DCS组态过程中常用计算公式
高金建
[摘 要]大型火电机组一般均采用（DCS）分散控制系统来实现远方操作，应用于汽机、锅炉、电气等系统中。因测量装置均是按照设计压力和温度下工况显示的，在未达到设计参数时测量装置需要人为进行补偿否则会出现显示不准确的现象。如：主给水流量、汽包水位等重要的参数，故在DCS逻辑组态中要充分考虑到工况的不一致，保证设备的安全运行。
[关键词]汽包水位给水流量 DCS
中图分类号：U426 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0328-01
0、引言
汽包水位是锅炉侧重要的监视参数，通过水位的监视才能保证锅炉水冷壁的安全防止爆管和干烧。
总风量是锅炉保证充分燃烧的重要参数，某电厂480t/h锅炉采用磨煤机一次风管测取一次风流量，空预器热二次风管测取二次风流量，风量计计算书中提供了设计压力和设计温度下风量范围，故在非设计工况下需要DCS组态进行补偿。
主蒸汽流量和主给水流量更是汽包水位三冲量控制系统的重要参数，其准確性能够帮助运行人员维持好燃烧调整[1]。
1、锅炉系统及设备概况
某电厂锅炉采用参数：SG-480/9.81-M2205 高温高压煤粉锅炉。锅炉汽包其左右侧共设计4支单室平衡容器。锅炉风烟系统二次风管左右侧供设计6支风量测量装置。锅炉4台磨煤机进口一次风管分别每台磨2支风量测量装置。锅炉过热器管道出口1支蒸汽流量测量装置。锅炉主给水管道2支流量测量装置。
2、DCS组态补偿公式计算应用
2.1 汽包水位补偿
此锅炉中采用单室平衡容器配合差压变送器测量汽包水位[2]，其中锅炉左侧安装同等高度为860mm的平衡容器，锅炉右侧安装一个为860mm另一个为1840mm的平衡容器，因在锅炉吹扫阶段和停运保养阶段会保持高水位，故安装1840mm平衡容器来克服水位过高时无法用电接点和双色水位计显示。
在锅炉吹扫阶段汽包水位1、2、3、4均显示偏差较大，发现汽包水位变送器排污阀内漏，后经过隔离更换排污阀消除，当汽包压力较低时汽包水位仍偏差大，并且初期对锅炉汽包水位的安装进行测量，分别记录数据为：L=860mm，h0=380mm，ΔP=860mmH2O依据现场实际数据带入公式2中。后锅炉进行管道吹扫时汽包水位均显示正常，为保护锅炉安全运行提供了依据。
由于汽包中的温度很高，所以r具有不可预计性，这样会造成极大的测量误差。在本现场中采取不保温措施，这样保证平衡容器内水温和室温一致，通常按60℃确定ρ1。减小温度变化对平衡容器内水密度的影响。在工程上可以忽略温度对平衡容器内水密度的影响。通过DCS组态进行汽包压力补偿。
平衡容器中水的密度会因温度和压力变化而变化，产生误差[3]。测量公式：
（1）
L：参比水柱高度（m）r=ρ1：凝结水密度（kg/m3）r//=ρ3：饱和蒸汽密度（kg/m3）r/=ρ2：饱和水密度（kg/m3）ΔP：变送器差压（Pa）
H=L：水位高度（m）
只有当ΔP2=0时体现出汽包水位与变送器的所测值对应关系。因此在采用差压变送器测量汽包水位时，必须进行汽包压力的补偿，其补偿公式为：
H=[L*（r-r//）*g-ΔP]/（r/-r//）g （2）
用H减去水位零点相对平衡容器下取样点的距离h0，得到的值就是修正后的汽包水位：
h=[L*（r-r//）-ΔP*1000]/（r/-r//）-h0 （3）
