污水坑液位控制器在线清洗及稳定控制技术
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摘 要：火力发电厂污水坑液位控制也是生产工作中不可或缺的一项重要工作。由于污水坑环境恶劣，现场脏污，对设备的使用寿命和维护人员的劳动强度和难度产生了很大影响。针对这些问题，总结自己的一些工作经验，提出了本文中设计的污水坑液位控制器在线清洗及稳定控制技术，希望能对各位读者有所帮助。
关键词：污水 液位 在线清洗 稳定控制 非接触
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2020）03-0-02
一、背景
火力发电厂汽轮发电机组都配套有污水处理系统。这些系统的稳定运行，对汽轮发电机组的安全经济运行会产生间接的影响。这些系统包括凝结水泵泵坑污水处理系统、循环水泵泵坑污水处理系统和煤场污水坑系统等。
目前，上文提到的各种污水处理系统，大多采用拉绳浮球开关来控制泵坑的液位。常用三个开关控制，分别是液位低开关、液位高1值开关和液位高2值开关。由于现场环境恶劣，污水脏污难堪，而且在污水中常会存在各种杂质，致使拉绳浮球开关工作寿命短，可靠性差，维护难度高，经济性不佳。
詢问部分兄弟单位，也存在同样普遍而又棘手的问题。比如青铜峡大坝电厂、张家口发电厂、唐山陡河发电厂等，污水坑液位的控制，也是他们一直在研究的技术。
二、机组污水泵坑液位控制的现状和弊端分析
火力发电厂污水坑液位控制通常采用三个拉绳浮球开关控制两台污水泵的方式三个拉绳浮球开关分别是液位高2值开关、液位高1值开关和液位低开关。当液位低开关随污水液位下降复位后，联锁停止所有排污泵;当液位上升使液位低开关动作，并继续上升，迫使液位高1值开关动作后，联锁启动一台排污泵;当一台排污泵联锁启动后，液位仍然上升并导致液位高2值开关动作，此时，联锁启动另一台排污泵。
以某机组凝结水泵坑污水排放系统中三个浮球开关控制两台排污泵的配置为例，由于三个浮球在污水中浸泡，常被污水中的杂质卡住而不能正常动作，导致污水从坑中溢出。由于液位开关升降缓慢并常有波动，使得浮球开关触点状态的切换不利索，导致触点经常间隙放电而严重影响浮球的使用寿命。由于浮球直接浸泡在污水中，一旦浮球漏水，开关触点就会与污水接触而导电，危急人员安全。由于污水中的油泥和杂质很多，长时间浸泡，会在浮球开关及其引线上沉积很厚的脏污物，给检修维护工作带来非常大的不便，而且杂物的存在，使得浮球开关非常容易被损坏。又由于设备检修时，人员需要站于覆盖在污水坑口的格栅板上，对检修人员的人生安全也产生了不利的影响。
三、在线清洗和稳定控制技术的介绍
1.系统概述
图1给出了本技术的系统示意图。新设计液位计存在液下部分和液上部分。液下部分采用机械防卡结构，不锈钢浮球和由三棱柱体构成的概念浮球桶，可防止浮球被浮球筒壁上沉积的污垢卡住，并过滤液位波动，避免因液位波动而频繁触发液位开关，缩短使用寿命。刷污结构用于在线清理、刷拭浮球筒的表面积污。
液上部分安装信号触发机构，可避免探头与污水接触而短路损坏，也可避免探头与污水接触而脏污。液位信号检测元件采用非接触式接近开关，安装在液上部分，安装维护方便。
为防止由于沉积的淤泥过厚而使液位控制器的浮球不能正常下降到最低水位，我们建议在排污泵出口管道上引出一路冲泥管，冲走沉积在液位计下方的淤泥和杂物。
图1 系统示意图
2.设计思想
本设计主要解决的问题之一，就是减小浮球随液位上下浮动时与浮球筒壁间的阻力。将浮球筒壁与浮球的接触方式，由“面接触”改造为“线接触”，就可实现。采用棱柱结构，让棱柱的一条棱与浮球接触，使得接触方式由“面接触”改造为“线接触”。
平面是最简单的加工工艺。三棱柱结构的设计，可减小加工难度，降低成本，使整个设备的重量减小。
浮球液位计一般都竖直安装，浮球延竖直方向在浮球筒内浮动。本设计，将浮球筒壁改造成由数根竖直安装的三棱柱（样例设计中采用12根三棱柱）构成的概念浮球筒。工作时，每根三棱柱的三条棱中的一条棱与浮球接触。
十二根三棱柱延圆弧均匀分布，两两之间形成均匀的小缝隙。当污水坑的液面被扰动而波动时，由于这些小缝隙的存在，对传递到浮球下的液面波纹形成阻尼作用，从而使浮球受到液面波纹的扰动大大减小。即三棱柱之间的小缝隙还可以对液位波动起到阻尼过滤作用。
