锅炉等离子水箱水位抗干扰动态报警方法

各种磁翻板液位计的液位报警一般都是采用高低限报警方法，当液位变化达到设定的高值或低值时发出报警信号。这种报警方法报警设定值一般都与正常运行值距离较大，系统发生泄漏时，需要经过较长时间才达到报警值。如果正常运行时液位存在较大波动，就更无法及时判断出系统泄漏。因此，有必要开发一种抗干扰能力强、反应灵敏的液位报警方法，在泄漏初期能快速判断出液位变化，发出报警信号，提醒运行人员及时处理。

1 设备概况

海口电厂 #8、#9机组锅炉型号为 HG1018/18.6－YM23型，亚临界、一次中间再热、自然循环汽包炉、单炉膛、平衡通风、四角切圆燃烧器，冷一次风正压直吹式制粉系统，设计燃料为烟煤。底层四个燃烧器安装了等离子点火装置 , 实现锅炉的无油点火启动 , 在低负荷和事故情况下也可进行锅炉助燃。由于等离子点火装置工作在极高温度环境中，因此配套有一个闭式循环冷却水系统。等离子循环冷却水本身在冷却水泵出口设有一个使用机组闭式水的冷却器。磁翻板液位计为翻板式，远传磁翻板液位计为超声波式。机组 DCS 控制系统设置了等离子水箱水位高低限报警，高限报警值1500mm，低限报警值1000mm。

2 现状调查

2.1 等离子冷却水泄漏工况

等离子冷却水泄漏过程。2016年9月22日 #8炉#1角等离子装置内部发生泄漏（表1）。泄漏第一个小时水箱水位下降只有6 mm，从水位曲线几乎看不出水位变化，两个小时左右一次风管阻力开始明显上升，3小时后泄漏扩大，水位快速下降，200分钟后水位才达到1000 mm 低限报警值。由于报警较慢，运行人员未能及时处理，造成了一次风管的严重堵塞，需要停运磨煤机进行处理，对机组的安全运行影响很大。

泄漏工况分析。由于泄漏发生在等离子装置内部，初期泄漏量小时没有往外冒水，水箱水位下降又缓慢，运行人员就地检查和表盘监视都很难发现，必须靠水箱水位及时发出报警提示运行人员。发生泄漏后水位报警反应慢，主要原因是运行水位控制过高，距低限报警值有150mm，需要很长时间才能降至报警值。水箱运行水位与报警值的差距大是影响报警反应速度的关键因素。要提高水位报警的反应速度，必须减小正常运行水位和报警值的差值。根据冷却水泄漏对设备的影响情况，为了防止泄漏造成一次风管堵塞和等离子燃烧器烧损，必须在一小时内发现冷却水泄漏，即要求正常运行水位与报警值的差值控制在6mm 以内。

2.2 等离子冷却水正常运行工况

正常运行水箱水位瞬时波动情况。等离子水箱水位正常运行中一直处于高频率的大幅波动状态，瞬时波动zui大幅度有30mm。检查发现，水位瞬时波动大的主因是水箱顶部回水对水面有较大冲击，其他信号干扰对水位瞬时波动影响很少发生。正常运行水箱水位长周期波动情况。正常运行中水箱水位除了高频率的波动，还存在长周期波动，水位平均值长周期波幅约12mm。水位的长周期波动主要是运行工况变化引起冷却水温度升降造成。由于等离子冷却水本身有一个使用机组闭式水的冷却器，机组闭式水温度一天的变化只有3℃左右，因此，除等离子投运时冷却水温度急剧上升外，其他工况对冷却水温度影响较小，对水位影响正常都不超过1mm，可以忽略。等离子投运是影响水箱水位长周期波动zui大因素，四个等离子全部投运水位上升约9mm。

正常运行水箱水位波动总结。正常运行中，由于水箱回水冲击和等离子投运等多种因素影响，等离子水箱水位一直处于大幅波动状态，瞬时波动和长周期波动叠加，总波动幅度zui大有42mm。因此，水位下降42mm 可能是正常波动，不能确定是否发生了泄漏，这严重影响对发生泄漏的及时判断。在这样的条件下，为防止频繁的误发报警，运行水位与报警值的差值不能设置小于42mm。因此，要达到一小时内判断出冷却水泄漏而发出报警的目标，必须设法去除正常运行中非泄漏因素引起的水位波动干扰，把水位波动幅度控制在6mm 以内。

