固體水分測量儀在預(yù)干燥裝置中的應(yīng)用

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固體水分測量儀在預(yù)干燥裝置中的應(yīng)用

0引言

某煤氣化裝置采用Shell氣化爐，以褐煤作為化工原料，褐煤的水分含量高達(dá)40%。煤粉中的水分含量將直接影響氣化爐的生產(chǎn)。水分含量高，會導(dǎo)致輸送困難、進(jìn)料不暢，容易造成堵料，致使裝置開開停停，經(jīng)濟(jì)損失加大，嚴(yán)重時(shí)還會引發(fā)安全事故;水分含量過低，會導(dǎo)致褐煤煤粉泄漏，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生煤粉燃燒的現(xiàn)象。嚴(yán)格把握褐煤的水分含量對整個(gè)生產(chǎn)裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。預(yù)干燥裝置作為氣化爐的上游裝置，主要任務(wù)是除去褐煤中的水分，將煤粉含水量控制在10%～15%，然后輸送至煤氣化裝置中。因此，采取有效的方法和先進(jìn)的設(shè)備準(zhǔn)確檢測煤粉水分含量是安全生產(chǎn)的必要前提。

1存在問題

傳統(tǒng)的煤粉水分分析是采用手動分析，通過加熱失重法來測量水分含量。這種做法的缺點(diǎn)是分析周期長，不能及時(shí)反映煤粉水分含量；加熱過程不宜把握，容易造成煤粉中的烴類氣化，造成測量不準(zhǔn)；手動分析很大程度上依靠經(jīng)驗(yàn)來把握時(shí)間，不同人員的分析結(jié)果差異很大；由于分析取樣的個(gè)別性和時(shí)間滯后性，因此樣品不能準(zhǔn)確地反映煤粉含水量的整體情況。

因此，在該預(yù)干燥裝置中果斷采用在線固體水分測量儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測煤粉水分含量。該測量儀具有抗磨、抗振和防水特性。根據(jù)現(xiàn)場布置情況，合理選擇測量儀的安裝位置，注意日常維護(hù)。工程應(yīng)用表明，測量儀能夠正確地反映煤粉的水分含量[2-4]。

2工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成

2.1工作原理

目前，固體水分測量儀大多利用微波原理和頻率牽引技術(shù)等，本文主要介紹利用微波進(jìn)行測量的分析儀表。微波是一種高頻電磁波，穿透介質(zhì)時(shí)的衰減、相位變化與介質(zhì)的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角有關(guān)。水的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角都遠(yuǎn)高于一般介質(zhì)，其大小主要由其水分含量決定。由于微波可以完全穿透流動的物料，所以所有的物理性水分都能被測定。微波水分儀的微波發(fā)射源發(fā)射出微波后，透過物料被微波接收器接收；根據(jù)微波功率的衰減和相位移等的改變，即可計(jì)算物料中的水分含量。該測量儀保證了測量的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，使測量結(jié)果不受物料表面結(jié)構(gòu)的影響。

水分測量儀基于諧振腔原理，放置于不銹鋼外殼中，其工作原理如圖1所示。

圖1　工作原理圖

傳感器在諧振腔內(nèi)具有一個(gè)微波源，該微波源發(fā)射一定波長的微波，微波在諧振腔中產(chǎn)生至少兩個(gè)平行和相對的內(nèi)表面。該內(nèi)表面被一個(gè)與波長成正比的距離所分開，在運(yùn)行中微波能量交叉耦合時(shí)，在內(nèi)表面之間的共振模數(shù)量達(dá)到最大值，而微波源處的共振模能量和反射能量達(dá)最小值。測量儀的傳感器帶有微波吸收器，根據(jù)測量到的微波變化大小，可以得出煤粉中的水分含量。

2.2系統(tǒng)構(gòu)成

固體水分測量儀的一套完整測量單元由傳感器、接線盒和二次儀表3部分組成，如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)組成圖

