儲水罐太陽能液位報警控制系統(tǒng)研制

中國石油遼河油田分公司冷家油田開發(fā)公司（遼寧盤錦124010）

■質(zhì)量安全論壇

儲水罐太陽能液位報警控制系統(tǒng)研制

王雪梅

中國石油遼河油田分公司冷家油田開發(fā)公司（遼寧盤錦124010）

活動式注汽鍋爐因其組件分散、搬遷靈活便于油田不同井場注汽作業(yè)，為了確保注汽站鍋爐供水的連續(xù)性，每臺鍋爐的供水系統(tǒng)都備有一到兩個50m3儲水罐。分析了現(xiàn)有儲水罐自制浮球液位顯示裝置存在的主要問題：無報警裝置、故障率高、易損壞、人工控制水位、調(diào)整操作頻繁、員工勞動強(qiáng)度大。研制了1種可以克服現(xiàn)有浮漂液位計缺陷與不足的新型液位顯示報警控制系統(tǒng)。實(shí)踐表明新研制的儲水罐太陽能液位控制報警系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)在線液位監(jiān)測報警、水位自動控制功能，有效地避免了水罐在生產(chǎn)現(xiàn)場的冒罐污染和因水位過低停爐現(xiàn)象，整個系統(tǒng)更符合安全、環(huán)保、節(jié)能的要求，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

注汽鍋爐；儲水罐液位；報警控制系統(tǒng)；節(jié)能降耗

目前某作業(yè)區(qū)10臺鍋爐儲供水罐的液位顯示都是比較簡陋的浮漂式液位計，如圖1、圖2所示。

圖1 儲水罐與浮漂液位計

圖2 浮漂式液位計示意圖

1 現(xiàn)狀調(diào)查

這種自制浮球液位顯示裝置，在實(shí)際的使用過程中，主要存在以下弊端。

1.1 無報警裝置

現(xiàn)有浮桿液位計無準(zhǔn)確的液位顯示，當(dāng)水位過高時冒罐，浪費(fèi)水資源，并造成污染；水位過低時導(dǎo)致鍋爐因缺水停爐，再次啟爐需要消耗較多的鍋爐燃料及其他能耗，既耽誤生產(chǎn)又增加注汽耗能。通過抽查4個站2013年12月儲水罐冒罐和缺水停爐的統(tǒng)計情況（表1）可知，目前所用的儲水罐浮漂液位計月平均冒罐達(dá)8次，導(dǎo)致鍋爐缺水平均停爐2次。

1.2 故障率高、易損壞

現(xiàn)有液位計浮球和浮桿在水中容易腐蝕，造成浮漂滲漏、焊口處腐爛[1]，致使浮漂無法正常使用，由于防腐性能差、故障率高，增加了維護(hù)和維修費(fèi)用。表2是一年來6臺儲水罐液位計的損壞及故障統(tǒng)計情況。

1.3 人工控制水位，調(diào)整操作頻繁，員工勞動強(qiáng)度大

活動鍋爐供水需要人工控制上水量，來水壓力波動較大，工人要及時根據(jù)水量和鍋爐排量需求調(diào)整閥門開度來控制水罐液位，平均1～2h就進(jìn)行一次閥門開關(guān)操作，調(diào)整操作頻繁，勞動強(qiáng)度大。

1.4 生產(chǎn)現(xiàn)場安全環(huán)保隱患較多

冒罐既浪費(fèi)水資源，造成井場四周環(huán)境污染；供水不足又影響了注汽鍋爐安全生產(chǎn)的連續(xù)性，冬季一旦停爐,安全隱患多,易使設(shè)備凍堵發(fā)生安全事故。

表1 儲水罐冒罐和缺水停爐統(tǒng)計表

表2 抽檢6臺鍋爐儲水罐浮漂損壞情況

表3 液位顯示測量方案選擇表

2 提出并確定最佳方案

針對新型水位控制系統(tǒng)的研制需要解決3項問題，分別是液位顯示、水位高低報警、自動上水控制，實(shí)現(xiàn)這3項功能必須要解決供電能源問題。

由于活動注汽鍋爐生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)常搬遷，采用交流供電在搬遷前后都要斷開電纜并重新連接。另外，水罐附近使用電纜使安全用電存在一定隱患。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況需要，對液位控制報警系統(tǒng)采用電池組直流供電方式。而工業(yè)生產(chǎn)中長期用電不便頻繁更換電池組，所以決定使用太陽能供電系統(tǒng)對液位控制系統(tǒng)供電。

