روش های کنترل سطح آب بویلر

سیستم کنترل سطح آب

سیستم های کنترل سطح آب بویلر به طور گسترده در بویلرهای صنعتی برای کنترل سطح آب جوش در بویلر بخار و کمک به تامین مداوم بخار استفاده می­شود.

اگر سطح، بیش از حد بالا باشد، آب را می­توان به خط بخار منتقل کرد و در نتیجه درصد خشکی بخار کم می شود.

یک سیستم کنترل سطح، سطح آب  را در صورت افزایش یا کاهش تقاضای بخار بدون توجه به تغییر جریان آب تغذیه کنترل می کند.

با استفاده از یکی از این سیستم ها می توان به کنترل دقیق سطح آب در بویلر بخار رسید.

• سیستم کنترل سطح تک عنصری
• سیستم کنترل سطح دو عنصری
• سیستم کنترل سطح سه عنصری

حفظ سطح صحیح آب در درام به دلایل زیادی حیاتی است. سطح آب بیش از حد به معنای انتقال آب و ناخالصی­ها به خط بخار و تولید بخار بی کیفیت است. علاوه بر این، ضربه های احتمالی چکشی آب و آسیب به تجهیزات می­تواند بسیار پرهزینه باشد.

سطح آب بسیار پایین باعث تغییر شکل بویلر و حتی فروپاشی آن به دلیل گرم شدن بیش از حد در محفظه احتراق می شود. به طور معمول، انتظار می رود سطح آب در مخزن در فاصله 2 تا 5 سانتی­ متری از نقطه تراز معمولی آب و با تلرانس کمی برای تغییرات موقت بار حفظ شود.

عوامل موثر بر سطح مخزن بخار

در شرایط جوش، حباب های بخار در زیر سطح آب قرار گرفته و دارای حجم هستند. این وضعیت ممکن است باعث افزایش سطح آب در بویلر و دریافت اطلاعات نادرست شود. یکی دیگر از عوامل موثر بر سطح آب، فشار است.

با تغییر تقاضای بار، حباب­ها منبسط یا منقبض می­شوند. تقاضای بخار بیشتر باعث می­شود فشار آب در درام کاهش یابد و حباب­های بخار منبسط شوند بنابراین سطح آب بالاتر از آنچه که هست به نظر می­رسد.

این سطح بالای خیالی آب باعث می­شود که آب تغذیه در زمانی که به آب بیشتری نیاز است بسته شود. افزایش سطح آب در نتیجه افت فشار درام را «swell » می گویند. کاهش سطح آب ناشی از افزایش فشار درام را ” shrink” می­گویند.

استراتژی های کنترل سطح درام

سیستم کنترل سطح تک عنصری، یک روش مفید برای شرایط بار ثابت است. بنابراین، هنگامی که تغییرات بار مکرر، غیرقابل پیش بینی یا شدیدتر باشد، نمی­تواند به اندازه کافی سریع پاسخ دهد.

برای پیش بینی میزان آب لازم بویلر در تغییرات ناگهانی میزان تقاضا، لازم است اطلاعات بیشتری دریافت و پردازش شود. افزودن برخی از عناصر ارائه دهنده اطلاعات به سیستم (مانند فلومتر و فرستنده) به کنترلر اجازه می­دهد تا مقدار آب اضافه شده را برای حفظ سطح آب بویلر در محدوده مشخصی تخمین بزند.

کنترل سطح تک عنصری

این یک سیستم کنترل سطح آب درام بسیار ساده است. برای کار کردن به یک ورودی آنالوگ نیاز دارد و در ازای آن یک خروجی آنالوگ را ارائه می دهد. به همین دلیل است که به آن کنترل سطح درام تک عنصری می­گویند. از آنجایی که هیچ رابطه­ای بین سطح آب درام و جریان بخار یا آب تغذیه وجود ندارد، می­توان آن را تنها با یک پمپ تغذیه واحد در یک بویلر بخار که بار نسبتاً پایداری را ارائه می­دهد، اعمال کرد.

عملکرد آن در مقایسه با سیستم های کنترل سطح دو عنصری و سه عنصری بی اثر است. نمونه روش استفاده در تصویر زیر نشان داده شده است.