接線盒用于連接傳感器和二次儀表，兩者之間的距離應(yīng)滿足制造商要求。作為智能儀表，固體水分測量儀支持Modbus通信協(xié)議，現(xiàn)場傳感器和二次儀表均留有Modbus接口，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場傳感器和二次儀表之間的遠(yuǎn)距離通信。接線盒內(nèi)包含的安全裝置和終端電阻，通過屏蔽電纜連接二次儀表與傳感器。其中：2根電纜用于供電，另外2根電纜用于輸送信號。根據(jù)預(yù)干燥裝置的機(jī)柜室和現(xiàn)場距離較近的實(shí)際情況，二次儀表可以根據(jù)具體情況安裝在現(xiàn)場或機(jī)柜室。將二次儀表放在機(jī)柜室，測量信號從機(jī)柜室輸送至預(yù)干燥控制室。因此，可以在控制室或機(jī)柜室讀取儀表示數(shù)。

3應(yīng)用實(shí)例及日常維護(hù)

3.1應(yīng)用實(shí)例

3.1.1安裝

預(yù)干燥裝置共使用15臺固體水分測量儀，分別安裝在料倉、埋刮板輸送機(jī)、螺旋給料機(jī)和皮帶輸送機(jī)等處。固體水分測量儀是用于持續(xù)測量流動物料中的水分含量的智能微波測量儀，選擇一個(gè)正確的傳感器安裝位置是十分重要的。在分解各種設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)等方面情況的基礎(chǔ)上，需要工藝、儀表和設(shè)備3個(gè)專業(yè)共同協(xié)調(diào)，以確保儀表的測量精度。在料倉安裝測量儀時(shí)，由于褐煤一般沒有較大的煤塊，很少出現(xiàn)下料口物料聚集堵塞現(xiàn)象，因此選擇安裝在下料口。在埋刮板輸送機(jī)和螺旋給料機(jī)上安裝測量儀時(shí)，選擇安裝在煤粉輸送通道底部。但是無論是埋刮板輸送機(jī)，還是螺旋給料機(jī)，工作時(shí)埋刮板或螺旋片與通道的底部都有一定距離，因此底部的煤粉流通性相對較差，但是對于整個(gè)輸送機(jī)或給料機(jī)的輸送煤粉量來說，影響相對較小。測量皮帶輸送機(jī)的煤粉水分含量時(shí)，用鋼結(jié)構(gòu)作支撐，將傳感器安裝在皮帶上，既保證傳感器和煤粉接觸，又不使煤粉堵塞。因此要把握好傳感器的安裝距離和位置。同時(shí)，在傳感器的陶瓷表面上安裝一塊厚度不超過30 mm的塑料材料，以提高傳感器的耐磨性。

固體水分測量儀的二次儀表可以采用220 VAC電源或24 VDC電源，本裝置采用220 VAC電源類型對儀表進(jìn)行供電，以保證電源穩(wěn)定和儀表的正常工作，避免因電源故障引起裝置事故。設(shè)計(jì)時(shí)采用UPS不間斷電源，有效地提高了儀表工作的穩(wěn)定性。

自測量儀投入使用以來，其測量精度能夠達(dá)到要求，測量結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映煤粉水分含量。煤粉水分測量儀在預(yù)干燥裝置投入使用后，運(yùn)行情況良好，基本沒有出現(xiàn)過儀表故障，測量結(jié)果能夠真實(shí)反映煤粉的水分含量。起初，固體水分測量儀[5-8]出現(xiàn)過測量誤差大的情況。通過分析，認(rèn)為是傳感器的安裝位置所致。由于裝置內(nèi)的空間有限，難以選擇合理的現(xiàn)場傳感器安裝位置，改造后將測量儀安裝在下料機(jī)口處，使測量精度得到有效恢復(fù)。在選擇合理的安裝位置、煤粉均勻通過測量儀、避免煤粉堆積的基礎(chǔ)上，固體水分測量儀的測量精度能夠得到有效保證[9-10]。

3.1.2在聯(lián)鎖和過程控制中的應(yīng)用

在預(yù)干燥裝置中，安裝現(xiàn)場的固體水分測量儀輸出4～20 mA的模擬信號至預(yù)干燥裝置控制室，通過控制室內(nèi)的操作員站對煤粉的含水量進(jìn)行監(jiān)控。煤粉的水分值控制在10%～15%，水分值設(shè)置有高警值和高高聯(lián)鎖值。