2.1 太陽能供電系統(tǒng)

太陽能供電系統(tǒng)[2]由太陽能電池板、專用蓄電池、充放電控制器組成，發(fā)電功能主要由電池板來實(shí)現(xiàn)。通過對太陽能電池板、蓄電池、充放電控制器3項進(jìn)行優(yōu)選組合。由于北方地區(qū)冬季溫度較低，在室外生產(chǎn)環(huán)境下要充分考慮設(shè)備的耐低溫性能，根據(jù)各項選擇方案的對比進(jìn)行優(yōu)選：單晶硅光電轉(zhuǎn)換效率是最高的，抗衰減性好，使用壽命較長；膠體蓄電池，蓄能大、低溫充放電穩(wěn)定性好，性價比較高；選用PWM20I型充放電控制器在室外低溫環(huán)境中可以保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 液位顯示測量

實(shí)現(xiàn)液位顯示要做好液位測量[3]，需要在罐體內(nèi)放置能監(jiān)測液位的傳感裝置，通過表3中3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)論證分析，優(yōu)選氣體導(dǎo)壓式液位測量，更符合生產(chǎn)實(shí)際情況，且性價比更高。

2.3 水位高低報警

對液位進(jìn)行采集測量轉(zhuǎn)換成電信號，通過報警控制電路對液位高低信號進(jìn)行處理。目前生產(chǎn)行業(yè)中普遍采用聲光報警可起到就地及時報警的效果。權(quán)衡各項方案（表4）的實(shí)用性和可操作性。優(yōu)選數(shù)字液位控制儀，更符合生產(chǎn)實(shí)際情況，確定為水位高低報警控制的最佳方案。

2.4 自動上水控制

通過對來水管線上安裝一個電控閥門來替代原有手動閥門，實(shí)現(xiàn)自動上水控制。安裝不同類型的電控閥門對液位控制結(jié)果也將不同，要對使用自動上水控制的電控閥門進(jìn)行選擇。自動上水控制閥類型選擇見表5。綜合對比得出電磁閥[4]自動控制上水在現(xiàn)場使用中更實(shí)用，控制方式更簡便、省電，費(fèi)用小，使用維護(hù)更方便，選定方案2電磁閥進(jìn)行自動上水控制。

表4 水位高低報警控制方案選擇表

表5 自動上水控制閥類型選擇表

表6 儲水罐液位測量現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果檢查

在投用新研制的太陽能液位報警系統(tǒng)后，在冷活1#站對現(xiàn)場應(yīng)用效果進(jìn)行檢查，具體檢查情況如下。

3.1 液位顯示準(zhǔn)確性檢查

儲水罐液位測量現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表6，通過數(shù)據(jù)分析液位控制儀顯示誤差與標(biāo)準(zhǔn)值最大誤差為5mm，而量程的測量最大允許誤差為7.5mm，由此可見液位測量都在測量允許誤差范圍之內(nèi)，該系統(tǒng)對儲水罐的液位能達(dá)到精確測量要求，滿足設(shè)計目標(biāo)。

3.2 液位高低報警點(diǎn)效果檢查

在液位控制儀上設(shè)定不同的液位高低報警點(diǎn)，檢查液位到達(dá)設(shè)定的報警點(diǎn)時是否實(shí)現(xiàn)聲光報警動作，檢查情況見表7。經(jīng)現(xiàn)場設(shè)置不同位置高低報警點(diǎn)的報警測試，液位顯示控制儀都能精確的在報警設(shè)置點(diǎn)可靠的動作報警，滿足設(shè)計要求。

3.3 電磁閥通斷控制液位效果檢查

在液位控制儀上設(shè)定不同的自動液位控制數(shù)值，檢查液位到達(dá)設(shè)定的數(shù)值時電磁閥是否實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)動作，儲水罐液位高低自動控制測試情況見表8。在不同液位設(shè)定值時，電磁閥能夠?qū)崿F(xiàn)自動開關(guān)，達(dá)到了設(shè)計要求。

