張建蓉，趙 鵬

（寧波鋼鐵股份有限公司，浙江寧波 315800）

前言

寧鋼水處理主要包括煉鐵水處理、煉鋼水處理、軋鋼水處理、中央污水處理4大水處理系統(tǒng)，每個(gè)水處理系統(tǒng)中都設(shè)有不同的子系統(tǒng)構(gòu)成，每個(gè)子系統(tǒng)里都設(shè)有儲(chǔ)水池。根據(jù)工藝要求儲(chǔ)水池又分為敞開(kāi)式、封閉式和半封閉式，在項(xiàng)目初期設(shè)計(jì)階段，儲(chǔ)水池的液位計(jì)全部是超聲波液位計(jì)。在敞開(kāi)式儲(chǔ)水池上，超聲波液位計(jì)的測(cè)量精度受周邊環(huán)境及現(xiàn)場(chǎng)安裝因素的影響相對(duì)較?。欢诜忾]式儲(chǔ)水池和半封閉式儲(chǔ)水池上，超聲波液位計(jì)的測(cè)量精度受兩者的影響比較大。經(jīng)常發(fā)生液位計(jì)的測(cè)量數(shù)值出現(xiàn)頻繁波動(dòng)、示值不變、虛假值等異常現(xiàn)象，曾發(fā)生過(guò)多起因液位計(jì)測(cè)量值錯(cuò)誤導(dǎo)致儲(chǔ)水池抽空、水泵進(jìn)氣、異常的聯(lián)鎖啟動(dòng)、液位異常報(bào)警等現(xiàn)象。此類(lèi)故障給整個(gè)水系統(tǒng)的正常生產(chǎn)帶來(lái)了極大隱患，也給主生產(chǎn)線帶來(lái)了一定程度的損失。

1 現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題

寧鋼水處理系統(tǒng)2003年開(kāi)工建設(shè)，2007年各系統(tǒng)陸續(xù)建成投產(chǎn)。最初出現(xiàn)故障現(xiàn)象較多的是液位監(jiān)測(cè)數(shù)值的異常波動(dòng)，后面陸續(xù)出現(xiàn)液位計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)值死值，所測(cè)數(shù)值與水池液位實(shí)際值不符等現(xiàn)象。當(dāng)儲(chǔ)水池液位計(jì)突然出現(xiàn)異常，會(huì)導(dǎo)致水池不能自動(dòng)補(bǔ)水，水井水位低至送水泵吸入口，水泵進(jìn)氣無(wú)法送水；液位過(guò)低也會(huì)導(dǎo)致水泵出力不足，無(wú)法正常調(diào)節(jié)水量；液位監(jiān)測(cè)數(shù)值與實(shí)際水池實(shí)際液位不符，導(dǎo)致液位計(jì)與水池補(bǔ)水閥聯(lián)鎖異常啟動(dòng)，水池補(bǔ)水全部溢流，液位異常報(bào)警?，F(xiàn)場(chǎng)不同儲(chǔ)水池液位計(jì)安裝示意見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)不同儲(chǔ)水池液位計(jì)安裝示意圖

1.1 全封閉儲(chǔ)水池

中央、污水系統(tǒng)中的清水池和軟水池就是全封閉儲(chǔ)水池。超聲波液位計(jì)如圖1（a）所示安裝。最初出現(xiàn)問(wèn)題的是軟水池的液位計(jì)。故障現(xiàn)象為后臺(tái)監(jiān)控畫(huà)面HMI上的液位示值一直異常波動(dòng)，起初判斷是現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)受到干擾，但控制系統(tǒng)的其它儀表信號(hào)都顯示正常；到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，將液位計(jì)儀表井打開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)檢查超聲波液位計(jì)電壓及顯示正常，檢查到液位計(jì)探頭時(shí)，發(fā)現(xiàn)液位計(jì)探頭上凝結(jié)著密密麻麻的水珠，擦拭水珠后，液位計(jì)測(cè)量示值正常。為了排除現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)干擾所致，將液位計(jì)里“抑制干擾信號(hào)”功能投入，在PLC的信號(hào)輸入端增設(shè)信號(hào)隔離器，同時(shí)對(duì)儀表的接地重新進(jìn)行拆接，但后期又陸陸續(xù)續(xù)發(fā)生過(guò)多次同類(lèi)故障。