通过对化学实验中应用到的刷子的结构做一些调整，做成浮球筒刷，用于在系统正常运行过程中在线清理三棱柱上和浮球上的污垢，使用时非常干净、简单、方便。
3.部分零部件结构及简要说明
该装置采用模块化设计思想，将浮球筒固定支架、浮球筒、液位开关固定罩分成各个模块，模块的安装拆除只需简单的插拔和拨扣即可，简单方便。
这里的浮球筒是个概念桶，是由12根三棱柱沿圆弧均匀分布而围成的桶装结构。工作时，三棱柱的一条棱与浮球相接触，从而极大地降低了浮球的摩擦阻力。为了保证精度和装配间隙满足要求，我们设计浮球的直径比三棱柱的棱所构成的圆的直径小1mm。理论上讲，浮球在工作时只能同时与两条相邻的棱接触，但在实际应用中，由于加工精度和装配过程等的误差，或机械外力作用，浮球可能同时与两条以上的棱接触。这时，如果与浮球相接触的棱都分布在浮球的一段劣弧内（即最多有5条相邻的棱同时与浮球相接触），则不影响设备的正常工作;如果由于运输和安装问题，导致与浮球同时接触的棱分布在浮球的一段优弧内或者是浮球的半圆弧内，则有可能导致浮球被与之接触的棱卡住，致使液位控制器不能正常工作。故在安装结束后，一定要认真检查浮球是否能够沿着既定的方向自由活动。
各条三棱柱之间形成的小缝隙，对液面的波动形成了阻尼作用，对液面波动可以有效过滤，避免了由于液位波动大而导致信号误发。 由于三棱柱可以旋转，故在设备工作过程中，就可以清理三棱柱的各个侧面，即该设备可以在线清理表面积污，而不影响设备的正常连续工作。
定位架一次性安装好后，之后的检修再不需要拆卸。定位架通过两枚M8的膨胀地脚螺栓固定于污水坑的边沿地基上。定位架上设计有滑槽结构，安装液位控制器时，只需将浮球筒（三棱柱围成的）支架上的滑道沿定位架上的滑槽插入即可工作。
浮球是采用不锈钢制成的薄壁空心球，浮球顶杆也是薄壁不锈钢管。浮球采用不锈钢能耐腐蚀，而且硬度较高，可以在加工中将浮球壁拉的很薄而又能满足刚度要求，从而在污水中能产生足够的浮力，同时可以保证在生产现场污水坑恶劣的工作环境中不易被损坏。在浮球顶杆的末端，安装一个触发块，用于触发液位开关动作。
浮球的大小，需要根据浮球重量、浮球顶杆重量、触发块重量之和与浮球在污水中（计算密度就按纯水的密度）产生的浮力相平衡。然后将计算结果乘以1.2（即可靠系数为1.2），作为最终的浮球的尺寸。
浮球筒支架采用不锈钢材料制作。支架上的三棱柱角度定位机构能保证三棱柱的棱与浮球接触。三段圆弧代表弹簧片，六棱柱与三棱柱的中心轴用销子铆接、固定在一起，在三棱柱角度调整旋钮的控制下，同步动作。六棱柱与弹簧片配合，时刻保证三棱柱的棱与浮球接触。
浮球筒支架用于简单解释支架的大致轮廓和结构。支架上、下端面圆形底座，通过两圆形底座侧边的支架滑道连接。为了保证足够的刚度，我们在滑道上设计了加强筋。
四、该技术的优点、注意事项和经济效益
1.电气和机械部分分离，避免了由于探头触水短路而导致信号误发或产生接地故障。
2.降低浮球的浮动阻力和被污垢卡住的可能性。
3.由于相邻三棱柱之间形成的小缝隙，对液面波动起到了很好的阻尼和过滤作用。
4.在线清理的设计，使得设备使用的稳定性和可靠性更高，降低维护难度和维护工作量。
5.由于设备贴地安装，故需要选择工作过程中不易被磕碰的位置安装设备，或者在液位控制器的周围安装防护罩（或防护遮拦），将液位控制器罩起来（或围起来），防止设备被误碰而损坏。
6.该设计最脆弱的地方是信号探头，其他各部分都是机械结構，使用寿命可以得到很好的保证。通过采用质量过关的信号探头，我们可以将整套系统的设计使用寿命控制在3到5年。相对拉绳浮球开关的高故障率，该系统长期使用所节约的成本也非常可观。
结语
本文总结了托电公司以及部分兄弟单位机组污水坑液位控制技术存在的问题和弊端，分析了具体原因，提出了针对性的改进方法。这些改进手段充分利用现有技术的优点，应用了更为合理的材料和设计了更为合理的结构，为汽轮发电机组污水坑系统可靠、高效工作提供了更好的保障，为整个机组的安全、高效运行提供了有力支撑。
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