程的基本原理，與監(jiān)控制造過程的其他部分一樣有效。測量工作越精確越可靠，就越能做出合情合理的決定，從而對(duì)成本與產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生積極的影響。
本文旨在突出介紹幾個(gè)能夠快速提高效率的方面。
蒸汽測量
目前蒸汽測量中最為通用的方法仍是傳統(tǒng)的孔板式與差壓式變送器技術(shù)。這種測量的主要問題集中在孔板易于磨損從而導(dǎo)致測量誤差，而且孔板截流會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)高的壓力損失，而且測量范圍很小，通常僅有3:1。這種方法中的其他主要問題是潛在排放點(diǎn)的數(shù)量，這些點(diǎn)取決于所采取的配置，有時(shí)高達(dá)30。潛在不精確的另一個(gè)重要方面是d/p變送器自身。盡管大多數(shù)所謂智能型d/p變送器仍在使用模擬傳感系統(tǒng)。主要模擬傳感器還是容易產(chǎn)生由靜壓和高溫引起的漂移。這些因素再加上測量范圍下顯著的錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)儀表安裝性能變得不可靠。但是橫河電機(jī)的DPharp系列變送器卻可以使變送器的性能得到改進(jìn)。該數(shù)字式傳感變送器系列在全世界大量的設(shè)備系統(tǒng)中進(jìn)行了徹底的性能測試，事實(shí)證明在當(dāng)今的市場上是最精確的，而且無需維護(hù)的變送器。
DPharp的主要特點(diǎn)
EJA 數(shù)字解決方案
--同級(jí)別中的性能最佳
--d/p上100:1的可調(diào)范圍
--0.075%的精度
--±0.03%的過壓校正保護(hù)
--5年的偏差為±0.1%，具有長期的穩(wěn)定性
EJX的附加價(jià)值
--同級(jí)別中的性能最佳
--d/p上200:1的可調(diào)范圍
--0.04%的精度
--10年的偏差為±0.1%，具有長期的穩(wěn)定性
-- 多傳感輸出
--EJX產(chǎn)品系列中的多變量變送器
蒸汽測量的另一條途徑是考慮使用旋渦流量計(jì)。最近30多年以來，橫河電機(jī)的YEWFLO旋渦流量計(jì)成功地安裝在數(shù)以千計(jì)的蒸汽測量設(shè)備上。與孔板式相比，相對(duì)于全量程3～5%的精度，YEWFLO的精度要好于讀數(shù)1%的精度。之所以在全世界得到如此廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)槠涞蛪毫p失，僅與過程有兩處連接點(diǎn)，可靠性高，以及無需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。從DN15到DN400該儀表擁有各種管線尺寸，運(yùn)行環(huán)境溫度可高達(dá)400℃。如果需要還可以提供SIRA/WIB報(bào)告。
YEWFLO數(shù)字式旋渦流量計(jì)的顯著特點(diǎn):
--高精度與低壓力損失
--最大35:1的測量范圍
--世界首創(chuàng)的，帶流體與溫度輸出的多變量旋渦流量計(jì)
--在交通不便的位置對(duì)基于微處理器的電子元件進(jìn)行遠(yuǎn)程安裝
--在整個(gè)流量計(jì)測量范圍內(nèi)預(yù)校正及再定位(re-rangeable)
--工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)輸出
--在世界各地安裝的數(shù)量超過300,000
絕大多數(shù)的蒸汽測量仍是容積式。鍋爐的輸出以每小時(shí)噸∕千克∕磅為單位計(jì)量，所以在容積測量的質(zhì)量蒸汽運(yùn)算中，管線壓力的任何變化都會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的誤差。比如當(dāng)操作壓力10bar時(shí)，管線壓力發(fā)生0.5bar的變化將引發(fā)質(zhì)量流量精度5%的誤差。安裝可以進(jìn)行壓力“與∕或”溫度測量的“蒸汽計(jì)算機(jī)”(取決于飽和蒸汽或過熱蒸汽)能消除由管線壓力波動(dòng)而導(dǎo)致的誤差。