1.2 半封閉式儲(chǔ)水池

軋鋼水系統(tǒng)中層流泵站的熱水井、煉鐵水系統(tǒng)煤氣洗滌水的冷水井如圖1（b）所示，屬于半封閉式儲(chǔ)水池，此處超聲波液位計(jì)也出現(xiàn)過(guò)液位測(cè)量示值波動(dòng)的情況，儀表維護(hù)人員將探頭上的水珠擦拭后，該故障現(xiàn)象消除。所以排除了液位計(jì)信號(hào)受到干擾導(dǎo)致的測(cè)量示值異常波動(dòng)。

層流泵站的熱水井液位計(jì)也因同樣問(wèn)題，導(dǎo)致生產(chǎn)操作人員沒(méi)有及時(shí)增開(kāi)水泵，水位溢出水池后，淹掉了整個(gè)層流泵站的所有儀表和電氣設(shè)備，造成軋鋼停機(jī)2 h。

1.3 敞開(kāi)式儲(chǔ)水池

煉軋鋼水系統(tǒng)的二沉池如圖1（c）所示，屬于敞開(kāi)式儲(chǔ)水池，同樣采用的超聲波液位計(jì)，液位計(jì)運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，很少出現(xiàn)過(guò)液位計(jì)測(cè)量值與實(shí)際值不符、測(cè)量數(shù)值異常波動(dòng)等情況。

2 原因分析

2.1 安裝位置

儀表的現(xiàn)場(chǎng)安裝位置不合理。由于超聲波液位計(jì)是利用聲波反射原理實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量的，安裝現(xiàn)場(chǎng)如果有障礙物會(huì)影響超聲波發(fā)射和接受，造成信號(hào)丟失，影響測(cè)量效果。

2.2 接線盒密封

儀表內(nèi)部電路板受潮導(dǎo)致信號(hào)異常。雖然超聲波液位計(jì)的防護(hù)等級(jí)是IP67，但儀表井內(nèi)長(zhǎng)期積水，潮氣有可能會(huì)順著電纜進(jìn)線口處浸入。

2.3 故障排查

超聲波液位計(jì)本身的故障基本可以排除。因?yàn)檎麄€(gè)處理過(guò)程中未對(duì)液位計(jì)本身、電源等進(jìn)行處理，只是將探頭上的水珠擦拭干凈。

2.4 信號(hào)干擾

線路干擾，也基本可以排除。線路干擾導(dǎo)致PLC后臺(tái)數(shù)據(jù)顯示滿(mǎn)量程，對(duì)超聲波液位計(jì)本身的接地和信號(hào)電纜的屏蔽接地都重新進(jìn)行了拆接，且加信號(hào)隔離器和不加信號(hào)隔離器，故障現(xiàn)象無(wú)實(shí)質(zhì)變化。

2.5 其它原因

外部原因?qū)е乱何粶y(cè)量錯(cuò)誤。出現(xiàn)問(wèn)題較多的是封閉式儲(chǔ)水池和半封閉儲(chǔ)水池上的液位計(jì)，它們都是安裝在水井上面的人孔內(nèi)或儀表井內(nèi)，外加鐵皮罩防雨，如圖2。

圖2 液位計(jì)安裝位置

水井水溫一般維持在35 ℃左右，而環(huán)境溫度隨著季節(jié)變換，春、秋、冬季晝夜溫差較大，在液位計(jì)安裝的人孔中不斷有蒸汽冒出，內(nèi)外溫差造成液位計(jì)探頭凝露,影響了水位的測(cè)量，從而造成儲(chǔ)水池液位測(cè)量不準(zhǔn)。

綜上所述，造成超聲波液位計(jì)測(cè)量數(shù)值不準(zhǔn)、信號(hào)異常波動(dòng)的主要原因是：超聲波液位計(jì)探頭上有凝露，聲波的發(fā)射和接收受到影響，從而造成液位計(jì)的測(cè)量值出現(xiàn)異常波動(dòng)和死值現(xiàn)象。超聲波液位計(jì)探頭上易凝露也是其設(shè)備本身不能解決的一個(gè)問(wèn)題，所以改善液位計(jì)現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件、用其他類(lèi)別的液位計(jì)替代超聲波液位計(jì)是可行的解決方案。

