GB Z 21193.2-2008 矿物燃烧蒸汽发电站.第2部分 汽包水位控制.pdf

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1、ICS 25.040.40;27.100 N 18 中华人民共和国国家标准化指导性技术文件G/Z 21193. 2-2008/IEC TR 62140-2: 2002 矿物燃烧蒸汽发电站第2部分:汽缸水位控制FossH-fh叫steampower stations-Part 2: Drum -level control CIEC TR 62140-2: 2002 , IDT) 2008-06-18发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会2009-01-01实施发布GB/Z 21193.2-2008/IEC TR 62140-2: 2002 别吕GB/Z 21193(矿

2、物燃烧蒸汽发电站分为如下几部分z一一第1部分z限幅控制z一一第2部分z汽包水位控制;一一第3部分z蒸汽温度控制。本捂导性技术文件为GB/Z21193的第2部分。本指导性拉术文件等问采用IEC/TR62140-2: 2002(矿物燃烧蒸汽发电站第2部分z汽包水位控制)(英文版。为便于使用，对IEC/TR62140-2: 2002做了下列编译性修改z一一技术报告一词改为指导性技术文件气一一脯除IEC/TR62140币2:2002的前言:一一一删除IEC/TR621402:2002的引宫。本指导性技术文件由中国机械工业联合会提出。本指导性技术文件由全自工业过程测量和控制标准化技术委员会第二分技术委员

3、会归口。本指导性技术文件负责起草单位z西南大学。本指导性技术文件参加起草单位:机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、中国四联仪器仪表集由、西安热工研究院有限公司、北京机械工业自动化研究所、上海工业自动化仪表研究所。本指导性技术文件主要起草人z赵亦欣、播东波、祝培牢。本指导性技术文件参加起草人z冯晓升、刘进、周明、谢兵兵、陈诗思。工GB/Z 21193.2 2008/IEC TR 62140-2:2002 51 本措导性技术文件是一个系列指导性技术文件中的一部分，它包含了对矿物燃烧发电站在控制四路上的正确设计和运行方围的建议。它们是基于目前所采用的拉术解决方案，同时为了正确地理解，本指导性技术文件

4、也提出了必要的背景信息。本指导性技术文件提出或包含了特殊的技术解决方案，主要是针对满足相似的用户需求功能，形成一个公认的方法来表示矿物燃烧发电厂操作人员和供应商功能性需要。在给出的时间内，本指导性技术文件被严格地视两为特定的技术解决方案例子，其目的是为了鼓励在该专题上观点统一陌促进讨论。本系列旦有两种类型的指导性技术文件。第一种类型的指导性技术文件涉及到锅炉的特殊控制自路，如汽包水位控器或蒸汽温度控制，以及它们所处于的正常运行条件。第二种类型的指导性技术文件指出了在限制条件下确保正常运行的特殊方法，例如在上升和下降期间，或者在异常运行状况中，或者它们与机炉主控系统有关，如负荷控制系统或频率控制

5、系统。这些指导性技术文件通常把发电站单元归为一个整体。这个系列中的每个指导性技术文件都是相互独立的，然而，它们的内容很大程度上是相互协调的。这个系列是可以补充的。E GB/Z 21193.2-2008/IEC TR 62140-2: 2002 1 茹圄矿物燃烧蒸汽发电站第2部分:汽包水位控制本指导性技术文件的主题是自然循环或强制循环的矿物燃烧蒸汽发电站汽包水位控制。本指导性技术文件首先是被控系统的描述、结构及设计、稳、态特性、过渡过程特性和扰动特性，然后介绍了必要的控制结构，接下来给出了三种已被验证过的控制由路组态，并给出了各自的应用现场。本指导性技术文件的最后是构成控制回路所必须的各种测量元