3 实施对策

3.1 去除水位波动干扰

去除水位瞬时波动干扰。水箱水位瞬时波动大主要是回水管回水对水面冲击引起，可通过把回水管改至水面以下来消除影响。由于设备改造需要退出等离子系统，还需增加硬件成本，因此改在DCS 系统中通过软件方法来实现。软件方法方案简单、容易实施，主要采用低通数字滤波和速率限制等 DPU 组态模块功能。这样的方法对所有因素引起的瞬时波动都有效果，是去除水位瞬时波动干扰的非常好的方案。在 DPU 组态中首先在水位信号输入功能块（XAI）上加上低通滤波，再采用速率限制器（RatLmt）进一步去除干扰信号。由于滤波和速率限制器设定的速率远大于泄漏时水位下降速率，因此处理后的水位曲线能正确反应泄漏时水位的下降，对报警灵敏度没有影响（图1），经过滤波和限速处理后水位的波动幅度控制在 ±3mm 内，效果理想。

去除水位长周期波动干扰。对水位长周期波动影响zui大的是等离子投运。等离子投运后，冷却水温度上升较多，水箱水温、等离子装置进水温度和回水温度偏差很大，通过水温变化计算冷却水膨胀量难度较大，而且水箱位置还需加装温度计，不建议采用。等离子运行参数中与冷却水温度zui相关的是等离子电流，采用四个等离子装置总电流进行计算修正能较好的匹配水位变化量。由于等离子投退时电流是瞬时变化到位，而冷却水温度升降较慢，水位变化有约40分钟的惯性。因此，在 DCS 组态中利用电流进行水位修正时，采用了速率限制器来实现40分钟的惯性（图2）：等离子电流修正前等离子运行时水位明显偏高约9mm，修正后的水位等离子投退对水位完全没有影响，效果非常理想。

3.2 针对运行水位控制过高的对策

通过数字滤波和工况修正后，水位曲线已变得很平稳，总的波动幅度正常不超过 ±3mm。在此基础上把运行水位与低限报警值的差值控制在5~6mm，就能达到发生泄漏时一小时内发出报警信号的目标。但原报警低限值是1000mm，运行中水箱水位要严格控制在1005~1006mm，操作难度较大，很不灵活。为此改用动态报警值的报警方法，报警值不再是固定的高低限值而是一个动态的幅度值，这里设定为 ±5mm，与正常运行水位比较，水位升降幅度达到5mm 就发出报警信号，这样就避免了运行水位高低对报警反应速度的影响（图3），报警反应时间可从原来的3个多小时缩短到约1小时。

4 集成的抗干扰动态报警方法

4.1 集成的抗干扰动态报警方法

综合以上对策集成一个总抗干扰动态报警方案如图4。

组态功能及参数说明 ：等离子水位信号输入功能块 XAI 加上低通滤波（系数 Flt=30s）；滤波后的水位信号再采用速率限制器 RatLmt（限速1/min），进一步去除信号干扰 ；四个等离子电流累加后（总电流约1280A），首先通过速率限制器RatLmt 实现40分钟的惯性（限速32/min），使之与水位变化的惯性匹配，然后在功能块 Add（系数K2＝-0.007）中对前面处理过的水位信号进行修正，zui大电流1280A 对应修正值-9mm，zui后得到了波动很小、变化平缓的基准水位曲线 ；为提高报警精度，后面的磁翻板液位计计算都使用移动平均值 ；“当前水位”通过 Delay 模块取60s 移动平均值，可减小水位波动的影响 ；“正常运行水位”通过 TSum 模块取一小时前的小时平均值，以避免泄漏对小时平均值的影响，同时通过时间循环模块 CycTime 每小时对其进行更新 ；“当前水位”与“正常运行水位”通过功能块 Add 计算差值，用 HLAlm 判断偏差达到±5mm 时，发出水位上升 / 下降报警信号 ；“报警复位”按钮 D/MA 通过置“正常运行水位”为当前统计值后，消除磁翻板液位计算偏差，实现报警复位。

4.2 抗干扰动态报警方法试验效果

方案完成后进行了现场验收试验，微开水箱放水门放水，约一分钟后水位均值下降超过5mm，报警信号发出，达到设计效果。

5 结语

锅炉等离子水箱水位抗干扰动态报警方法，在DCS 系统中利用软件方法，通过数字处理，去除非泄漏因素对水位波动的干扰，再采用动态报警方法，在系统发生微小泄漏的初期就能及时发出报警信号，既提高了报警反应速度又避免了频繁发误报警。此报警方法抗干扰能力强、反应灵敏，可广泛应用于类似的磁翻板液位计，具体较高的推广使用价值。