魏金輝

(承德鋼鐵集團(tuán)有限公司自動化中心，河北 承德 067102)

回轉(zhuǎn)窯是多釩酸銨生產(chǎn)的重要設(shè)備。釩渣經(jīng)破碎、球磨、配料和混勻工藝流程后變成含釩混合料，含釩混合料通過加料器定量加入回轉(zhuǎn)窯。回轉(zhuǎn)窯以混合煤氣為燃料，使窯內(nèi)物料在氧化氣氛下焙燒。焙燒過程為從低溫到高溫，再逐漸降溫的連續(xù)過程，從物料進(jìn)窯到出窯可分為氧化帶、鈉化帶和冷卻帶?；剞D(zhuǎn)窯的儀表檢測準(zhǔn)確與否直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、轉(zhuǎn)化率和爐窯壽命?；剞D(zhuǎn)窯的儀表檢測內(nèi)容主要包括：窯體溫度、窯內(nèi)壓力、煤氣壓力和流量、助燃風(fēng)壓力和流量、孰料打漿槽液位。由于回轉(zhuǎn)窯為旋轉(zhuǎn)設(shè)備且孰料含有腐蝕性，常有腐蝕性揮發(fā)氣體產(chǎn)生；煤氣為轉(zhuǎn)爐煤氣或煤氣發(fā)生爐煤氣，介質(zhì)較臟；孰料打漿槽內(nèi)有打漿泵，有腐蝕性液滴漂濺，所以對儀表檢測技術(shù)提出更高的要求，必須設(shè)計(jì)專門的測量裝置和方法才能實(shí)現(xiàn)高精度可靠測量。筆者將介紹無線測溫技術(shù)、溫度測量裝置、流量測量裝置和液位測量裝置的結(jié)構(gòu)、原理及其工作過程，給類似項(xiàng)目以借鑒。

1 溫度檢測技術(shù)①

回轉(zhuǎn)窯原有的測溫裝置是采用滑環(huán)將熱電偶的毫伏信號引出，在窯爐的窯殼上設(shè)置相互平行的兩條銅環(huán)，銅環(huán)由直徑14mm的銅圓條圍成直徑稍大于窯爐直徑的圓環(huán)，用十多只絕緣瓷座將銅環(huán)固定在爐殼上，彼此電氣絕緣；熱電偶的參考端引出一對補(bǔ)償導(dǎo)線，各自接到銅環(huán)上；電機(jī)通過輥?zhàn)域?qū)動窯爐以每分鐘半轉(zhuǎn)的速度連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；通過銅滑片與銅環(huán)接觸，引出毫伏信號，傳送到溫度顯示儀表或計(jì)算機(jī)中。目前存在的問題是：熱電偶的毫伏信號極弱，僅有數(shù)毫伏至50mV，因此要求引出的損耗要小。損耗原因是由于現(xiàn)有銅環(huán)是手工圍成，在圍繞、焊接及固定等一系列操作中，使銅條形成銅環(huán)后留有數(shù)十處彎曲，或是由于爐殼各處溫度不一，熱力造成爐殼自身變形使得銅環(huán)變形，這樣就造成接觸不好。有時銅滑片被卡住影響大窯旋轉(zhuǎn)，因此滑環(huán)測溫剛開始投用時可以使用一段時間，時間一長，測溫將無法進(jìn)行。針對該問題，筆者在承鋼公司釩制品廠的φ4.5mm×100m兩座回轉(zhuǎn)窯上采用無線測溫技術(shù)很好地解決了回轉(zhuǎn)窯測溫難題，同時針對回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)而使砌磚體移位造成熱電偶被切壞的情況，設(shè)計(jì)了專用的溫度測量裝置。

1.1 多通道無線測溫儀的工作原理

多通道無線測溫儀擺脫了以往儀表受引線限制的缺點(diǎn)，測量區(qū)域可以擴(kuò)展到幾百米范圍內(nèi)。在該范圍內(nèi)測量結(jié)果以無線傳輸?shù)姆绞絺魉偷綌?shù)據(jù)終端。儀表的測溫和數(shù)據(jù)的無線傳輸均以微處理器為核心，且數(shù)據(jù)接收終端能將現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)實(shí)時傳入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并用接口軟件顯示各個通道的溫度情況，寫入文件記錄，以便日后調(diào)用查看。測溫儀表采用熱電偶為感溫元件，以微處理器配合相應(yīng)軟件使儀表具有冷端自動補(bǔ)償、零點(diǎn)自動核準(zhǔn)、增益自動較準(zhǔn)及迅速自動捕捉溫度最高值等特點(diǎn)。無線測溫儀原理如圖1所示。