壓力與溫度測量
從冷凝溫差控制到簡單管線壓力監(jiān)視，應(yīng)用范圍非常廣泛。全系列的壓力與溫度設(shè)備可以給出精確而可靠的圖表，精確測量系統(tǒng)的各項(xiàng)狀況。
燃料油測量
傳統(tǒng)來看燃油測量屬于機(jī)械類流量計(jì)的范疇。因?yàn)橄到y(tǒng)污染，機(jī)械流量計(jì)十分易于發(fā)生堵塞，或機(jī)械磨損。機(jī)械式測量儀同樣在系統(tǒng)中導(dǎo)入了高壓力損失，從而導(dǎo)致傳輸成本的增加。
可以考慮使用Rotamass科里奧利質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行替代。通過在鍋爐燃油測量中應(yīng)用這種類型的
測量方式，可以帶來以下這些好處:
--精度高，液體應(yīng)用中質(zhì)量流量的0.1%
--測量范圍廣
--以千克、噸、磅等為單位進(jìn)行輸出
--可獲得密度輸出
水流量監(jiān)視
ADMAG AXF電磁流量計(jì)適用于電導(dǎo)率超過1uS/cm的所有導(dǎo)電流體。在該儀表的全徑設(shè)計(jì)中，實(shí)際上沒有任何壓力損失，其動(dòng)態(tài)流量范圍也是現(xiàn)如今所有流量計(jì)中最廣的一個(gè)。讀數(shù)0.35%(0.2可選)的高精度而且無需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，使ADMAG AXF成為替換傳統(tǒng)機(jī)械式流量計(jì)的明智選擇。
蒸汽回路電導(dǎo)率與pH值監(jiān)視
對(duì)流經(jīng)鍋爐的用水必須進(jìn)行嚴(yán)格處理，這一點(diǎn)是十分重要的，只有這樣才不會(huì)發(fā)生沉淀或腐蝕。這兩種情況都會(huì)損壞管道、閥門與換熱器，從而帶來不必要的更換工作，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢，此外還有蒸汽流失的成本損失。電導(dǎo)率與pH值測量是蒸汽回路的“監(jiān)督員”；它們一同監(jiān)視雜質(zhì)的水平，并控制調(diào)理化學(xué)品的添加。
電導(dǎo)率測量用于監(jiān)視水中固體溶解物的數(shù)量。典型的鍋爐給水包含少于大約0.055uS/cm的電導(dǎo)率。由于很大(最大15%/℃)的非線性溫度的影響，這種高純度水的測量十分復(fù)雜。必須經(jīng)過冷凝，否則任何測量均毫無意義。
橫河電機(jī)的電導(dǎo)率測量系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)充分考慮到這些條件了。大范圍傳感器用于優(yōu)化靈敏度，矩陣溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確地反映出高純水的非線性特征。一個(gè)少有人知的事實(shí)是，涂層電導(dǎo)率傳感器與偏振電導(dǎo)率傳感器會(huì)產(chǎn)生低于實(shí)際值的讀數(shù)。換言之，當(dāng)水質(zhì)并不符合要求時(shí)電導(dǎo)率儀仍會(huì)報(bào)告水質(zhì)是在許用范圍之內(nèi)。橫河電機(jī)的系統(tǒng)使用診斷校驗(yàn)，可以檢測出破損、非沉浸、結(jié)垢、偏振和線纜等問題。
電導(dǎo)率測量“監(jiān)視”水質(zhì)，橫河電機(jī)高性能儀表提供了高精度的測量，并由綜合診斷系統(tǒng)進(jìn)行備份。
鍋爐給水的正確處理是降低鍋爐硬件發(fā)生潛在損害的主要辦法。完成處理的正確方法是在一個(gè)窄帶范圍內(nèi)控制給水的pH值。下圖顯示了如果水中的pH值變?yōu)樗嵝曰驂A性，在腐蝕逐漸增加的影響下，在pH值10左右時(shí)鍋爐腐蝕率最低。
因?yàn)閰⒖级说牟环�(wěn)定、玻璃電極的響應(yīng)、對(duì)電噪聲的敏感度以及過程溫度的影響，很難完成高純水的pH值測量。因此電極的選擇要分外注意，比如低阻玻璃、正參比壓力以及不銹鋼支架能消除這些影響。
