各種磁翻板液位計的液位報警一般都是采用高低限報警方法，當(dāng)液位變化達到設(shè)定的高值或低值時發(fā)出報警信號。這種報警方法報警設(shè)定值一般都與正常運行值距離較大，系統(tǒng)發(fā)生泄漏時，需要經(jīng)過較長時間才達到報警值。如果正常運行時液位存在較大波動，就更無法及時判斷出系統(tǒng)泄漏。因此，有必要開發(fā)一種抗干擾能力強、反應(yīng)靈敏的液位報警方法，在泄漏初期能快速判斷出液位變化，發(fā)出報警信號，提醒運行人員及時處理。

1 設(shè)備概況

?？陔姀S #8、#9機組鍋爐型號為 HG1018/18.6－YM23型，亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐、單爐膛、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒器，冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，設(shè)計燃料為煙煤。底層四個燃燒器安裝了等離子點火裝置 , 實現(xiàn)鍋爐的無油點火啟動 , 在低負(fù)荷和事故情況下也可進行鍋爐助燃。由于等離子點火裝置工作在極高溫度環(huán)境中，因此配套有一個閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。等離子循環(huán)冷卻水本身在冷卻水泵出口設(shè)有一個使用機組閉式水的冷卻器。磁翻板液位計為翻板式，遠傳磁翻板液位計為超聲波式。機組 DCS 控制系統(tǒng)設(shè)置了等離子水箱水位高低限報警，高限報警值1500mm，低限報警值1000mm。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 等離子冷卻水泄漏工況

等離子冷卻水泄漏過程。2016年9月22日 #8爐#1角等離子裝置內(nèi)部發(fā)生泄漏（表1）。泄漏第一個小時水箱水位下降只有6 mm，從水位曲線幾乎看不出水位變化，兩個小時左右一次風(fēng)管阻力開始明顯上升，3小時后泄漏擴大，水位快速下降，200分鐘后水位才達到1000 mm 低限報警值。由于報警較慢，運行人員未能及時處理，造成了一次風(fēng)管的嚴(yán)重堵塞，需要停運磨煤機進行處理，對機組的安全運行影響很大。

泄漏工況分析。由于泄漏發(fā)生在等離子裝置內(nèi)部，初期泄漏量小時沒有往外冒水，水箱水位下降又緩慢，運行人員就地檢查和表盤監(jiān)視都很難發(fā)現(xiàn)，必須靠水箱水位及時發(fā)出報警提示運行人員。發(fā)生泄漏后水位報警反應(yīng)慢，主要原因是運行水位控制過高，距低限報警值有150mm，需要很長時間才能降至報警值。水箱運行水位與報警值的差距大是影響報警反應(yīng)速度的關(guān)鍵因素。要提高水位報警的反應(yīng)速度，必須減小正常運行水位和報警值的差值。根據(jù)冷卻水泄漏對設(shè)備的影響情況，為了防止泄漏造成一次風(fēng)管堵塞和等離子燃燒器燒損，必須在一小時內(nèi)發(fā)現(xiàn)冷卻水泄漏，即要求正常運行水位與報警值的差值控制在6mm 以內(nèi)。

2.2 等離子冷卻水正常運行工況

正常運行水箱水位瞬時波動情況。等離子水箱水位正常運行中一直處于高頻率的大幅波動狀態(tài)，瞬時波動zui大幅度有30mm。檢查發(fā)現(xiàn)，水位瞬時波動大的主因是水箱頂部回水對水面有較大沖擊，其他信號干擾對水位瞬時波動影響很少發(fā)生。正常運行水箱水位長周期波動情況。正常運行中水箱水位除了高頻率的波動，還存在長周期波動，水位平均值長周期波幅約12mm。水位的長周期波動主要是運行工況變化引起冷卻水溫度升降造成。由于等離子冷卻水本身有一個使用機組閉式水的冷卻器，機組閉式水溫度一天的變化只有3℃左右，因此，除等離子投運時冷卻水溫度急劇上升外，其他工況對冷卻水溫度影響較小，對水位影響正常都不超過1mm，可以忽略。等離子投運是影響水箱水位長周期波動zui大因素，四個等離子全部投運水位上升約9mm。

正常運行水箱水位波動總結(jié)。正常運行中，由于水箱回水沖擊和等離子投運等多種因素影響，等離子水箱水位一直處于大幅波動狀態(tài)，瞬時波動和長周期波動疊加，總波動幅度zui大有42mm。因此，水位下降42mm 可能是正常波動，不能確定是否發(fā)生了泄漏，這嚴(yán)重影響對發(fā)生泄漏的及時判斷。在這樣的條件下，為防止頻繁的誤發(fā)報警，運行水位與報警值的差值不能設(shè)置小于42mm。因此，要達到一小時內(nèi)判斷出冷卻水泄漏而發(fā)出報警的目標(biāo)，必須設(shè)法去除正常運行中非泄漏因素引起的水位波動干擾，把水位波動幅度控制在6mm 以內(nèi)。