این سیستم شامل یک سیگنال متناسب است که از یک فرستنده سطح می آید. این سیگنال با یک نقطه تنظیم قبلی مقایسه می شود و تفاوت به عنوان مقدار انحراف دریافت می­شود. این سیگنال توسط کنترلر به عنوان یک خروجی متناسب به شیر آب تغذیه ارسال می­شود. بنابراین، سطح جریان آب تغذیه توسط شیر، تنظیم می­شود.

نکات:

فقط یک ورودی آنالوگ و یک خروجی آنالوگ مورد نیاز است.

از آنجایی که هیچ رابطه­ای بین سطح درام و جریان بخار یا آب تغذیه وجود ندارد، می توان از آن فقط در ساختارهای پمپ تک در یک بویلر بخار با بارهای پایدار استفاده کرد. این روش در جاهایی که ممکن است نرخ بالای تقاضا ایجاد شود کافی نخواهد بود.

کنترل سطح دو عنصری

این طرح کنترل سطح درام برای بویلرهای تک کوره با فشار ثابت آب تغذیه مناسب است.

سیستم کنترل سطح آب درام دو عنصری شامل همان پراب یا سنسور کنترل سطح و شیر تغذیه مورد استفاده در پیکربندی تک پرابی است، اما دارای یک عنصر جریان سنج بخار اضافی است که سیگنال جریان جرمی اصلاح شده (توسط کنترل کننده) را برای کنترل جریان آب تغذیه ارائه می دهد.

سیستم کنترل سطح آب درام دو عنصری را می­توان روی یک دیگ بخار تک کوره که در آن آب تغذیه در فشار ثابتی است، اعمال کرد.

وجود عناصر کنترل مضاعف در چنین سیستمی برای ارائه یک کنترل سطح آب بویلر ثابت است.

نمونه روش استفاده در تصویر زیر نشان داده شده است.

نکته:

کنترل دقیق­تر سطح آب بویلر نسبت به یک نمونه تک پرابی

جریان بخار به عنوان یک سیگنال تغذیه رو به جلو عمل می­کند تا امکان تنظیم سریع­تر سطح را فراهم کند.

می­توان برای پیکربندی های تک بویلر / پمپ تغذیه تک با فشار آب تغذیه ثابت اعمال کرد.

کنترل سطح سه عنصر

کنترل سطح آب درام سه عنصری برای استفاده از فشار آب تغذیه متغیر یا بویلرهای چندکوره با پمپ های آب تغذیه چندمرحله­ای مناسب است.

در این طرح از سه عنصر برای کنترل سطح، بخار و جریان آب تغذیه به ترتیب استفاده شده است. این سیستم کنترل، سطح آب بویلر را بسیار بهتر و بهبود یافته­تر از دیگر روش­ها انجام می­دهد.

برای بهترین کنترل، مقادیر جریان صحیح بخار و آب تغذیه از نظر چگالی باید حفظ شود.

نمونه روش استفاده در تصویر زیر نشان داده شده است.

سیستم کنترل سطح درام 3 عنصری برای استفاده در مواقعی که بیش از یک دیگ بخار و بیش از یک پمپ وجود دارد یا زمانی که آب تغذیه از نظر فشار و مصرف بخار ثابت نیست استفاده می شود.

اجزای سیستم کنترل سطح 3 عنصر:

پراب کنترل سطح

جریان سنج بخار

فلومتر آب و شیر آب تغذیه

المنت تراز و دبی سنج بخار خطاهایی را که در سیستم به دلیل بلودان یا نشتی از لوله­های بویلر قابل اندازه گیری نیست تصحیح می کند.

دبی سنج آب تغذیه، همراه با شیر آب تغذیه، به سرعت به تغییرات تقاضای آب تغذیه پاسخ می­دهد.

به منظور دستیابی به کنترل بهینه، مقادیر جریان بخار و آب تغذیه باید با چگالی اصلاح شوند.

یادداشت:

سیستم کنترل سطح 3 عنصری یک روش موثر و دقیق برای نوسان بار بخار است.

ایده آل برای جایی که یک سیستم از نوسان فشار آب تغذیه و نرخ جریان رنج می­برد.

سطح پیشرفته­تری از کنترل مورد نیاز است.

نویسنده: واحد مهندسی، شرکت فیاماک