王央波

(湖南華銀能源技術(shù)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

FMM50重錘式料位計(jì)的改造及應(yīng)用

Retrofit and application of FMM50 electromechanical level system

王央波

(湖南華銀能源技術(shù)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

介紹了某公司LCC示范裝置干燥爐、熱解爐料位計(jì)測(cè)量裝置的組成、工作原理，分析該測(cè)量系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出改進(jìn)方法，通過(guò)改造后效果良好。

重錘式料位計(jì)；干燥爐；熱解爐

某公司 LCC(Low Loal Clear，低階煤凈化)技術(shù)試驗(yàn)研發(fā)基地 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)LCC示范裝置)處理原煤量為1 000 t/日，生產(chǎn)的產(chǎn)品為低溫半焦和低溫煤焦油。該裝置的干燥爐、熱解爐料位是一個(gè)對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用的參數(shù)。由于干燥爐、熱解爐配套的輔助測(cè)量系統(tǒng)是從美國(guó)原裝進(jìn)口設(shè)備。目前設(shè)備上的料位計(jì)就是采用E＋H公司的FMM50型重錘式料位計(jì)。該型號(hào)的料位計(jì)主要是采取垂直安裝的方式，重錘的最大重量為50 kg，但是從多次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)看，該電機(jī)匹配的最佳重錘重量應(yīng)該為10 kg左右，電機(jī)才不至于發(fā)熱，系統(tǒng)工作相對(duì)來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定。由于干燥爐、熱解爐都是高溫密閉設(shè)備，熱解爐內(nèi)的煙氣溫度達(dá)到了527℃左右。這2臺(tái)旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、粉塵濃度高，煤在高溫?zé)峤鈺r(shí)會(huì)產(chǎn)生可燃?xì)怏w，這種氣體遇低溫就會(huì)凝固形成煤焦油，時(shí)間久了煤焦油就會(huì)粘在料位計(jì)的鋼帶上，增加系統(tǒng)的阻力，重錘就有可能放不下，造成重錘在測(cè)量時(shí)探測(cè)不到真實(shí)的物位，表計(jì)上顯示滿料位 (100%)，使運(yùn)行人員誤認(rèn)為系統(tǒng)滿料，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外由于鋼帶本身在長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)下也容易變形，而且煤焦油及高溫?zé)煔庖踩菀讓?duì)鋼帶造成腐蝕，影響設(shè)備壽命。系統(tǒng)改造前熱解爐料位參數(shù)部分時(shí)段的DCS歷史趨勢(shì)如圖1所示。

從圖1可知，該料位計(jì)的工作性能很不穩(wěn)定，完全不能滿足LCC裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以有必要對(duì)其進(jìn)行改造。

圖1 改造前熱解爐料位部分時(shí)段歷史趨勢(shì)圖

1 重錘式料位計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的組成及工作原理

重錘式料位計(jì)主要由重錘、鋼帶、微動(dòng)裝置、傳感器、顯示及控制裝置等組成。其工作原理是:傳感器放置容器的頂部，重錘由電機(jī)通過(guò)不銹鋼帶或鋼絲繩牽引吊入在容器內(nèi)，儀表控制傳感器自動(dòng)定時(shí)對(duì)料位進(jìn)行探測(cè)，每次測(cè)量時(shí)重錘從容器頂起始位置開(kāi)始下降，碰到料面立即返回到容器頂部等待下一次測(cè)量。儀表通過(guò)對(duì)重錘下降過(guò)程傳感信號(hào)的處理可得到容器頂?shù)搅厦娴木嚯xh1，容器高H是由用戶預(yù)置的，也是一個(gè)固定的值，這樣用容器高H減去h1便可得出料位高度h＝H－h(huán)1，儀表直接顯示料位高度h。測(cè)量的周期可以在控制器中進(jìn)行設(shè)置，時(shí)間從1～60 min不等，可以任意進(jìn)行設(shè)置。該儀表同時(shí)可以輸出4～20 mA電流信號(hào)，可以遠(yuǎn)傳至DCS或PLC系統(tǒng)，便于運(yùn)行人員進(jìn)行遠(yuǎn)方集中監(jiān)控。根據(jù)LCC裝置的工藝生產(chǎn)流程需要，一般設(shè)置測(cè)量間隔周期為10 min，同時(shí)將故障報(bào)警干接點(diǎn)接入DCS系統(tǒng)，便于系統(tǒng)的監(jiān)視。