3 實施對策

3.1 去除水位波動干擾

去除水位瞬時波動干擾。水箱水位瞬時波動大主要是回水管回水對水面沖擊引起，可通過把回水管改至水面以下來消除影響。由于設(shè)備改造需要退出等離子系統(tǒng)，還需增加硬件成本，因此改在DCS 系統(tǒng)中通過軟件方法來實現(xiàn)。軟件方法方案簡單、容易實施，主要采用低通數(shù)字濾波和速率限制等 DPU 組態(tài)模塊功能。這樣的方法對所有因素引起的瞬時波動都有效果，是去除水位瞬時波動干擾的非常好的方案。在 DPU 組態(tài)中首先在水位信號輸入功能塊（XAI）上加上低通濾波，再采用速率限制器（RatLmt）進一步去除干擾信號。由于濾波和速率限制器設(shè)定的速率遠大于泄漏時水位下降速率，因此處理后的水位曲線能正確反應(yīng)泄漏時水位的下降，對報警靈敏度沒有影響（圖1），經(jīng)過濾波和限速處理后水位的波動幅度控制在 ±3mm 內(nèi)，效果理想。

去除水位長周期波動干擾。對水位長周期波動影響zui大的是等離子投運。等離子投運后，冷卻水溫度上升較多，水箱水溫、等離子裝置進水溫度和回水溫度偏差很大，通過水溫變化計算冷卻水膨脹量難度較大，而且水箱位置還需加裝溫度計，不建議采用。等離子運行參數(shù)中與冷卻水溫度zui相關(guān)的是等離子電流，采用四個等離子裝置總電流進行計算修正能較好的匹配水位變化量。由于等離子投退時電流是瞬時變化到位，而冷卻水溫度升降較慢，水位變化有約40分鐘的慣性。因此，在 DCS 組態(tài)中利用電流進行水位修正時，采用了速率限制器來實現(xiàn)40分鐘的慣性（圖2）：等離子電流修正前等離子運行時水位明顯偏高約9mm，修正后的水位等離子投退對水位完全沒有影響，效果非常理想。

3.2 針對運行水位控制過高的對策

通過數(shù)字濾波和工況修正后，水位曲線已變得很平穩(wěn)，總的波動幅度正常不超過 ±3mm。在此基礎(chǔ)上把運行水位與低限報警值的差值控制在5~6mm，就能達到發(fā)生泄漏時一小時內(nèi)發(fā)出報警信號的目標(biāo)。但原報警低限值是1000mm，運行中水箱水位要嚴(yán)格控制在1005~1006mm，操作難度較大，很不靈活。為此改用動態(tài)報警值的報警方法，報警值不再是固定的高低限值而是一個動態(tài)的幅度值，這里設(shè)定為 ±5mm，與正常運行水位比較，水位升降幅度達到5mm 就發(fā)出報警信號，這樣就避免了運行水位高低對報警反應(yīng)速度的影響（圖3），報警反應(yīng)時間可從原來的3個多小時縮短到約1小時。

4 集成的抗干擾動態(tài)報警方法

4.1 集成的抗干擾動態(tài)報警方法

綜合以上對策集成一個總抗干擾動態(tài)報警方案如圖4。

組態(tài)功能及參數(shù)說明 ：等離子水位信號輸入功能塊 XAI 加上低通濾波（系數(shù) Flt=30s）；濾波后的水位信號再采用速率限制器 RatLmt（限速1/min），進一步去除信號干擾 ；四個等離子電流累加后（總電流約1280A），首先通過速率限制器RatLmt 實現(xiàn)40分鐘的慣性（限速32/min），使之與水位變化的慣性匹配，然后在功能塊 Add（系數(shù)K2＝-0.007）中對前面處理過的水位信號進行修正，zui大電流1280A 對應(yīng)修正值-9mm，zui后得到了波動很小、變化平緩的基準(zhǔn)水位曲線 ；為提高報警精度，后面的磁翻板液位計計算都使用移動平均值 ；“當(dāng)前水位”通過 Delay 模塊取60s 移動平均值，可減小水位波動的影響 ；“正常運行水位”通過 TSum 模塊取一小時前的小時平均值，以避免泄漏對小時平均值的影響，同時通過時間循環(huán)模塊 CycTime 每小時對其進行更新 ；“當(dāng)前水位”與“正常運行水位”通過功能塊 Add 計算差值，用 HLAlm 判斷偏差達到±5mm 時，發(fā)出水位上升 / 下降報警信號 ；“報警復(fù)位”按鈕 D/MA 通過置“正常運行水位”為當(dāng)前統(tǒng)計值后，消除磁翻板液位計算偏差，實現(xiàn)報警復(fù)位。

4.2 抗干擾動態(tài)報警方法試驗效果

方案完成后進行了現(xiàn)場驗收試驗，微開水箱放水門放水，約一分鐘后水位均值下降超過5mm，報警信號發(fā)出，達到設(shè)計效果。

5 結(jié)語

鍋爐等離子水箱水位抗干擾動態(tài)報警方法，在DCS 系統(tǒng)中利用軟件方法，通過數(shù)字處理，去除非泄漏因素對水位波動的干擾，再采用動態(tài)報警方法，在系統(tǒng)發(fā)生微小泄漏的初期就能及時發(fā)出報警信號，既提高了報警反應(yīng)速度又避免了頻繁發(fā)誤報警。此報警方法抗干擾能力強、反應(yīng)靈敏，可廣泛應(yīng)用于類似的磁翻板液位計，具體較高的推廣使用價值。