王紅杰 余全豪

（中國平煤神馬集團(tuán)開封炭素有限公司）

0 引言

我公司現(xiàn)有石墨電極高壓浸漬系統(tǒng)一套，該系統(tǒng)從德國Feist-lncon 公司全套引進(jìn)。石墨電極浸漬過程是將產(chǎn)品置于壓力容器內(nèi)，在一定的溫度和壓力條件下迫使某些呈液態(tài)的材料，即浸漬劑滲透到產(chǎn)品當(dāng)中去，從而改變或改善產(chǎn)品的某些理化指標(biāo)。石墨電極的浸漬過程是在浸漬罐內(nèi)完成的，浸漬劑為浸漬瀝青。公司自2006 年投產(chǎn)以來一直使用這套浸漬設(shè)備，運(yùn)行已有10 余年，全套浸漬系統(tǒng)根據(jù)PLC 編程自動化控制，浸漬過程中的瀝青液位和冷卻水液位都由液位計檢測控制。高壓浸漬罐原液位控制系統(tǒng)是Feist-lncon 公司設(shè)計安裝的國外浮球液位計，由于長時間的使用，浸漬罐液位計頻繁出現(xiàn)故障，影響正常生產(chǎn)，急需進(jìn)行解決。筆者通過對石墨電極浸漬裝置中液位計故障進(jìn)行分析，提出了使用新型射頻導(dǎo)納液位計的解決方案，并得出射頻導(dǎo)納液位計可以應(yīng)用在浸漬裝置復(fù)雜的工作環(huán)境中。

1 原瀝青浸漬罐液位計

1.1 工作環(huán)境及作用

石墨電極的浸漬系統(tǒng)是按照熱進(jìn)冷出的設(shè)計理念安裝的，它是一個復(fù)雜而又對工藝技術(shù)要求很高的一個工序，主要步驟為：焙燒坯-表面清理-預(yù)熱（180 ～200 ℃）-裝入浸漬罐-抽真空-注瀝青-加壓（1.2 ～1.5 MPa）-返瀝青-加水冷卻，浸漬最重要的環(huán)節(jié)是在浸漬罐中完成的。在浸漬過程中，浸漬罐的液位控制全部由液位計自動控制，如果出現(xiàn)液位偏差，對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)設(shè)備都有很大的影響。浮球液位計在浸漬罐中的安裝位置如圖1 所示。

圖1 浮球液位計在浸漬罐上的安裝位置

在浸漬過程中，通過瀝青管道向浸漬罐注入瀝青，當(dāng)達(dá)到頂部罐最大液位時N4 液位計輸出信號，系統(tǒng)將停止注入瀝青，加壓泵對罐內(nèi)瀝青加壓（最高壓力1.5 MPa），罐內(nèi)溫度150 ～200 ℃，加壓結(jié)束后返油泵通過管道把瀝青帶走，當(dāng)瀝青排空后N5 液位計輸出空罐信號，然后冷卻水進(jìn)入浸漬罐對產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，冷卻結(jié)束后通過管道排空冷卻水，N5 液位計輸出空罐信號，浸漬罐門打開，通過輸送車把浸漬罐內(nèi)的產(chǎn)品拉出，整個浸漬過程結(jié)束。

1.2 結(jié)構(gòu)和工作原理

原來使用的德國Feist-lncon 浮球液位計的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 Feist-lncon 浮球液位計

工作原理:在容器的合適位置安裝法蘭與液位計進(jìn)行連接，使液位計的浮球能夠接觸到所檢測的物質(zhì)，當(dāng)被檢測物質(zhì)液位上升和下降時， 浮球受到浮力或重力的作用而上下移動，通過連桿帶動控制盒內(nèi)機(jī)械機(jī)構(gòu)觸發(fā)微動開關(guān)來傳遞信號，以達(dá)到檢測液位高低的目的。

2 存在問題與分析

在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了一些問題，制約了生產(chǎn)的連續(xù)性和產(chǎn)品的穩(wěn)定性，以下是現(xiàn)存的問題與分析：

（1）原來浸漬罐瀝青和水的公用管道上的浮球液位計位于浸漬罐的最低點(diǎn)（N5），主要作用是檢測浸漬罐內(nèi)的瀝青或水是否排空。浸漬罐內(nèi)瀝青返完后，由于瀝青有一定的粘度，部分瀝青會粘結(jié)在浮球液位計的浮球和連桿上。浸漬罐內(nèi)注水對產(chǎn)品進(jìn)行冷卻時，罐內(nèi)溫度降低，粘附在浮球和連桿上的瀝青凝固，導(dǎo)致浮球不能正常工作，從而出現(xiàn)信號不準(zhǔn)確現(xiàn)象。

（2）浮球液位計連桿與后執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用螺紋連接，由于使用年限較長，浸漬罐工況復(fù)雜，致使螺紋經(jīng)常松動，造成浮球與連桿脫落掉入浸漬罐內(nèi)，導(dǎo)致不能測量罐內(nèi)瀝青或水的液位。并且浮球脫落后會隨著管道流向進(jìn)入主管道，造成管道堵塞，損壞閥門或?yàn)r青泵。

（3）同型號浮球液位計屬進(jìn)口設(shè)備，購買周期長、費(fèi)用高，影響設(shè)備維修及時性和維修成本。

3 解決措施

為了解決生產(chǎn)中因?yàn)橐何挥嫻收嫌绊懻Ｉa(chǎn)的問題，通過查閱相關(guān)資料、尋找同類型測量物位的裝置，結(jié)合公司設(shè)備工作環(huán)境、設(shè)備工藝要求和使用需求，經(jīng)過前期反復(fù)論證，最終選用射頻導(dǎo)納液位計進(jìn)行安裝、試用。在訂購設(shè)備時，要求廠家制作與現(xiàn)場同型號大小的連接法蘭，保證探測桿的有效長度，以及需要傳輸信號的要求電壓，以減少對現(xiàn)有管道、線路的改動。射頻導(dǎo)納液位計結(jié)構(gòu)及安裝位置如圖3 所示。