在裝置運(yùn)行期間，當(dāng)固體水分測量儀檢測到水分值達(dá)到20%時(shí)，則觸發(fā)高警值，通過增加過熱蒸汽流量降低煤粉水分含量，同時(shí)降低干燥機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以增加煤粉通過干燥機(jī)的干燥時(shí)間，并減少干燥機(jī)給煤量，以增加煤粉干燥效果；當(dāng)固體水分測量儀檢測到水分過低時(shí)，則減小過熱蒸汽用量，同時(shí)提高干燥機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，增加干燥機(jī)煤粉供給量，有效提高煤粉水分含量。

在裝置開車時(shí)，當(dāng)固體水分測量儀檢測到水分值達(dá)到25%時(shí)，觸發(fā)高高聯(lián)鎖，煤倉的插板閥打開，事故煤粉自動排放出，由操作工將排出的煤粉運(yùn)出，同時(shí)增------------------------------------------------------------------------------------------------

加過熱蒸汽用量。

3.2日常維護(hù)

固體水分測量儀作為智能儀表所需的維護(hù)量相對較少，但預(yù)干燥裝置中的煤粉多，污染和腐蝕相對比較嚴(yán)重，也要注意平時(shí)維護(hù)，確保測量儀的正常運(yùn)行。平時(shí)要注意檢查保護(hù)管外的部分是否有機(jī)械損傷，經(jīng)常檢查電纜、保險(xiǎn)絲及儀表，防止出現(xiàn)電源中斷、電纜線斷裂、保險(xiǎn)絲熔化或儀器損壞導(dǎo)致測量系統(tǒng)不工作的情況，及時(shí)更換被損壞的部件。運(yùn)行一段時(shí)間后，要注意檢查傳感器的磨損，防止出現(xiàn)傳感器前后端銼磨導(dǎo)致的測量系統(tǒng)輸出值不準(zhǔn)確的情況。同時(shí)，為了使在線固體水分測量儀測量準(zhǔn)確，應(yīng)對其進(jìn)行定期校驗(yàn)。

4結(jié)束語

固體水分測量儀在預(yù)干燥裝置中的3年運(yùn)行實(shí)踐表明，該測量儀能夠成功完成各種粉塵、粉末、顆粒等物料的在線水分的監(jiān)控?；谖⒉ǖ墓腆w水分測量儀測量煤粉的含水量具有速度快、測量精度高等特點(diǎn)。使用經(jīng)驗(yàn)證明該測量儀具有抗磨特性、抗震和防水性能以及優(yōu)異的穩(wěn)定性，在煤粉水分測量中有一定的推廣價(jià)值。

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Application of the Tester for Moisture Content in Solid for Pre-drying Unit

蔡敢濤

(惠生工程(中國)有限公司，河南 鄭州450018)

摘要：在煤化工中，煤粉水分含量的測量十分重要。目前，煤粉水分測量以手動分析居多，而手動分析具有實(shí)時(shí)性差、操作過程不宜把握等缺點(diǎn)。對固體水分測量儀在預(yù)干燥裝置中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，通過分析固體水分測量儀的工作原理及其特點(diǎn)，介紹了固體水分測量儀在預(yù)干燥裝置中的應(yīng)用情況。研究表明，固體水分測量儀維護(hù)量低、測量精度高、反應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高，對預(yù)干燥裝置的應(yīng)用具有一定的推廣意義。

關(guān)鍵詞：煤化工煤粉水分固體水分測量儀預(yù)干燥裝置微波測量Modubs傳感器智能儀表測量精度

Abstract：The measurement of moisture content in coal powder is very important for coal chemical industry.At present,the measurement is mostly analyzed manually,so the real time performance is poor,and the operation procedure is difficult to ensure.The application of the tester for moisture content in solid for pre-drying unit is researched,through analyzing the working principle and features of the tester; the application situation of the tester is introduced.The research shows that the tester features low maintenance,high measurement accuracy,fast response speed and high stability and has certain promoting significance for in pre-drying unit.

Keywords:Coal chemical industryMoisture content in coal powderTester for moisture content in solidPre-drying unitMicro-wave measurementModbusSensorIntelligent instrumentMeasurement accuracy

中圖分類號：TH841;TP29

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201604020

修改稿收到日期：2015-05-29。

作者蔡敢濤(1981-)，男，2005年畢業(yè)于鄭州大學(xué)自動化專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，工程師；主要從事自動化儀表及控制系統(tǒng)方向的研究工作。