基于活性焦脫硫工程的料位儀表選型

吳紅鋒，張肖漢

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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?，上海201203)

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(cè)固體顆粒介質(zhì)料位的常見(jiàn)儀表，對(duì)比、分析其工作原理、產(chǎn)品特點(diǎn)、安裝要求及在物料循環(huán)輸送過(guò)程中活性焦對(duì)料位儀表的影響，針對(duì)不同情況比選出了適合應(yīng)用于活性焦脫硫裝置的高性?xún)r(jià)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(jì)；活性焦；脫硫

0引言

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)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(shì)從眾多脫硫技術(shù)中脫穎而出，在市場(chǎng)中占有越來(lái)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(gè)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(gè)料倉(cāng)料位測(cè)量的準(zhǔn)確性，可以說(shuō)，料位儀表的準(zhǔn)確測(cè)量是整個(gè)脫硫系統(tǒng)正常投運(yùn)的關(guān)鍵，裝置內(nèi)料位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(xiàng)目中的實(shí)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(kāi)關(guān)及雷達(dá)料位計(jì)進(jìn)行對(duì)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?huì)在物理吸附、化學(xué)再生及物料循環(huán)過(guò)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(duì)料倉(cāng)本體和料位測(cè)量?jī)x表黏附嚴(yán)重，造成常規(guī)方法無(wú)法測(cè)量料位或誤報(bào)。不同種類(lèi)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(kāi)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(kāi)關(guān)，這2種料位開(kāi)關(guān)既可水平安裝在料倉(cāng)側(cè)壁上，也可垂直安裝在料倉(cāng)頂部。阻旋式和阻移式料位開(kāi)關(guān)都屬于機(jī)械式開(kāi)關(guān)，是帶微電機(jī)的機(jī)電式儀表。其工作原理為：通過(guò)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)桿末端的檢測(cè)板轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)物料覆蓋并阻止檢測(cè)板轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出觸點(diǎn)報(bào)警信號(hào)，同時(shí)切斷電機(jī)電源；當(dāng)料位下降時(shí)，檢測(cè)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(diǎn)報(bào)警信號(hào)，電機(jī)回路接通，檢測(cè)板繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)[2]。阻旋式和阻移式料位開(kāi)關(guān)的測(cè)量只與實(shí)際料位的高低有關(guān)，不受介質(zhì)本身參數(shù)、倉(cāng)內(nèi)檢測(cè)環(huán)境、噪聲及電磁干擾的影響，加上其價(jià)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(xiàng)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(kāi)關(guān)，但使用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)其準(zhǔn)確率越來(lái)越低，經(jīng)常出現(xiàn)檢測(cè)板卡死、電機(jī)燒毀、儀表?yè)p壞的情況。經(jīng)過(guò)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(jì)頻繁周期性動(dòng)作，容易燒壞電機(jī)。另外，料層一般不會(huì)低于低料位，所以低料位計(jì)電機(jī)長(zhǎng)期不動(dòng)作，彈簧一直處于拉伸狀態(tài)，也容易出現(xiàn)料位開(kāi)關(guān)卡死的情況。

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，建議側(cè)裝時(shí)采用阻移式料位開(kāi)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(kāi)，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(gè)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(zhǎng)了料位開(kāi)關(guān)的使用壽命。采用頂裝方式時(shí)，因不能安裝保護(hù)套管，建議采用阻旋式料位開(kāi)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(kāi)關(guān)

電容式料位開(kāi)關(guān)因測(cè)量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、性能可靠、測(cè)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(kāi)關(guān)的探頭(感應(yīng)極)與倉(cāng)壁(接地電極)作為電容器的2個(gè)極板，當(dāng)電容器的2個(gè)極板間的介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，其電容值也會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)這一變化值達(dá)到料位開(kāi)關(guān)的設(shè)定值時(shí)，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

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圖1　阻移式料位開(kāi)關(guān)安裝示意

換開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出，反映出被測(cè)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(kāi)關(guān)。從使用經(jīng)驗(yàn)看，由于活性焦在脫硫過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)粉化，活性焦粉具有黏附性，會(huì)黏附在探頭上，形成掛料，造成虛假料位，使料位開(kāi)關(guān)產(chǎn)生誤動(dòng)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(cè)量中不建議使用電容式料位開(kāi)關(guān)。

射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)是一種從電容式料位開(kāi)關(guān)發(fā)展起來(lái)的料位控制技術(shù)，與電容式料位開(kāi)關(guān)最重要的區(qū)別在于測(cè)量具有多樣化和采用了三電極技術(shù)。射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)測(cè)量的多樣化在于不僅測(cè)量介質(zhì)的電容量，還測(cè)量電阻和電感量，使測(cè)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(cè)量電極和地極之間加入了屏蔽電極，將測(cè)量電極保護(hù)起來(lái)，不受掛料影響。射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)的中心探桿與屏蔽層之間沒(méi)有電勢(shì)差，即使傳感器上有掛料，由于阻抗較小，也不會(huì)有電流流過(guò)，電子單元測(cè)量的是從傳感器中心到對(duì)面罐壁(地極)的電流，因?yàn)槠帘螌幽茏璧K電流沿傳感器返回容器壁，因此對(duì)地電流只能經(jīng)傳感器未端通過(guò)被測(cè)物料到對(duì)面容器壁。雖然屏蔽層與容器壁之間存在電勢(shì)差，兩者之間有電流流過(guò)，但該電流不被測(cè)量，不影響測(cè)量結(jié)果，這樣就將測(cè)量端保護(hù)起來(lái)，不受掛料的影響。只有容器中的物料確實(shí)上升接觸到中心探桿時(shí)，通過(guò)被測(cè)物料，中心探桿與地之間才能形成被測(cè)電流，儀表檢測(cè)到該電流，產(chǎn)生有效輸出信號(hào)。

