王央波

(湖南華銀能源技術(shù)有限公司，湖南 長沙 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 長沙 410007)

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

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 (以下簡稱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量系統(tǒng)是從美國原裝進(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)工作相對來說比較穩(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)會產(chǎn)生可燃?xì)怏w，這種氣體遇低溫就會凝固形成煤焦油，時(shí)間久了煤焦油就會粘在料位計(jì)的鋼帶上，增加系統(tǒng)的阻力，重錘就有可能放不下，造成重錘在測量時(shí)探測不到真實(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︿搸г斐筛g，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)段歷史趨勢圖

1 重錘式料位計(jì)測量系統(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)對料位進(jìn)行探測，每次測量時(shí)重錘從容器頂起始位置開始下降，碰到料面立即返回到容器頂部等待下一次測量。儀表通過對重錘下降過程傳感信號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，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)存在的主要問題:

1)由于干燥爐、熱解爐內(nèi)的煙氣溫度高，而控制測量裝置通過法蘭盤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，且溫度過高造成料位計(jì)的工作性能不穩(wěn)定。

2)鋼帶長時(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)定帶來很大威脅。一旦重錘因?yàn)殇搸Ю瓟嗟羧胂到y(tǒng)中，會造成系統(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)的熱解氣會凝固形成煤焦油，煤焦油和粉塵的混合物會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)阻力過大的話，也容易造成電機(jī)過載而發(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

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

第1繞線盤3和第2繞線盤4通過軸承組件進(jìn)行剛性連接并固定牢靠 (即2個(gè)繞線盤分別固定在同1根軸的兩端，軸通過軸承座10固定在安裝支架上，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，2個(gè)繞線盤同速轉(zhuǎn)動(dòng))，通過改變兩端鋼絲繩的纏繞方向可以改變設(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。為了確保測量的可靠性，必須保證從外部鋼帶上D型卸扣處開始至第1繞線盤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型卸扣不會纏繞在第1繞線盤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)傳感器接到來自控制顯示儀的探測命令時(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)開關(guān)動(dòng)作，控制顯示儀得到該信號后立即發(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)械裝置碰到行程開關(guān)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，重錘5回到倉頂靜態(tài)停留位置，這樣就完成一次探測過程。在此過程中，控制顯示儀表通過檢測鋼絲繩行走的長度，經(jīng)過內(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)增加測量頻率，通過反復(fù)試驗(yàn)，最終將重錘的重量調(diào)整為8 kg左右，測量周期間隔由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輸出信號通過模擬信號隔離器隔離后再送入DCS系統(tǒng)。

3.3 安裝過程中需要注意的問題

1)確保顯示控制儀處于水平狀態(tài) (可通過水平儀測量)。

2)第1繞線盤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的變形、斷裂問題。

2)解決了系統(tǒng)阻力大的問題。因?yàn)樵撓到y(tǒng)增加了1個(gè)軸承座且沒有和高溫介質(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滑油脂即可。

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

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

圖4 改造后部分時(shí)段熱解爐料位趨勢圖

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

〔2〕張華，趙文柱.熱工測量儀表 〔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 〔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:中國電力出版社，2007.

〔5〕王琦，朱亞清.分散控制系統(tǒng)性能測試技術(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