2 系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題分析

改造前熱解爐料位計(jì)的安裝方式如圖2所示，改造前系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題:

1)由于干燥爐、熱解爐內(nèi)的煙氣溫度高，而控制測(cè)量裝置通過(guò)法蘭盤(pán)直接安裝固定在容器的頂部即煙道出口處，法蘭處的溫度比較高，容易損壞控制顯示裝置或電子元器件，且溫度過(guò)高造成料位計(jì)的工作性能不穩(wěn)定。

2)鋼帶長(zhǎng)時(shí)間處于高溫腐蝕的環(huán)境中，易造成鋼帶變形或腐蝕斷裂，給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定帶來(lái)很大威脅。一旦重錘因?yàn)殇搸Ю瓟嗟羧胂到y(tǒng)中，會(huì)造成系統(tǒng)堵料或運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備卡死而停運(yùn)。

3)在系統(tǒng)停運(yùn)低溫狀態(tài)下，爐內(nèi)的熱解氣會(huì)凝固形成煤焦油，煤焦油和粉塵的混合物會(huì)附著在鋼帶的出口處，從而增加系統(tǒng)的阻力，甚至?xí)斐芍劐N放不下，系統(tǒng)錯(cuò)誤顯示滿料位 (100%)。另外系統(tǒng)阻力過(guò)大的話，也容易造成電機(jī)過(guò)載而發(fā)熱，甚至燒毀電機(jī)。

圖2 改造前熱解爐料位計(jì)示意圖

3 改造方案

3.1 方案提出

通過(guò)對(duì)造成系統(tǒng)故障的原因進(jìn)行分析，有針對(duì)性地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造后的安裝方式如圖3所示。

第1繞線盤(pán)3和第2繞線盤(pán)4通過(guò)軸承組件進(jìn)行剛性連接并固定牢靠 (即2個(gè)繞線盤(pán)分別固定在同1根軸的兩端，軸通過(guò)軸承座10固定在安裝支架上，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，2個(gè)繞線盤(pán)同速轉(zhuǎn)動(dòng))，通過(guò)改變兩端鋼絲繩的纏繞方向可以改變?cè)O(shè)備內(nèi)、外鋼絲繩的走向。干燥爐內(nèi)采用耐高溫抗腐蝕、柔性好的料位計(jì)專(zhuān)用鋼絲繩 (直徑Φ8，材質(zhì)為316L不銹鋼)，用不銹鋼D型卸扣和重錘相連，重錘部分及第2繞線盤(pán)安裝在爐內(nèi)。為防止煙氣外漏，軸穿出煙道處采取耐高溫的機(jī)械密封裝置進(jìn)行密封，其余部分全部安裝在設(shè)備的外部。其中和傳感器鋼帶相連的鋼絲繩9采用韌性好的Φ4的鋼絲繩，同樣用D型卸扣和鋼帶相連。為了確保測(cè)量的可靠性，必須保證從外部鋼帶上D型卸扣處開(kāi)始至第1繞線盤(pán)的鋼絲繩的垂直距離大于料位計(jì)的空標(biāo)值，這樣就可以確保外部的D型卸扣不會(huì)纏繞在第1繞線盤(pán)上而影響裝置的工作，一般前者的值比后者的值高出大約0.5 m左右。