圖2　射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)傳感器結(jié)構(gòu)

由于射頻導(dǎo)納料位開(kāi)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(wàn)m3/h活性焦干法煙氣綜合治理項(xiàng)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(guó)產(chǎn)品牌的射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)，并在活性焦脫硫裝置的料位測(cè)量中取得了良好效果，測(cè)量準(zhǔn)確，基本無(wú)誤動(dòng)作。但在安裝時(shí)需注意傳感元件的金屬管屏蔽段一定要伸出倉(cāng)壁最小50 mm，并遠(yuǎn)離下料口，若下料口在較窄的料倉(cāng)中間頂部時(shí)，最好傾斜安裝，安裝角度推薦15°～20°。

1.3振棒式料位開(kāi)關(guān)

振棒式料位開(kāi)關(guān)運(yùn)用音叉式料位開(kāi)關(guān)的共振原理，振動(dòng)管和內(nèi)置的振動(dòng)棒構(gòu)成共振探頭，在壓電元件的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)料位高時(shí)，探桿周?chē)晃锪习鼑?，振?dòng)幅度急劇減少，輸出觸點(diǎn)報(bào)警信號(hào)；當(dāng)料位低時(shí)，探頭包圍物料得到釋放，探頭開(kāi)始振動(dòng)，輸出相反的觸點(diǎn)報(bào)警信號(hào)。

振棒式料位開(kāi)關(guān)采用圓柱形單根探測(cè)桿結(jié)構(gòu)，這決定了它具有不怕掛料、不怕沖擊的優(yōu)點(diǎn)，且與傳統(tǒng)的音叉式料位開(kāi)關(guān)相比沒(méi)有夾料問(wèn)題，靈敏度更高，使其在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)關(guān)采用了深圳計(jì)為自動(dòng)化技術(shù)有限公司生產(chǎn)的Tube-11系列振棒式料位開(kāi)關(guān)，測(cè)量準(zhǔn)確、無(wú)誤報(bào)。

1.4雷達(dá)料位計(jì)

雷達(dá)料位計(jì)是利用電磁波的特殊性能，基于時(shí)間行程原理進(jìn)行測(cè)量的高精度儀表[3]。雷達(dá)料位計(jì)相對(duì)于料位開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)價(jià)格較高，但其具有測(cè)量連續(xù)性、精度高、維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)。從料面不規(guī)則、物料有黏附性、存在粉塵及性?xún)r(jià)比等方面綜合考慮，上?？肆颦h(huán)保科技股份有限公司在前期工程項(xiàng)目中選擇采用其他料位開(kāi)關(guān)，在琿春項(xiàng)目中首次嘗試在再生塔料位測(cè)量中采用雷達(dá)料位計(jì)，選用的是西門(mén)子公司生產(chǎn)的SITRANS LR560型雷達(dá)料位計(jì)，它作為第1款78 GHz頻率的雷達(dá)料位計(jì)，發(fā)射的短波長(zhǎng)電磁波可以從固體物料處獲得異常良好的信號(hào)反射，并且它發(fā)射的4°窄波束可以避免料倉(cāng)壁上的阻礙物和其他裝置的干擾，是一種可以安裝在料倉(cāng)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(jì)，其支持可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)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(shí)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(duì)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(duì)測(cè)量的影響。

通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行證明，西門(mén)子LR560型雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量效果良好，適用于活性焦脫硫裝置的料位測(cè)量。且雷達(dá)料位計(jì)可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，輸出4～20 mA模擬量信號(hào)到分散控制系統(tǒng)(DCS)，并在監(jiān)控畫(huà)面上顯示實(shí)時(shí)數(shù)值，方便操作人員實(shí)時(shí)了解再生塔內(nèi)料位的實(shí)際情況，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況隨時(shí)調(diào)整參與物料循環(huán)系統(tǒng)的自動(dòng)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(shí)際工況進(jìn)行篩選，以365 d為測(cè)試周期，對(duì)上述料位儀表的應(yīng)用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其比較見(jiàn)表1。

表1　料位儀表應(yīng)用情況對(duì)比

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在活性焦脫硫工程中，測(cè)量活性焦料位時(shí)建議采用射頻導(dǎo)納式或振棒式料位儀，并可采用國(guó)產(chǎn)品牌，性?xún)r(jià)比高。而在測(cè)量再生塔料位時(shí)，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(cè)量的雷達(dá)料位計(jì)。

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(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(lèi)號(hào)：X 701.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1951(2016)04-0058-03

作者簡(jiǎn)介：

吳紅鋒(1977—)，男，江蘇泰興人，工程師，注冊(cè)一級(jí)建造師，從事儀表設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試及項(xiàng)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(jì)方面的工作。