6、件和执行器的必要条件，还要依照特殊的国家法定要求，如关于汽包水位的监视及安全装室主要求，这也是必须要考虑到的。2 被控系统2. 1 被控系统描述给水是以自然循环或者强制循环的方式流人锅炉的循环系统，并排出饱和蒸汽和最终的软水。如果流人和排出的质量流量之间有差异，循环系统的容量就发生变化，因此，容量的变化是贯量流量之差的时间积分。通常，只有循环系统的上汽包水位可用作锅炉容量的测量值，在些锅炉中有可能存在下汽包，下汽包通常是完全充满了水，自此，与本指导性技术文件没有更多的关系。只要质量流量之间有偏差，上汽包(以后就称为汽包的水位就会发生变化，因此，汽包水位控制的任务是对应蒸汽流量来调节给水流量，以

7、保证汽包水位在某个界限之内。用于对过热蒸汽减榻的喷水流量旁路了汽包水流量，它和为了消-除杂质的汽包排污水流量，都应被考虑成就动变囊。然而，主扰动变量是由锅炉产生的蒸汽流。另外，其他扰动变囊，如蒸汽压力、给水压力和炉膛输出也会间接地产生作用。2.2 结构和设计被控系统的特性受到下列技术尺寸的影响。2.2.1 汽包的大小汽包所要求的最小尺寸通常是由从循环水中分离饱和蒸汽的任务来决定。与锅炉容量有关的汽包越小，水位控制变得越困难，这是由于受到控制特性方面水位最大变化率的影响。2.2.2 汽包水位设定点的位置水位设定点是由汽包设计所决定的。水位设定点应设定在使水位的变化率尽可能小的位置。例如，水平困筒

8、型汽包的中心线处。2.2.3 省煤器的大小和位置进人到汽包中的水的婚值应尽可能接近饱和流体的姑值。2.3 稳态和过渡特性2.3. 1 理想控制特性定义一个简单的水位被控系统显示出积分特性，可被著作为非自衡被控制系统气见留la刀。它可以采用积分时间引来描述。2.3.2 理想控制特性的差异由于各种原因，水位的实际控制特性是与理想控制特性有差异的。然而，并不要求很精确地确定水位的实际控制特性，一个近似值通常己能满足对控制特性的描述。这种差异是基于蒸发介质是水、汽混合物的实际情况而产生。流体的体积量与压力和温度都有关，因此，类似于延迟时间现象的各种现象可能会出现。1 GB/Z 21193.2-2008

9、/IEC TR 62140-2:2002 如果省煤器中的预热没有达到沸点温度，控制流量mFW的增加将减少蒸发系统的空隙容量，这会导致水位1的瞬时下辞见图lb汀，这种初始不规则的特性(非最小相位确应，Tnmpr是非最小相位响应的时闰常数)很难描述，并且，对于实际控制和理论处理都带来了困难。mFW T1 她控在动输了协计量扰汽汽蹬一RM设变的蒸蒸炉显击了动耍一一-23为扰主一一圈1及2以mF mF P mFW 了解扰动特性mF ms p a)蒸汽流量ms单位阶跃变化b)茹汽压力p单位阶跃变化图2711:宜的扰动特性c)炉膛输出mF单位阶跃变化2 GB/Z 21193.2-2008/IEC 1双62

10、140-2: 2002 3 控制任务的系统商述3. 1 控制设定值期望的运仔水位构成了被控变囊的设定值(见圈3)，它可出操作人员来调节。允许的稳态偏差和瞬时偏差幢锅炉的设计而定。任何时候，实际值都不能降到保于许可的最低水位，也不能超过设计允许的最高水位。为了避免控告tl任务的不必要恶化，最低水位和最高水位之间的距离应设成设计阶段所允许的大小。至少有一个测量设备的那量蔽围始终大于最低水位和最高水位之间的范围，并且应包括设计的允许限制幅值。平衡容器水位管汽蒸-iiii 汽蒸位的取I1低提一最稳态控制偏差灼最大允许设定值J一差压寻i压管必须被考虑的或者法规规定的安全距离图3汽包的测量和控制范围3.2