圖3 射頻導(dǎo)納液位計結(jié)構(gòu)及安裝位置

3.1 射頻導(dǎo)納液位計

射頻導(dǎo)納液位計測量物料技術(shù)是經(jīng)過改良的新型液位測量技術(shù)，是從電容式物位控制技術(shù)發(fā)展起來的，主要應(yīng)用了射頻信號，此次所選用的DV101 射頻導(dǎo)納液位計加入了Driving-Shield 電路。

3.1.1 主要組成部分和技術(shù)參數(shù)

射頻導(dǎo)納液位計主要有檢測部分和變送裝置部分組成。檢測部分主要包括中心探桿、保護(hù)外殼、指示儀表等；變送裝置部分由振蕩器、修正誤差電路、電橋、信號調(diào)節(jié)器、屏蔽電路、電流電壓轉(zhuǎn)換電路等組成[1]。

射頻導(dǎo)納液位計的中心探桿使用的304 不銹鋼，絕緣材料為PTFE，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 射頻導(dǎo)納液位計主要技術(shù)參數(shù)

3.1.2 工作原理

射頻導(dǎo)納液位計是利用高頻無線電波測量導(dǎo)納，當(dāng)儀表開始工作時，儀表內(nèi)的傳感器與罐壁及被測介質(zhì)形成導(dǎo)納值，當(dāng)圖3 中管道內(nèi)的物料物位出現(xiàn)變化，中心探桿接觸到物料時，導(dǎo)納值隨著液位的高低相應(yīng)變化，電路單元（變送裝置）將測量導(dǎo)納值轉(zhuǎn)換成物位信號輸出，實(shí)現(xiàn)物位測量。在測量物料液位時，射頻信號經(jīng)濾波電路將干擾成分濾掉，測量的的信號包含物位信息和掛料信息，經(jīng)過有效屏蔽層處理屏蔽了干擾信號，獲得純凈的物位信號，避免虛假信號[2]。公司使用的DV101射頻導(dǎo)納液位計中的屏蔽電路能夠阻止射頻電流通過掛料形成回路，由掛料產(chǎn)生的影響能夠被識別，并且通過電橋的移相處理從總的輸出中消除，從而避免了檢測探頭端掛料對測量準(zhǔn)確性的影響。

3.2 安裝試用

根據(jù)石墨電極浸漬工藝，當(dāng)浸漬罐檢測到罐內(nèi)瀝青返完后，浸漬罐出現(xiàn)空罐信號并傳輸?shù)娇刂剖疑衔粰C(jī)，通過PLC 程序執(zhí)行下一工藝（浸漬罐內(nèi)需要注水對產(chǎn)品進(jìn)行冷卻），浸漬罐內(nèi)溫度降低，罐內(nèi)溫度低于浸漬瀝青軟化點(diǎn)，因此粘附在物位計上的瀝青最終凝固在探頭上。 為了更好地驗(yàn)證射頻導(dǎo)納液位計是否適用于浸漬罐中，決定把液位計安裝在工況條件相對比較復(fù)雜的浸漬罐瀝青和水的公用管道內(nèi)。通過前期的充分研討，連接法蘭大小、供電電壓以及液位計探測桿的有效長度均符合現(xiàn)場使用要求。安裝完成后進(jìn)行了反復(fù)調(diào)試，在確定沒有問題的情況下進(jìn)行正常生產(chǎn)投料試驗(yàn)。第一次試用過程中檢測信號正常，生產(chǎn)結(jié)束后把此液位計拆除，檢查射頻導(dǎo)納液位計外觀及掛料情況。通過檢查發(fā)現(xiàn)探測桿外觀完好，有少量掛料現(xiàn)象，檢查完后安裝繼續(xù)使用，無異常情況發(fā)生。

4 結(jié)語

射頻導(dǎo)納液位計具有獨(dú)特的電路設(shè)計和傳感器結(jié)構(gòu)，使其檢測可以不受傳感器探頭掛料的影響，不需要定期清理，避免出現(xiàn)誤測量和假信號。在測量過程中，雖然浸漬罐內(nèi)部有較高的壓力，使液位計承受罐內(nèi)液體的沖擊，但因無可動部件，不存在機(jī)械部件容易損壞的問題，無需經(jīng)常維護(hù)。射頻導(dǎo)納液位計檢測料位不受環(huán)境變化影響，穩(wěn)定性能高，相比于傳統(tǒng)機(jī)械式的物位計使用壽命長。與浮球液位計相比，射頻導(dǎo)納液位計具有在浸漬罐內(nèi)與高溫瀝青接觸部分結(jié)構(gòu)簡單，探頭材質(zhì)耐溫耐壓，不會出現(xiàn)機(jī)械故障，穩(wěn)定性能高等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)瀝青黏附在檢測桿上，并不會影響液位計的測量精度，解決了因液位計掛料而出現(xiàn)虛假信號，避免了原有液位計浮球連接螺桿脫落進(jìn)入管道，造成管道堵塞或其他設(shè)備故障。通過生產(chǎn)使用效果來看，射頻導(dǎo)納液位計滿足石墨電極浸漬裝置的生產(chǎn)工藝需求。