通過現(xiàn)場效果檢查，新研制的儲水罐太陽能液位控制報警系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)在線液位監(jiān)測報警，水位自動控制功能，現(xiàn)場使用效果較好，以上功能的實(shí)現(xiàn)有效地避免了水罐在生產(chǎn)現(xiàn)場的冒罐污染和因水位過低停爐現(xiàn)象。由于整個系統(tǒng)采用的是太陽能直流供電系統(tǒng)，相比于生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備常用的220V交流電壓，直流24V的電壓更安全可靠。整個系統(tǒng)更符合安全、環(huán)保、節(jié)能的要求，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。為測試整個系統(tǒng)使用效果的穩(wěn)定性，對新液位報警控制系統(tǒng)進(jìn)行投運(yùn)，每天記錄下運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)過1個月的試運(yùn)行，冒罐、缺水停爐次數(shù)為零，完全達(dá)到實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

表7 液位高低報警點(diǎn)測試統(tǒng)計表

表8 儲水罐液位高低自動控制測試統(tǒng)計表

4 效益分析

4.1 直接效益

新研制的太陽能液位控制報警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動顯示液位、報警，可以根據(jù)設(shè)定液位自動啟停水泵控制上水，避免了水罐液位過高、過低造成的冒罐和缺水停爐現(xiàn)象，也避免了能源的浪費(fèi)，有效地防止污染和保護(hù)環(huán)境[5]。每臺鍋爐全年因冒罐和缺水停爐造成的損失合計為5.8萬元，新研制的儲水罐太陽能液位控制報警系統(tǒng)每臺投入成本0.6萬元，每臺創(chuàng)效5萬余元。

4.2 間接效益

1）由人工監(jiān)測水位、人工上水升級為自動監(jiān)測水位、自動上水，減輕員工的勞動強(qiáng)度，新系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了由手動控制向自動控制的轉(zhuǎn)變。

2）可以消除冒罐造成水污染和基礎(chǔ)設(shè)施損壞，有效避免了污染賠償費(fèi)用，延長設(shè)備使用壽命。

3）減少因缺水造成停爐次數(shù)，提高鍋爐注汽時率，穩(wěn)定蒸汽質(zhì)量。

5 鞏固措施

為了使活動成果得到有效鞏固和保持，特制定了以下鞏固措施：

1）活動鍋爐在搬遷吊裝水罐時，站上員工要對搬遷人員說明吊裝時注意事項，不能損壞水罐頂部安裝的太陽能板和報警裝置。如果太陽能板確實(shí)影響鋼絲繩吊掛，可拆下太陽能板，并注意妥善保管。同時在搬遷過程中，站上員工注意對裝、卸水罐時的監(jiān)管。

2）在搬遷路途中，站上員工要注意水罐頂部安裝的太陽能板是否超高，以免掛、碰高架線路及障礙物，造成對太陽能板的刮碰損壞。

3）每隔半年要對儲水罐罐底進(jìn)行沉淀物檢查，避免因泥污過多，堵塞液位傳感器取樣孔。

[1]劉繼和，孫素鳳.注汽鍋爐[M].北京:石油工業(yè)出版社，2007.

[2]劉樹民，宏偉.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與施工[M].北京:科學(xué)出版社，2006.

[3]李穎川.采油工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

[4]全國工業(yè)過程測量和控制標(biāo)委會.工業(yè)過程控制系統(tǒng)用電磁閥：JB/T 7352-2010[S].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[5]馬風(fēng)才.質(zhì)量管理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

本文編輯：左學(xué)敏

The movable steam injection boiler is convenient for the steam injection operation in different well sites because of its dispersed components and easy moving.In order to ensure the water supply continuity of steam injection boiler,the water supply system of each boiler has one to two storage tank of 50m3.The main problems existing in the self-made floating ball liquid level display device of the water storage tank are analyzed:no alarm device,high failure rate,easy to damage,artificial control of water level,frequent adjustment of operation and high labor intensity of staff.For this reason,a new type of alarm liquid level display control system is developed,which can overcome the defects and disadvantages of the self-made floating ball liquid level display device.Practice shows that the newly developed solar liquid level alarm control system of water storage tank can realize online monitoring alarm and automatic control functions of liquid level to effectively avoid the run-out pollution of the water storage tank and the shutdown phenomenon of the boiler for too low liquid level.The whole system is in line with the requirements of safety,environmental protection and energy saving,and achieves the desired objectives.

steam injection boiler;water storage tank liquid level;alarm control system;energy-saving consumption-reducing

2015-09-18

王雪梅（1974-），女，工程師，從事質(zhì)量監(jiān)督工作。