為了提供最佳的運(yùn)行，橫河電機(jī)Exa變送器采用了噪聲抑制差動(dòng)放大，它同樣能進(jìn)行全面的診斷。這種診斷能檢測出破裂的玻璃、遭受污染的電極、非沉浸和線纜問題。不僅任何故障都能迅速引起操作員的注意，而且還能推算出電極的使用壽命。這樣就可以在發(fā)生故障之前進(jìn)行維護(hù)，防止計(jì)劃外故障。
鍋爐燃燒的測量
發(fā)電鍋爐
精確的氧氣測量對(duì)鍋爐燃燒控制非常重要。為了得到最佳燃燒效率并且降低排放，燃空比必須非常嚴(yán)格。過量氧氣會(huì)導(dǎo)致排氣煙囪中的熱損失，相反，氧氣不足則會(huì)產(chǎn)生不受歡迎的煙氣。
使用了我們的氧化鋯分析儀的EXA系列產(chǎn)品客戶反映，由于獨(dú)特的傳感器設(shè)計(jì)，校正周期得到了延長。而且，現(xiàn)場傳感器更換的時(shí)間也從過去的2～3小時(shí)減少到了30分鐘，大大減少了投入維護(hù)工作的時(shí)間與精力。
監(jiān)視與控制
提高與鍋爐相關(guān)過程測量的質(zhì)量帶來的另一個(gè)好處就是可以記錄效率更高、更有價(jià)值的信息，此外還改善了控制系統(tǒng)的優(yōu)化。記錄既可以采用有紙記錄，也可以采用無紙記錄，能夠?qū)⒔Y(jié)果儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)媒介或帶有全面監(jiān)視和日志功能的綜合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。
可以提供許多不同類型的方法來進(jìn)一步優(yōu)化控制，包括單回路方式與基于Microsoft Windows的分布式控制系統(tǒng)。
典型應(yīng)用實(shí)例包括:
--3參數(shù)鍋爐液位控制
--鍋爐燃空比控制
--汽包液位壓力補(bǔ)償
--自動(dòng)燃燒控制
-主蒸汽壓力控制
成功的控制策略解決方案需要明確的需求分析。橫河電機(jī)可以提供這方面的技術(shù)支持并提出建議。
基于橫河電機(jī)現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備
自從將全世界首臺(tái)基于現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備推向市場，橫河電機(jī)現(xiàn)在已研制出一系列基于現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備。現(xiàn)有的產(chǎn)品系列如下所示。每種型號(hào)均可以以選配件的形式獲取Link Active Scheduler(LAS)功能與PID模塊。許多型號(hào)具有防爆或本安結(jié)構(gòu)。
帶有現(xiàn)場總線技術(shù)接口的CENTUM CS 3000 R3和STARDOM控制器能夠與這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)無縫接入，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視數(shù)據(jù)。
EJX: 壓力∕差壓變送器
EJA:
壓力∕差壓變送器
數(shù)字式Y(jié)EWFLO:
數(shù)字式旋渦流量計(jì)
YVP?: 閥門定位器
YTA?: 溫度變送器
ADMAG? AXF:
電磁流量計(jì)
SC202, ISC202: 電導(dǎo)率儀
PH202: pH計(jì)
DAQSTATION DX: 記錄儀
EJA430A型高性能的壓力變送器可用于測量液體、氣體或蒸汽的壓力，并將其轉(zhuǎn)變成4～20mA DC的電流信號(hào)輸出。
DY系列流量計(jì)是基于數(shù)十年現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)實(shí)踐研發(fā)的產(chǎn)品，不僅耐用，而且易于操作。
AXF系列流量計(jì)是基于數(shù)十年現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)實(shí)踐研發(fā)的產(chǎn)品，不僅耐用，而且易于操作。
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