圖3 改造后熱解爐料位計(jì)工作原理圖

3.2 改造后重錘式料位計(jì)工作原理

當(dāng)傳感器接到來(lái)自控制顯示儀的探測(cè)命令時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，經(jīng)蝸輪蝸桿減速后將鋼絲繩9下放，在重錘自身重力的作用下帶動(dòng)與之連接的鋼絲繩8下放，重錘5由靜態(tài)停留位置開(kāi)始下降。當(dāng)重錘降至料面時(shí)被料面托起而失重，鋼絲繩8松弛，靈敏杠桿動(dòng)作使得微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，控制顯示儀得到該信號(hào)后立即發(fā)出電機(jī)反轉(zhuǎn)命令，重錘5上升返回，直至鋼絲繩9底部的機(jī)械裝置碰到行程開(kāi)關(guān)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，重錘5回到倉(cāng)頂靜態(tài)停留位置，這樣就完成一次探測(cè)過(guò)程。在此過(guò)程中，控制顯示儀表通過(guò)檢測(cè)鋼絲繩行走的長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)內(nèi)部計(jì)算后在面板上顯示此時(shí)物位的百分值。為了減少電機(jī)載荷，同時(shí)增加測(cè)量頻率，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終將重錘的重量調(diào)整為8 kg左右，測(cè)量周期間隔由10 min/次調(diào)整為5 min/次。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，將控制顯示儀的4～20 mA輸出信號(hào)通過(guò)模擬信號(hào)隔離器隔離后再送入DCS系統(tǒng)。

3.3 安裝過(guò)程中需要注意的問(wèn)題

1)確保顯示控制儀處于水平狀態(tài) (可通過(guò)水平儀測(cè)量)。

2)第1繞線盤(pán)3和鋼絲繩9處于同一個(gè)垂直面上，這樣可以降低系統(tǒng)的阻力。

3)2個(gè)繞線盤(pán)采用焊接的方式分別固定在軸的兩端，確保轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)完全同步。

4)顯示控制儀安裝在便于維護(hù)的位置且固定牢靠。

4 改造效果

1)解決了鋼帶因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間處于高溫密閉的容器中容易變形卡塞、腐蝕斷裂的問(wèn)題。因?yàn)橹劐N料位計(jì)的鋼帶處于大氣中，不存在高溫腐蝕而帶來(lái)的變形、斷裂問(wèn)題。

2)解決了系統(tǒng)阻力大的問(wèn)題。因?yàn)樵撓到y(tǒng)增加了1個(gè)軸承座且沒(méi)有和高溫介質(zhì)直接接觸，不存在因?yàn)槊航褂突蚍蹓m堆積而卡死的故障，在日常維護(hù)中定期給軸承加適量的潤(rùn)滑油脂即可。

3)改造后減少了重錘的重量，解決了電機(jī)過(guò)載發(fā)熱問(wèn)題，同時(shí)增加了系統(tǒng)的測(cè)量周期，可以更好地為運(yùn)行服務(wù)。

4)增加信號(hào)隔離器，提高了系統(tǒng)的抗干擾力。通過(guò)改造后，系統(tǒng)可靠性得到明顯提高，系統(tǒng)測(cè)量正常，未出現(xiàn)過(guò)故障。系統(tǒng)運(yùn)行期間部分時(shí)段熱解爐料位趨勢(shì)如圖4所示。

圖4 改造后部分時(shí)段熱解爐料位趨勢(shì)圖

〔1〕E＋H公司.Silopilot M FMM50 Electromechanical Level System Operating Instructions〔R〕.1997.

〔2〕張華，趙文柱.熱工測(cè)量?jī)x表 〔M〕.北京:冶金工業(yè)出版社，2006.

〔3〕王先逵.機(jī)械加工工藝手冊(cè) 〔M〕.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

〔4〕王大為.火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ) 〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

〔5〕王琦，朱亞清.分散控制系統(tǒng)性能測(cè)試技術(shù) 〔M〕.北京:科學(xué)出版社，2010.

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.01.018

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1008-0198(2015)01-0065-03

2014-11-07