11、 控制性能要求3.2. 1 控制性能定义在汽包水位控制中，控制性能主要是通过程、态控告tl俯差和瞬时控制偏是(超调最宽度)来表征。3.2.2 对控制性能的影晌控制性能受到所选择的控制回路配置(见第4章、被控系统的控告tl过渡过程特性见2.3. 1和2.3.2)、被控系统的扰动过渡过程特性、特别大和特别快的负荷变化(见2.3.3)，以及测量设备的特性见5.1)和控制设备的特性见5.幻的影响。3.2.3 控制性能要求稳态控制偏差或瞬时控制偏差不能超过阁3中摇明的限制，这也适用于负荷变化的情况下，过度严格的要求不会产生运行的有利条件。控制特性应该是先全衰减的。随机波动也被描述为噪声，对于处在满负荷和

12、最小负荷之间负荷范围内的控告tl流量影响，不会大于满负荷流量土2%。4 控制回路配置建议按下列条件来选择控制回路配置。a) 汽钮水位的传递函数(见医口。b) 要求的锅炉负荷变化速度。c) 炉膛的时间瞬脏和通过加热面的热传递。d) 给水流量控制阀处出现的差波动。e) 实际阀门特性与期望阀门特性之间的差异(见5.2.1.3)。f) 汽包水位的恒定要求。3 GB/Z 21193.2-2008/IEC TR 62140-2: 2002 日采用的控制配置考虑了四个变量z一一汽包水位1口被控变量一执行器的位置y=调节变量一一给水流量mFW口控制流量一一蒸汽流量m=主扰动变量通常，控告tl回路按所采用的变量

13、个数和它们的连接结柑来区分。4. 1 单;中最控制仅仅一个冲量，即水位变量。它与分CPD控制器，调节控制给水流量。限制被超出时，这种简单4.2 五冲量控制三冲量控制具有工变量按比例分配控制a)单:中量控制4 b)三J中量控制图4控制黯路配置4a)4f)所给条件中的某些差。一个PI控制器。三个给水流量测量中的见图4b门。c)三J中最串级回路按制、GB/Z 21193.2-2008/IEC TR 62140-2.:2002 5 控制回路的实现5. 1 测盘咒件最重要的检测变量是汽包水位的高度(被控变量。自为热力学和流动过程的原因，汽包中有虚假水位。因此每个测量设备只能显示所表现的平均水位。另外，多

14、数测量技术还受制于系统误差。如果有两个并排的就地水位表存在，那么远程水位提i量的取样孔应设在两个就地水位表之间。如果只有一个就地水位表存在，远程水位测量应就近安装。实际中可供选择的方法是采用汽包两端两个测量值的平均值。当设计取样孔位置时，下行行管和给水人口的影响世泊湖被考虑。即使采用高精度测量设，百吨纠j智慧带附越误差，术存在的水位和外部陋的水位之间的偏差还是会存在。、5. 1. 1 物理甜蜜技术差压技术作为容器水位之间的静也会引起测量误于被测的最低水这些设计规商号测量误差。挂其铀的拥被用于小型电5. 1.2 稳态通常，测偏离了设计状示程嚣变宽和、测量设备变化速率之内，建5.1.4 蒸汽流量常

15、用的流量W!JJ蠢必须小。在某种环境下，水流量的传感器延迟时间5.2 调节给水流量的执行器被要求输送给水进人锅炉的输飞量时，汽包水位和平衡内部的密度变化通常设备的运行状态设计状态，使得指的校正措施。最可以理过节流阀或者改变给水泵转速案情帮霄舔减少能源消耗之丹，给水流量的控制元件也应被量化，以便于它们满足控制要求。所有给水系统的组件必须依照相应规施来设计。5.2. 1 常规性质5.2. 1. 1 系统和泵的特性曲线下列特性曲线对于执行器的设计具有决定性(见医日。线a表示了锅炉常压点上的压力。给水特性曲线b表示了锅炉进水点压力，它被看作水流量的一个函数。线和线b之间的差对应了进水点和常压点之间的流

