Котел в рабочем режиме преобразует часть воды, непрерывно поступающей в барабан, в пар. Надежное поддержание необходимого уровня питательной воды в барабане одна из важнейших задач обеспечения безаварийной работы котельного оборудования.

Проблемы при плохом управлении процессом получения пара

Необходимое регулирование уровня воды в барабане позволяет избежать аварийной ситуации в двух случаях: уноса и заброса.

Снижение уровня воды в котле значительно ниже допустимого приводит:

• к опрокидыванию естественной циркуляции при захвате пара питающими трубами;
• уход воды оголяет трубы нагревателя, что, без охлаждения их рабочей средой, выводит из строя систему труб котла (пережог).

В случае слишком высокого превышения уровня осевой линии в барабане часть воды с поверхности втягивается паром и попадает на элементы высокотемпературного нагрева пара, а затем в турбинный отсек. Низкотемпературная вода может разрушить раскаленную конструкцию пароперегревателя.

Поступление частиц воды с растворенными в них солями в пар вызывает отложение, что может привести к следующим нарушениям:

• засоление труб пароперегревателя приводит к их пережогу;
• трубопроводная арматура и трубы в паропроводах выходит из строя из-за ускоренной коррозии;
• забитые солью межлопаточные каналы турбин снижают их КПД, а попытка системы управления удержать режим приводит к аварийным ситуациям и серьезным ремонтам.

Для того, чтобы исключить такие проблемы, при проектировании АСР ответственного котельного оборудования контроль за точным уровнем воды в котле и поддержанием его на осевой линии барабана определяет надежность системы управления.

Принципы управления уровнем воды

Когда котел работает в заданном режиме, сбалансированное взаимодействие между водой и выдаваемым паром показывает совпадение уровня воды с осевой линией его барабана. Отклонение уровня вверх или вниз может быть вызвано либо резким изменением расхода пара, либо нестабильным поступлением питающей воды.

Старым способом поддержания уровня питающей воды в котле с большим барабаном, со стабильной нагрузкой и надежным водоснабжением во вспомогательных системах (не слишком ответственных), является поплавковый способ. Находящийся внутри барабана котла поплавок, поднимаясь и опускаясь вместе с изменяющимся уровнем питающей воды, управляет изменением проходного диаметра регулирующей арматуры на питающем трубопроводе и возвращает установленный параметр к норме.

При небольшом производстве пара в малоразмерных котлах обычно достаточно одноимпульсной системы управления поступлением воды для поддержания необходимого баланса. При таком управлении сравнивается эталонный уровень для данного производства пара с текущим состоянием уровня воды. Если взаимодействие не сбалансировано, рассогласование в ту или иную сторону через автоматику меняет поступление воды в питающем трубопроводе и восстанавливает ее уровень в котле.

Двух импульсные регуляторы водоснабжения используются в системах управления в котлах для среднего и большого производства пара, особенно, если для производства используется малый объем воды (барабан небольшого объема), но поступающий под большим давлением. Одноимпульсное регулирование не эффективно в этом случае, инерция этой системы управления не успевает отрабатывать динамические процессы при резком изменении расхода пара и отклонение уровня воды в котле. Автоматика, использующая два сигнала, быстрее восстанавливает баланс в барабане котла.

В наиболее ответственных котельных агрегатах применяются АСР водоснабжения котла, использующие для анализа три параметра:

• отклонение воды в барабане котла от нормального уровня;
• изменение расхода производимого пара в динамике;
• изменение прихода подведенной питательной воды.

АСР постоянно оценивает эти параметры и производит регулирование процесса, приводя в действие электроприводы регулирующей арматуры и включение резервных насосов для скорейшего восстановления на должный уровень воды в барабане.

Визуальный контроль уровня воды

Для постоянного контроля, на каком уровне в данный момент находится вода в котле, существуют различные ВУП (водоуказательные приборы). На них отмечены уровни воды в котле от нормального до аварийных. Сигналы с них иногда выводятся на пульт управления и при необходимости, если не работает автоматика, заставляют оператора выровнять уровень вручную открывая и закрывая арматуру, чтобы не допустить аварии.