儀表的發(fā)射部分使用6V鉛酸可充電電池供電。當(dāng)電池電壓過低時，發(fā)射部分將發(fā)射出低電報警信號，USB部分接收到此信號后，會在PC上顯示“電壓過低L-P”的字樣。此時應(yīng)使用與儀表配套的充電器為電池充電，拔下電池的插頭即可取下電池。接收器安裝在操作室內(nèi)，采用24V(DC)或220V(AC)供電。

圖1 無線測溫儀原理框圖

1.2 溫度測量裝置

為解決回轉(zhuǎn)窯上安裝的熱電偶經(jīng)常被砌磚體切壞的情況，筆者設(shè)計(jì)了一種溫度測量裝置[1]，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 溫度測量裝置簡圖

當(dāng)爐窯砌磚體竄動，與爐窯外殼移動時，先向下壓金屬軟管使其變扁，有較大的位移移動時，使波紋管、金屬軟管與鎧裝熱電阻或熱電偶彎曲，由于金屬軟管內(nèi)的鎧裝熱電阻或熱電偶有彎曲余量，所以不會折斷。同時整個裝置都是柔性設(shè)計(jì)，不會損壞任何部件，保證溫度測量能正常進(jìn)行。實(shí)踐證明，該裝置可延長測溫原件壽命兩年以上，同時克服了回轉(zhuǎn)窯等爐窯設(shè)備由于砌磚體的竄動移位使熱電阻或熱電偶經(jīng)常被損壞的缺點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)爐窯自動溫度控制奠定了基礎(chǔ)，并節(jié)約了大量的資金。

2 流量檢測技術(shù)

回轉(zhuǎn)窯燃燒轉(zhuǎn)爐煤氣和煤氣發(fā)生爐煤氣，由于煤氣較臟，且含水量較大。煤氣流量測量采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置加差壓變送器的方式。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置處的取壓常采用角接取壓方式，取壓孔較小，取壓孔容易被冷凝水和臟污物質(zhì)堵塞，影響取壓。而且取壓主管內(nèi)常積存大量的冷凝污水，流入變送器內(nèi)，造成流量檢測無法進(jìn)行，影響生產(chǎn)。維護(hù)人員必須去現(xiàn)場疏通標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置處的取壓管并排放取壓主管和變送器內(nèi)的冷凝污水。生產(chǎn)現(xiàn)場有許多煤氣流量測量點(diǎn)，現(xiàn)場帶煤氣操作，維護(hù)人員有煤氣中毒的危險，并且工作量繁重。為解決上述問題，在回轉(zhuǎn)窯的煤氣流量測量中設(shè)計(jì)了一種帶吹掃和排污功能的流量測量裝置[2]，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

a. 取壓部件 b. 管路連接

該裝置中包括節(jié)流裝置、取壓吹掃裝置、排污放散裝置、壓電轉(zhuǎn)換裝置和顯示控制裝置。節(jié)流裝置通過安裝法蘭與工藝管道連接，節(jié)流裝置上帶有取壓孔，用于與取壓吹掃裝置的吹掃管焊接，節(jié)流裝置為環(huán)形孔板，取壓方式為徑距取壓。環(huán)形孔板用于克服采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置時，由于節(jié)流元件在管道邊緣，煤氣焦油等臟污介質(zhì)粘在節(jié)流元件上，使孔板內(nèi)徑縮小，使流量測量產(chǎn)生誤差。徑距取壓用于克服采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置時角接取壓方式，由于取壓孔較小，取壓孔容易被冷凝水和臟污物質(zhì)堵塞，影響取壓。取壓吹掃裝置為兩根左右對稱的吹掃管，分別與節(jié)流裝置的兩個取壓孔焊接，同時與取壓主管焊接，每根吹掃管上分別設(shè)兩個手動截止閥、一個電磁閥、一個橡膠管接頭，用于與外界吹掃氣源連接，定時對取壓孔和取壓主管進(jìn)行吹掃，吹掃受顯示控制裝置控制。排污放散裝置為兩根取壓主管，取壓主管與吹掃管焊接，同時通過三通中間接頭與取壓支管連接,每根取壓主管上分別有一個手動截止閥、一個電磁閥和一個三通中間接頭，用于定時吹掃時排放取壓主管內(nèi)的冷凝污水，防止污水聚集太多而流入壓電轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)而使測量不準(zhǔn)，定期排放受顯示控制裝置控制。壓電轉(zhuǎn)換裝置為兩根取壓支管，通過三通中間接頭與取壓主管連接，每根取壓支管上設(shè)一個手動截止閥和一個電磁閥，共同接入三閥組和差壓變送器，用于吹掃時將電磁閥關(guān)閉，保護(hù)差壓變送器的膜片以防被吹壞，同時將差壓信號轉(zhuǎn)換為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號送入顯示控制裝置，進(jìn)行流量的顯示與控制。顯示控制裝置為智能儀表、PLC或DCS，只接收差壓變送器的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，為差壓變送器提供24V(DC)電源信號，并顯示和控制流量值，向電磁閥發(fā)出控制信號控制取壓吹掃裝置、排污放散裝置，同時處理吹掃期間的流量數(shù)值，保持吹掃前的數(shù)值，防止對工藝生產(chǎn)產(chǎn)生影響。