16、阻。线b和线c之间的差表示了在泵和进水点之间给水管道和仪表中的压降，它被著作水流量的一个函数。线c和线d之间的差对应了给水泵和过热器出口之间的祖II最高度差。系统特性曲线d表示了所要求给水泵出口的压力，它被看作为水流量的一个函数，尽管它没有包含给水控制阀上的压降，诙压降在某种环境下是被要求的。5 GB/Z 21193.2 2008/IEC TR 62140-2: 2002 泵的特性曲线e表示了在运行条件下给水泵出口压力，它被著作在一个设定速度下通过泵输送)的水流量的函数，该压力是由给水泵进口压力加上在运行温度下泵所提高的压力而得到的。给水流量是泵的输出流量扣除了通过泵最小流量阅和喷水流量所分流

17、的流量之后丽得到的流量。钱d和线e之差表示了给水控制阀上的压差。hh川RMM.给水控制阔的AP.，测量高度室主管道的AP锅炉的APa 常应点上的压力(例如锅炉出口处泵输送量的p韶5在恒定转i惠和亲最小流量阀关闭的情况下系统和王军的特性曲钱5.2.1.2 控制范围控制范围必须包括下列限制z一一如果专用于启动和停车的控制阀存在，主执行器和其他执行器的控制范围应被设计成被控最小流量处于最低负荷20%酣近，该最低负荷低于锅炉的最低负荷，在某些环境下也处于降低运行压力的最低负荷(给水控制元件应尽量不成为低锅炉出力限制的决定因素。一-对于启动和停止如果没有附加的执行器存在，给水执行器必须能控制给水流量降至

18、零。一一一执行器必须能够提供锅炉在最高允许汽钮压力下最高连续出力所需要的给水流量。一一-计算误差的影响、损耗、控锚性能的容差，以及对于所要求最大给水流量的理想调节，在对执行器以及其伪执行器设计时都应被考虑到。5.2. 1.3 执行器特性曲线执行器特性曲线或者阔调节特性曲线，表示控制流量是不肉压力下执行器位置的函数，它随着相应的系统和泵特性曲线变化。在锅炉的最大负荷和最小负荷之间的范围内，该特性曲线店尽可能成线性如果需要，仪表结构的非线性应被考虑。5.2. 1. 4 控制时间相对于扰动变量的变化率，在考虑了行程时间的条件下，控制时间应可调，30s被设为标准值。5.2.2 避过改变泵转速控制给水流

19、最是通过改变泵或者泵组的转速来调节的，因此，泵的特性曲线eje7按照所要求的泵输送与系统特性曲线d相交见图的。U 6 5.2.3遁给水流量调节.四此泵的5.2.3.1 特性曲钱GB/Z 21193.2-2008/IEC TR 62140-2:2002 泵输送蠢F由p黯7节流阀特性族调节变量和梧应比的特性曲线也机械或电子的线速可变驱动装置，代表行程和给水流量之比的控制阀特性曲线应是线性的。与行程有关的阔的截面口径计算基础，7 GB/Z 21193.2 2008/IEC TR 62140翩2:2002是压差和给水流量之间的关系，它自泵的特性曲线(见图5中的曲线。和系统特性曲线曲线d)给出。对于各种

20、类型的阀，线性特性只能在有限的程围内实现，该线性范围包括锅炉连续负荷的被控最小值和最大值。如果一个阀由于变化的运行状态，必须按相同的控制流量运行在大幅变化的压差下，每种运行状态的线性特性曲线都要确定。阀门设计的特性曲线应由不向运行状态的不同特性曲线柏成，以便它能满足各种要求，并包括极端的情况。在使用电气仪表系统时，与期望特性曲线的偏差也应该被电气修正，如，采用函数发生器。5.2.3.2 要求的压差阀门全开的给水控制阀压降依赖于设计。对于所给出的常规连接宽度，流通口径截面不能做成闰期望的一样大。实际的阔门特性曲线明显地偏离了期望的基本形状，尤其是在关留点附近。在低于最小行程时，特性曲线的允许斜坡

