吳紅鋒，張肖漢

(上海克硫環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，上?！?01203)

基于活性焦脫硫工程的料位儀表選型

吳紅鋒，張肖漢

(上?？肆颦h(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆虾?01203)

摘要：根據(jù)料位儀表在活性焦脫硫工程中的應(yīng)用，選取了幾種檢測固體顆粒介質(zhì)料位的常見儀表，對比、分析其工作原理、產(chǎn)品特點、安裝要求及在物料循環(huán)輸送過程中活性焦對料位儀表的影響，針對不同情況比選出了適合應(yīng)用于活性焦脫硫裝置的高性價比料位儀表。

關(guān)鍵詞：料位儀表；阻移式；阻旋式；電容式；射頻導(dǎo)納式；振棒式；雷達(dá)料位計；活性焦；脫硫

0引言

隨著國家對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，活性焦煙氣脫硫技術(shù)因具有強(qiáng)吸附性、可資源化、基本不用水等優(yōu)勢從眾多脫硫技術(shù)中脫穎而出，在市場中占有越來越重要的地位?；钚越姑摿蚬こ讨械奈锪涎h(huán)系統(tǒng)是整個脫硫系統(tǒng)的生命線，它的運(yùn)行狀況直接影響脫硫系統(tǒng)的投運(yùn)。物料循環(huán)系統(tǒng)的正常運(yùn)行又取決于系統(tǒng)內(nèi)各個料倉料位測量的準(zhǔn)確性，可以說，料位儀表的準(zhǔn)確測量是整個脫硫系統(tǒng)正常投運(yùn)的關(guān)鍵，裝置內(nèi)料位的實時監(jiān)測是保障設(shè)備安全、高效運(yùn)行，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)管理的前提。結(jié)合料位儀表在活性焦脫硫項目中的實際應(yīng)用情況，選取了阻旋式、阻移式、電容式、射頻導(dǎo)納式、振棒式料位開關(guān)及雷達(dá)料位計進(jìn)行對比、分析及總結(jié)。

1各種料位儀表的應(yīng)用

活性焦是以煤炭為原料的一種新型吸附材料，工業(yè)上多使用直徑為5 mm或9 mm的柱狀固體顆?；钚越筟1]?；钚越箷谖锢砦健⒒瘜W(xué)再生及物料循環(huán)過程中因氣化變脆、破損、磨損而出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，從而導(dǎo)致物料粉塵對料倉本體和料位測量儀表黏附嚴(yán)重，造成常規(guī)方法無法測量料位或誤報。不同種類的料位儀表在活性焦脫硫工程中的具體應(yīng)用情況分析如下。

1.1阻旋式和阻移式料位開關(guān)

活性焦煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展前期基本都使用阻旋式或阻移式料位開關(guān)，這2種料位開關(guān)既可水平安裝在料倉側(cè)壁上，也可垂直安裝在料倉頂部。阻旋式和阻移式料位開關(guān)都屬于機(jī)械式開關(guān)，是帶微電機(jī)的機(jī)電式儀表。其工作原理為：通過電機(jī)來驅(qū)動傳動桿末端的檢測板轉(zhuǎn)動，當(dāng)物料覆蓋并阻止檢測板轉(zhuǎn)動時，輸出觸點報警信號，同時切斷電機(jī)電源；當(dāng)料位下降時，檢測板由被覆蓋狀態(tài)變?yōu)獒尫艩顟B(tài)，彈簧返回原工作位置，輸出相反的觸點報警信號，電機(jī)回路接通，檢測板繼續(xù)轉(zhuǎn)動[2]。阻旋式和阻移式料位開關(guān)的測量只與實際料位的高低有關(guān)，不受介質(zhì)本身參數(shù)、倉內(nèi)檢測環(huán)境、噪聲及電磁干擾的影響，加上其價格低廉，應(yīng)用較為廣泛。

白銀有色集團(tuán)股份有限公司銅業(yè)公司粗煉工程環(huán)集脫硫項目使用了上海格研電子科技有限公司生產(chǎn)的SR20A型阻旋式料位開關(guān)，但使用一段時間后發(fā)現(xiàn)其準(zhǔn)確率越來越低，經(jīng)常出現(xiàn)檢測板卡死、電機(jī)燒毀、儀表損壞的情況。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)主要有2方面原因：一是活性焦粉化后沿軸滲入及腐蝕造成機(jī)械磨損，影響了儀表壽命；二是高料位計頻繁周期性動作，容易燒壞電機(jī)。另外，料層一般不會低于低料位，所以低料位計電機(jī)長期不動作，彈簧一直處于拉伸狀態(tài)，也容易出現(xiàn)料位開關(guān)卡死的情況。