注：L、h0、h单位为毫米，ΔP单位为pa，ρ1、ρ2、ρ3单位为kg/m3。
2.2锅炉风量补偿
燃煤锅炉燃烧过程中，风量是保证煤粉输送和锅炉燃烧的重要参数，提高锅炉自动调节水平、负荷的响应速度和燃烧效率的前提是长期准确、稳定的测量锅炉风量、风速等。若测量不准确，风量过高会造成水冷壁局部磨损甚至爆管，风量过低会造成磨煤机堵煤甚至烧坏喷嘴。
本锅炉在风量标定阶段发现风量显示不准确，就地测试风量与远方显示偏差大，数据分别为：工况1（就地26.62t/h远方24.2t/h）工况2（就地38.62t/h远方30.2t/h）工况3（就地42.62t/h远方31.2t/h）；对运行人员监视造成严重影响。因风量测量装置会受温度和压力的共同影响，风量测量装置需要通过DCS组态来补偿温度和压力。
锅炉风量补偿公式采取公式4，依据厂家提供的计算书进行补偿，直接用实际差压变送器测量值来实现函数对应的流量，补偿后显示流量在上述相同工况下数据为：工况1（就地26.62t/h远方26.52t/h）工况2（就地38.62t/h远方38.42t/h）工况3（就地42.62t/h远方42.60t/h）通过数据分析可知经过补偿后的流量与就地基本一致，这为锅炉后期自动调节和燃烧调整等提供了强有力的依据。
Q=P3×[C1/（273+P2）×（P1+101）/C2] （4）
Q：补偿后流量（t/h）P3：未补偿前流量C1：设计温度（K）C2：设计压力值（kPa）P1：实际压力值（kPa）P2：实际温度值（℃）
2.3 蒸汽流量补偿
锅炉过热蒸汽流量的测量采用标准节流元件。这种节流装置在设计参数下运行时，测量精度较高。为了在压力和温度变化时，仍能保持一定的精度，可对测量信号进行压力和温度校正。
此工程为四台锅炉并列运行，每台锅炉出口设计蒸汽流量，因用户需要流量不恒定，所以每台锅炉蒸汽流量测量成为重要参数。DCS组态[4]中采用公式5的方法。
Q=（ΔP/ρ） （5）
蒸汽流量补偿公式中还有乌卡诺维奇公式和IAPWS-1997工业公式两种。
3、DCS组态中补偿公式的应用分析
近年来锅炉安全成为各火力发电机组的重要研究课题，锅炉运行后通过监视汽包水位来调整给水流量，监视蒸汽流量来调整燃烧等，既要保证锅炉安全运行还要保证经济运行。锅炉汽包水位过时会造成水冷壁磨损加剧严重时导致爆管事故，而汽包水位过高会随蒸汽进入汽轮机造成大轴弯曲事故，故修正汽包水位对锅炉运行安全十分重要。
风量测量值准确性对于锅炉调整燃烧和降低风机等设备的电消耗率有十分重要的意义，风量测量的准确性和稳定性对于锅炉自动控制系统也很重要。能够使锅炉燃烧更稳定，有效降低排烟温度，降低飞灰含碳量，降低煤粉的不完全燃烧热损失，提高了效率。
在对火电机组进行在线性能监测时，需用主蒸汽流量来计算热耗率等经济指标[5]，主蒸汽流量计算精度低会引起热耗率计算值的较大偏差，通过计算修正蒸汽流量值能够很好的保证参数的正确性和稳定性，帮助运行人员很好的调整机组负荷等。
参考文献
[1] 朱北恒主编《火力发电厂热工自动化系统试验》 中国电力出版社 2006年.
[2] 翟秀贞等编著.差压型流量计.北京：中国计量出版社，1995.
[3] 叶江祺编著.热工测量和控制仪表的安装.第二版.北京：中国电力出版社，1998
[4] 《杭州和利时自动化有限公司厂家资料》.
[5] 陈来九.《火电单元机组协调控制策略》.火电厂热工自动化，1993，1.1-7.