3 改進(jìn)完善措施

為了解決超聲波液位計(jì)在上述場(chǎng)合探頭上經(jīng)常凝露的問(wèn)題，保證液位計(jì)正常工作測(cè)量，根據(jù)行業(yè)主流液位計(jì)的測(cè)量應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，我們計(jì)劃采用兩種不同類(lèi)型的液位計(jì)，接觸式液位計(jì)和非接觸式液位計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)更替，同時(shí)對(duì)液位計(jì)的周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行改善。如將儀表井內(nèi)沉積的雨水直接排到池子里，并提高液位計(jì)的安裝支架；儀表本體的電纜進(jìn)線口加強(qiáng)密封。

通過(guò)對(duì)儀表本身的價(jià)格和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境、是否參與工藝聯(lián)鎖等進(jìn)行綜合考慮，最終確定液位計(jì)的型號(hào)；如液位參與工藝聯(lián)鎖，還需加裝電容式液位開(kāi)關(guān)，提高液位測(cè)量的安全性。

(1)接觸式液位計(jì),主要以電容式液位計(jì)和靜壓式液位計(jì)為主。電容式液位計(jì)根據(jù)儀表自身的工作性質(zhì)，它只適合于軟水系統(tǒng)和凈循環(huán)水系統(tǒng)中，靜壓式液位計(jì)雖然適合濁環(huán)水系統(tǒng)的液位測(cè)量，但其在濁環(huán)水系統(tǒng)中的維護(hù)量大，需定期對(duì)其探頭進(jìn)行維護(hù)，且濁環(huán)水系統(tǒng)中的沉積物必須及時(shí)清理，如果探頭被沉積物淹沒(méi)，靜壓液位計(jì)也不能正常工作，因此不適合濁環(huán)水系統(tǒng)。

（2）非接觸式液位計(jì)，以超聲波液位計(jì)和雷達(dá)液位計(jì)為主。雷達(dá)液位計(jì)通過(guò)天線系統(tǒng)發(fā)射并接收能量很低的極短的微波脈沖。以光速運(yùn)行的雷達(dá)波，其運(yùn)行時(shí)通過(guò)電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)，它比超聲波的抗干擾能力強(qiáng)，但價(jià)格較高，所以它主要用在有設(shè)備聯(lián)鎖和比較重要的生產(chǎn)場(chǎng)所；其它場(chǎng)所可以選定超聲波液位計(jì)。比如在敞開(kāi)式儲(chǔ)水池中，超聲波液位計(jì)運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定。

實(shí)際運(yùn)行中如有液位聯(lián)鎖，且該液位的測(cè)量在運(yùn)行中又至關(guān)重要，我們?cè)谠撘何挥?jì)的安裝位置同時(shí)又加裝電容式液位開(kāi)關(guān)做低液位報(bào)警。如果液位測(cè)量值低于安全水位，電容式液位開(kāi)關(guān)的探頭露出水面，液位開(kāi)關(guān)觸發(fā)啟動(dòng)聲光報(bào)警器，提示生產(chǎn)運(yùn)行人員需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行確認(rèn)，解決了儲(chǔ)水池被抽空的生產(chǎn)事故。

表1是寧鋼水處理液位計(jì)選型參考表。注：參與、重要打√，表中的超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、靜壓液位計(jì)、電容式液位計(jì)在表中填寫(xiě)時(shí)，將“液位計(jì)”三字省略掉，均用超聲波、雷達(dá)、靜壓、電容式表示；液位開(kāi)關(guān)選用的是電容式液位開(kāi)關(guān)。

表1 寧鋼水處理液位計(jì)選型條件參考表

4 結(jié)束語(yǔ)

此方案解決了寧鋼水處理液位計(jì)在實(shí)際運(yùn)行中所遇到的一些問(wèn)題。通過(guò)對(duì)液位計(jì)的合理選型，減少了不同液位計(jì)自身缺點(diǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況的問(wèn)題，同時(shí)也大大提高了寧鋼水處理液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)整個(gè)鋼鐵行業(yè)水處理的液位選型也具有參考意義。