21、误差被超出，理想的控制巴不再可能，最小行程依赖于阔的特性曲线和阔的设计。各种情况下，检查都必须进行，以确保障的行程在运行时不会降到最小行程以下。为此，最好确定阀所要求的工作范围b.为:be mloo l业些.缸旦F100 l 口汇付PIOO 耳;:= Fmin min 其中J是阀门的流量校正值，p是给水的密度，F是流通口径截菌，乡是压差。下标100对应于最大连续负荷。所选择的阔的允许工作范围是由阔的能造厂商标明，它必须大于所要求的工作范围b.: b. b四日在上式中，当控制流量和密度比由于这行条件而固定时，通过选择带有阶跃的流量m压力特性曲线或带有平滑的流量m压力特性曲线的给水泵，压是比会受到

22、影响。阔的适当压盖PIOO必须在此假定。所选择压力余量越充足，控制任务就越容易完成。但是，这会导致能量损辑不断增加。5.2.3.3 阎远行范围的;成小如果锅炉处于较小周部负荷运行，或者一个热行器被要求具有较大的工作范围，或者在满负荷时，执行器上很大的压降必须被允许，或者甜加的差压控制器被安装，在这些情况中，控制器可用来保持在满负荷下给水控制阀上的压差尽可能假，茵此，要求阔的埠行范围b.被压缩m就变为Pl川。由于5.2.3.2巳考虑可允许的最低差，然商，可允许的最小值通常是由差压控制器允许的最小比例带所产生。处在非常低的局部负荷运行，可以很容易地采用一个前加的低负荷控制阕来完成，该阀与主控散j阔

23、并行安装。两个陌都可以连续地打开或者关闭。5.2.3.4 确定阀尺寸的数据为了阀能够被选定尺寸，对于各自不罔的运行状态，下列数据应被提供按5.2. 3. 1给出的细节): 一一阀前压力;一一嗣后压力;一-mmin叫。、凡的水温以及至少有两个中间值。最好按图表格式提供数据。法规规施应被考虑。5.2.3.5 IJ、给水流量如果阔的设计允许，问芯可以不在线性特性就围内，那么在降低汽包压力运行时，例如z启炉和停炉期间，非常小的给水流量也可以调节。5.2.3.6 无泄漏的关闭在恶行时，阔的无泄漏关闭是所希望的。长期以来，绝对的元泄漏只有单座阀能达到。通常，单座8 GB/Z 21193.2-2008/IE

24、C TR 62140-2: 2002 间要求了大的驱动功率。X叉座阀虽然通常它们并不保证绝对的无涯漏，但是双座阀要求的驱动功率小弥补了单座阀的不足。在这种情况下，额外的截止阀必须被提供。5.2.4 泵速可调和给水控制隔节流的组合控制给水流盏是递过给水控制阀的节流和给水泵通过调速在给水控制阔上设置一个恒定压惹来调节。如果选择了线性特性曲线(kvm)，给水控制阔的位置与流量成正比。该解决方案提供经济运行，并特别适合于可控制的快速加热，例如一个燃油或燃气的锅炉9 NOONHNEO寸FS时HU嗣同OONlN.的白FFNN阁。中华人民共和国国家标准化指导性技术文件矿物燃烧蒸汽发电站第2部分z汽包水位控制GB/Z 21193. 2-2008/IEC TR 62140币2:2002飞J4 l -H 川-川d ia1比4IV-E-Et!4 争夺中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经错争夺印张1字数20千字2008年11月第一次印刷开本880X12301/16 2008年11月第一般* 书号:155066 1-34040定价16.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究率报电话:(010)68533533GB/Z 21193.22008