當(dāng)正常工作過程中手動截止閥3、8、11處于打開狀態(tài)，電磁閥4、9處于關(guān)閉狀態(tài)，電磁閥12處于打開狀態(tài)，顯示控制裝置15顯示流量數(shù)值。當(dāng)定時吹掃時，顯示控制裝置15發(fā)出控制信號：第一步關(guān)閉電磁閥12(兩個)，顯示控制裝置15處理吹掃期間的流量數(shù)值，保持電磁閥12關(guān)閉前的數(shù)值；第二步打開電磁閥4(兩個)，對取壓孔吹掃氮?dú)?，將臟污介質(zhì)吹入工藝管道，吹掃時間為5～10s；第三步打開電磁閥9(兩個)，將取壓主管6(兩根)內(nèi)的冷凝污水放掉，吹掃時間為3～5s，此步驟是利用氮?dú)夥庾∶簹?因?yàn)榈獨(dú)鈮毫σ?.2～0.4MPa，遠(yuǎn)高于煤氣壓力)，使煤氣不會泄漏到環(huán)境中，避免維護(hù)人員中毒。吹掃完畢后，顯示控制裝置15發(fā)出控制信號：第一步先關(guān)閉電磁閥9(兩個)；第二步再關(guān)閉電磁閥4(兩個)，切斷氮?dú)?；第三步打開電磁閥12(兩個)，使煤氣進(jìn)入壓電轉(zhuǎn)換裝置的差壓變送器；第四步延時1s后，顯示控制裝置15顯示當(dāng)時的流量數(shù)值，進(jìn)入正常流量測量狀態(tài)。

實(shí)踐證明：采用上述案，可定時對節(jié)流裝置等流量測量裝置進(jìn)行吹掃和排污，使流量顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，完全滿足工藝生產(chǎn)的需要，減輕維護(hù)工人的勞動強(qiáng)度，避免了煤氣排放對環(huán)境的污染和人身傷害，取得了良好的效果。

3 液位檢測技術(shù)

回轉(zhuǎn)窯的孰料打漿槽的直徑較小，打漿泵的體積較大且測量介質(zhì)常具有強(qiáng)酸性、強(qiáng)堿性，有的槽罐內(nèi)部還通高溫蒸汽，或存在固液比很大的漿液，測量環(huán)境較復(fù)雜。針對這類液位，通常采用單法蘭液位變送器(靜壓方式測量)或雷達(dá)液位計(jì)測量。在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，這兩種測量方式都存在一定的缺點(diǎn)。

采用單法蘭液位變送器測量時，由于被測液體或漿液受攪拌器或打漿泵的影響，會使液面產(chǎn)生波浪或?qū)藓透獋?cè)面產(chǎn)生額外壓力或吸力，使測量產(chǎn)生很大誤差，液位數(shù)值波動很大，若為漿液介質(zhì)，還會使液位變送器膜片磨損嚴(yán)重，這些都會使液位測量無法進(jìn)行。為了避免腐蝕性液體結(jié)晶或漿液阻塞取液孔，往往取消手動閥，這樣儀表維修必須在停產(chǎn)的情況下將罐和釜內(nèi)液體或漿液放空才能進(jìn)行，既影響生產(chǎn)又增加了維修人員的危險性。