實際應(yīng)用過程中，建議側(cè)裝時采用阻移式料位開關(guān)，并安裝保護(hù)套管，在套管頂部，即葉片位置處從中間剖開，只留上半部分，安裝示意如圖1所示。這種安裝方式可以在旋轉(zhuǎn)軸頭部形成死區(qū)，避免整個葉片及軸的頭部埋在料內(nèi)，防止活性焦灰粉沿軸滲入，從而延長了料位開關(guān)的使用壽命。采用頂裝方式時，因不能安裝保護(hù)套管，建議采用阻旋式料位開關(guān)，葉片可以360°旋轉(zhuǎn)。

1.2電容式和射頻導(dǎo)納式料位開關(guān)

電容式料位開關(guān)因測量結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、性能可靠、測量結(jié)果與介質(zhì)密度等因素?zé)o關(guān)而被廣泛應(yīng)用。其工作原理為：利用開關(guān)的探頭(感應(yīng)極)與倉壁(接地電極)作為電容器的2個極板，當(dāng)電容器的2個極板間的介質(zhì)發(fā)生變化時，其電容值也會發(fā)生變化，當(dāng)這一變化值達(dá)到料位開關(guān)的設(shè)定值時，轉(zhuǎn)

第4期

吳紅鋒，等：基于活性焦脫硫工程的料位儀表選型

·59·

圖1　阻移式料位開關(guān)安裝示意

換開關(guān)信號輸出，反映出被測介質(zhì)界面的高低。巴彥淖爾紫金有色金屬公司2×260 t鍋爐活性焦干法脫硫工程就采用了恩德斯·豪斯公司生產(chǎn)的FTI55型電容式料位開關(guān)。從使用經(jīng)驗看，由于活性焦在脫硫過程中會出現(xiàn)粉化，活性焦粉具有黏附性，會黏附在探頭上，形成掛料，造成虛假料位，使料位開關(guān)產(chǎn)生誤動作，需要經(jīng)常斷電復(fù)位，這樣很影響物料循環(huán)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，在活性焦脫硫裝置的料位測量中不建議使用電容式料位開關(guān)。

射頻導(dǎo)納料位開關(guān)是一種從電容式料位開關(guān)發(fā)展起來的料位控制技術(shù)，與電容式料位開關(guān)最重要的區(qū)別在于測量具有多樣化和采用了三電極技術(shù)。射頻導(dǎo)納料位開關(guān)測量的多樣化在于不僅測量介質(zhì)的電容量，還測量電阻和電感量，使測量更加準(zhǔn)確；三電極技術(shù)包括電子單元和傳感器，傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示，在測量電極和地極之間加入了屏蔽電極，將測量電極保護(hù)起來，不受掛料影響。射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的中心探桿與屏蔽層之間沒有電勢差，即使傳感器上有掛料，由于阻抗較小，也不會有電流流過，電子單元測量的是從傳感器中心到對面罐壁(地極)的電流，因為屏蔽層能阻礙電流沿傳感器返回容器壁，因此對地電流只能經(jīng)傳感器未端通過被測物料到對面容器壁。雖然屏蔽層與容器壁之間存在電勢差，兩者之間有電流流過，但該電流不被測量，不影響測量結(jié)果，這樣就將測量端保護(hù)起來，不受掛料的影響。只有容器中的物料確實上升接觸到中心探桿時，通過被測物料，中心探桿與地之間才能形成被測電流，儀表檢測到該電流，產(chǎn)生有效輸出信號。

圖2　射頻導(dǎo)納料位開關(guān)傳感器結(jié)構(gòu)

由于射頻導(dǎo)納料位開關(guān)能有效防止掛料，河北前進(jìn)鋼鐵集團(tuán)有限公司新建的110萬m3/h活性焦干法煙氣綜合治理項目，日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司#2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫工程等都使用了國產(chǎn)品牌的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)，并在活性焦脫硫裝置的料位測量中取得了良好效果，測量準(zhǔn)確，基本無誤動作。但在安裝時需注意傳感元件的金屬管屏蔽段一定要伸出倉壁最小50 mm，并遠(yuǎn)離下料口，若下料口在較窄的料倉中間頂部時，最好傾斜安裝，安裝角度推薦15°～20°。

1.3振棒式料位開關(guān)

振棒式料位開關(guān)運(yùn)用音叉式料位開關(guān)的共振原理，振動管和內(nèi)置的振動棒構(gòu)成共振探頭，在壓電元件的驅(qū)動下產(chǎn)生振動。當(dāng)料位高時，探桿周圍被物料包圍，振動幅度急劇減少，輸出觸點報警信號；當(dāng)料位低時，探頭包圍物料得到釋放，探頭開始振動，輸出相反的觸點報警信號。