采用雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行測量時，由于罐和釜的直徑較小，攪拌器或打漿泵的體積較大且占據(jù)中間位置，使安裝雷達(dá)液位計(jì)的位置較小，蒸發(fā)的液體或高溫蒸汽很快就會在雷達(dá)天線上結(jié)露，影響測量精度，維護(hù)人員須經(jīng)常擦拭雷達(dá)天線。靠人工擦拭結(jié)露液滴，須把雷達(dá)液位計(jì)拆下，這樣既危險、工作量又大，如果擦拭不及時，液位就無法測量，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備損壞或環(huán)境污染，甚至造成停產(chǎn)。

針對以上問題設(shè)計(jì)了一種具有吹掃功能的液位測量裝置[3]，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

a. 總體結(jié)構(gòu) b. 吹掃部分俯視圖

本測量裝置不用人工擦拭雷達(dá)天線，可長期使用且測量可靠，不會損壞設(shè)備、污染環(huán)境。該裝置包括雷達(dá)液位計(jì)和液位控制儀表。雷達(dá)液位計(jì)安裝在反應(yīng)罐或釜頂部一側(cè)，其改進(jìn)之處是，它還有液位計(jì)配套安裝法蘭、法蘭接管、吹掃管、氮?dú)庖牍?，液位?jì)配套安裝法蘭連接在液位計(jì)法蘭的下方，法蘭接管與液位計(jì)配套安裝法蘭相連接，吹掃管的一端安裝在法蘭接管上，吹掃管的噴口與雷達(dá)液位計(jì)的天線相對，吹掃管的另一端與氮?dú)庖牍芟噙B接，氮?dú)庖牍芘c外部氮?dú)庠催B接。吹掃管由直吹掃管和環(huán)吹掃管組成，環(huán)吹掃管環(huán)繞在法蘭接管的外圓周，直吹管為2～6個，沿著環(huán)吹掃管圓周均勻分布，直吹掃管的下端與環(huán)吹掃管相連通，直吹掃管的上端噴口朝向雷達(dá)液位計(jì)的天線，直吹掃管管體與水平面成40～70°夾角。氮?dú)庖牍苌显O(shè)有電磁閥、手動閥和橡膠管接頭，電磁閥的控制端與液位控制儀表相連接。

在液位控制儀表的控制下，定時打開電磁閥，向法蘭接管內(nèi)吹入氮?dú)?，直吹掃管將雷達(dá)液位計(jì)天線上的液體懸浮物吹掉，提高液位測量精度并保證液位測量正常進(jìn)行。本裝置不受攪拌器或打漿泵、蒸汽、結(jié)露的影響，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，液位測量精度達(dá)±5mm，完全滿足工藝生產(chǎn)的需要，從未發(fā)生液體淤出損壞設(shè)備、污染環(huán)境、甚至造成停產(chǎn)的情況。

本裝置的工作過程為：反應(yīng)罐或釜1內(nèi)的被測介質(zhì)由于存在蒸汽或由于打漿泵或攪拌器2的工作，使液位計(jì)天線上噴濺上液滴，這樣液滴就阻礙了雷達(dá)波的傳遞，造成液位顯示不準(zhǔn)或無法顯示。這時液位控制儀表12向電磁閥9發(fā)出控制信號，打開電磁閥9，氮?dú)馔ㄟ^橡膠管接頭11、手動閥10(可以常開)、電磁閥9(定時打開)、氮?dú)庖牍?、環(huán)吹掃管7、直吹管6、法蘭接管5直接對雷達(dá)液位計(jì)3的天線進(jìn)行吹掃，使液滴等液體懸浮物沿法蘭接管5流入反應(yīng)罐或釜1內(nèi)，達(dá)到了清理天線的目的，使液位測量精準(zhǔn)，減少維修、穩(wěn)定生產(chǎn)。

4 結(jié)束語

回轉(zhuǎn)窯儀表檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用項(xiàng)目，采用無線測溫技術(shù)和溫度測量裝置、流量測量裝置、液位測量裝置3項(xiàng)專利技術(shù)，使回轉(zhuǎn)窯的檢測難題得以解決。該技術(shù)不僅可以延長儀表的使用壽命，而且可以降低工人的勞動強(qiáng)度。同時，該技術(shù)還可以推廣到其他有類似檢測需求的工業(yè)現(xiàn)場，具有廣泛的推廣價值。