振棒式料位開關(guān)采用圓柱形單根探測桿結(jié)構(gòu)，這決定了它具有不怕掛料、不怕沖擊的優(yōu)點，且與傳統(tǒng)的音叉式料位開關(guān)相比沒有夾料問題，靈敏度更高，使其在工業(yè)現(xiàn)場更具有適應(yīng)性?，q春紫金礦業(yè)多金屬公司硫酸尾氣及環(huán)集煙氣活性焦脫硫工程中部分料位開關(guān)采用了深圳計為自動化技術(shù)有限公司生產(chǎn)的Tube-11系列振棒式料位開關(guān)，測量準(zhǔn)確、無誤報。

1.4雷達(dá)料位計

雷達(dá)料位計是利用電磁波的特殊性能，基于時間行程原理進(jìn)行測量的高精度儀表[3]。雷達(dá)料位計相對于料位開關(guān)來說價格較高，但其具有測量連續(xù)性、精度高、維護(hù)方便等優(yōu)勢。從料面不規(guī)則、物料有黏附性、存在粉塵及性價比等方面綜合考慮，上?？肆颦h(huán)?？萍脊煞萦邢薰驹谇捌诠こ添椖恐羞x擇采用其他料位開關(guān)，在琿春項目中首次嘗試在再生塔料位測量中采用雷達(dá)料位計，選用的是西門子公司生產(chǎn)的SITRANS LR560型雷達(dá)料位計，它作為第1款78 GHz頻率的雷達(dá)料位計，發(fā)射的短波長電磁波可以從固體物料處獲得異常良好的信號反射，并且它發(fā)射的4°窄波束可以避免料倉壁上的阻礙物和其他裝置的干擾，是一種可以安裝在料倉頂部任何地方的非接觸式的兩線制連續(xù)調(diào)頻雷達(dá)料位計，其支持可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議(HART)，獨(dú)特的平面天線可有效防止物料附著，同時也可清除異常黏附的固體物料，瞄準(zhǔn)器型法蘭可以幫助波束對準(zhǔn)特定區(qū)域，有效避免了活性焦輸送料面不規(guī)則、具有黏附性及存在粉塵等因素對測量的影響。

通過一段時間的運(yùn)行證明，西門子LR560型雷達(dá)料位計測量效果良好，適用于活性焦脫硫裝置的料位測量。且雷達(dá)料位計可進(jìn)行連續(xù)測量，輸出4～20 mA模擬量信號到分散控制系統(tǒng)(DCS)，并在監(jiān)控畫面上顯示實時數(shù)值，方便操作人員實時了解再生塔內(nèi)料位的實際情況，可根據(jù)實際運(yùn)行情況隨時調(diào)整參與物料循環(huán)系統(tǒng)的自動聯(lián)鎖控制，使再生塔料位處于最優(yōu)狀態(tài)，確保物料循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定、順暢運(yùn)行。

2幾種料位儀表的應(yīng)用比較

料位儀表的選型需結(jié)合儀表工作原理與實際工況進(jìn)行篩選，以365 d為測試周期，對上述料位儀表的應(yīng)用情況進(jìn)行統(tǒng)計，其比較見表1。

表1　料位儀表應(yīng)用情況對比

3結(jié)束語

綜上所述，在活性焦脫硫工程中，測量活性焦料位時建議采用射頻導(dǎo)納式或振棒式料位儀，并可采用國產(chǎn)品牌，性價比高。而在測量再生塔料位時，在成本允許的情況下，建議優(yōu)先選用具有抗黏附性、抗粉塵、發(fā)射角小、適用于固體顆粒測量的雷達(dá)料位計。

參考文獻(xiàn)：

[1]翟尚鵬，劉靜，楊三可.活性焦煙氣凈化技術(shù)及其在我國的應(yīng)用前景[J].化工環(huán)保，2006,26(3):204-208.

[2]楊純祥.幾種料倉高料位檢測裝置的比較[J].燒結(jié)球團(tuán)，2000,25(4)：48-51.

[3]劉學(xué)梅.雷達(dá)料位計的原理及應(yīng)用[J].新疆化工，2010(1)：26-27.

(本文責(zé)編：弋洋)

收稿日期:2015-12-25；修回日期:2016-03-18

中圖分類號：X 701.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)04-0058-03

作者簡介：

吳紅鋒(1977—)，男，江蘇泰興人，工程師，注冊一級建造師，從事儀表設(shè)計、現(xiàn)場安裝調(diào)試及項目管理方面的工作(E-mail:1067228502@qq.com)。

張肖漢(1988—)，女，安徽宿州人，工程師，工學(xué)碩士，從事儀表設(shè)計方面的工作。