扭轉(zhuǎn)振蕩式黏度計的調(diào)校維護(hù)及故障處理

張 靜

(中國石化上海石油化工股份有限公司公用事業(yè)部，上海 200540)

扭轉(zhuǎn)振蕩式黏度計的調(diào)校維護(hù)及故障處理

張 靜

(中國石化上海石油化工股份有限公司公用事業(yè)部，上海 200540)

在聚酯切片連續(xù)生產(chǎn)過程中，黏度控制地好壞直接影響成品質(zhì)量，一旦發(fā)生黏度超標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量就會降等，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)扭轉(zhuǎn)振蕩式(TOV)黏度計原理，掌握正確調(diào)校、維護(hù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和方法，以實現(xiàn)快速判斷和處理TOV黏度計故障，確保特性黏度控制穩(wěn)定的目的。

扭轉(zhuǎn)振蕩式黏度計 調(diào)校 故障處理

在聚酯生產(chǎn)中,熔體黏度是一個十分重要的參數(shù),通常在熔體泵的出口安裝在線黏度計用于檢測，并與末端反應(yīng)釜真空控制回路組成串級回路實現(xiàn)控制。但是由于該扭轉(zhuǎn)振蕩式(TOV)黏度計結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)校步驟繁多，涉及聚酯行業(yè)操作經(jīng)驗數(shù)據(jù)，儀表維護(hù)人員難以掌握，發(fā)生故障后處理難度大。

1 TOV黏度計常見故障

由于TOV黏度計集成度較高，在日常運行維護(hù)中，無論卡板硬件故障或者調(diào)校不當(dāng)，都可能出現(xiàn)儀表故障現(xiàn)象，造成TOV黏度儀表計控制或指示異常[1]。TOV黏度計的一種常見故障是指示異常，表現(xiàn)為無指示或長時間維持異常偏高或偏低數(shù)值。這一現(xiàn)象的發(fā)生，較為普遍的原因是硬件故障，包括儀表線路、供電電源、信號輸入和輸出卡件及信號檢測部件故障等。而TOV黏度計另一種更普遍的故障表現(xiàn)為：黏度控制不穩(wěn)定、黏度指示不能正確反應(yīng)真實黏度變化趨勢，這種故障往往不易察覺，對裝置產(chǎn)品質(zhì)量影響最大。此種故障的發(fā)生，通常是對黏度計的調(diào)校及維護(hù)不到位、控制參數(shù)設(shè)置不恰當(dāng)所致。

2 TOV黏度計介紹

2.1 TOV黏度計的工作原理

TOV黏度計由帶法蘭的探頭(Probe)和轉(zhuǎn)換器(Transducer)兩大部分組成(見圖1)。探頭直接安裝在熔體管線上，球型的探頭浸在工藝介質(zhì)中，以其諧振頻率等幅振蕩，由轉(zhuǎn)換器供給探頭的電源以啟動并維持其等幅振蕩，工作原理如圖2所示。當(dāng)黏性介質(zhì)流過探頭時，由于介質(zhì)的黏性拖住探頭而使其振幅衰減，介質(zhì)黏度越高，拖力越大，為維持探頭等幅振蕩所需的電能越多。TOV轉(zhuǎn)換器能檢測到系統(tǒng)中補(bǔ)充電能的變化，并將它轉(zhuǎn)換成與介質(zhì)黏度成比例的4～20 mA直流信號至集散控制系統(tǒng)(DCS)參與控制[2]。

圖1 TOV黏度計接線

圖2 TOV探頭原理

2.2 TOV黏度計信號傳輸流程

(1)TOV黏度計的黏度信號檢測和傳輸?shù)倪^程為：由探頭檢測器、前置放大器、J11輸入卡、J17脈沖/驅(qū)動卡及驅(qū)動線圈組成一個反饋回路。當(dāng)介質(zhì)黏度增大時，探頭振蕩阻力增大，探頭檢測器檢測到信號將減弱，此信號經(jīng)前置放大器放大后送到J11卡輸入，在J11卡內(nèi)信號經(jīng)過校正并且轉(zhuǎn)換成放大的信號，然后與設(shè)定的電壓進(jìn)行比較，其偏差送到控制器，控制器輸出將增大，繼續(xù)送到J17卡，以生成一個新的增大的電流輸出去驅(qū)動線圈，以維持探頭等幅振蕩。由J11卡接收到的原始信號，同時也送到J13卡和J15卡用作調(diào)整。

(2)J15卡一方面輸出未補(bǔ)償黏度信號到J19卡，然后轉(zhuǎn)換成4～20 mA直流信號，另一方面輸出壓力補(bǔ)償信號。

(3)J13卡一方面接受來自探頭的溫度信號RTD，然后輸出溫度信號送到J19卡，并轉(zhuǎn)換成4～20 mA信號；另一方面把溫度補(bǔ)償后的黏度信號再綜合壓力補(bǔ)償，然后送到J21卡，并轉(zhuǎn)換成4～20 mA信號。

2.3 壓力補(bǔ)償對黏度測量的影響

TOV黏度計壓力補(bǔ)償范圍為-4.9～4.9 MPa，即由于熔體過濾器逐漸變臟，引起過濾器前壓力變化時，TOV黏度計也將補(bǔ)償其壓力變化對黏度測量的影響。當(dāng)壓力補(bǔ)償已不能夠完全消除壓力變化對黏度測量的影響，必須合理安排熔體過濾器切換，消除壓力變化引起的黏度測量誤差。

3 TOV黏度計的調(diào)校及維護(hù)

3.1 TOV黏度計的離線調(diào)校

3.1.1 TOV黏度計探頭安裝前檢測

安裝前檢測的主要內(nèi)容為：探頭開箱后，儀表安裝人員應(yīng)核對卡件是否完整，包括任選卡件；將TOV黏度計探頭置于專用工作臺上，特別注意保護(hù)探頭；確保電源開關(guān)關(guān)閉；置轉(zhuǎn)換器面板上“Comp.,Visc Course Zero”置于P3位置(黏度計零位粗調(diào)位對聚酯產(chǎn)品而言就是P3，只有改產(chǎn)品時才調(diào))；對照探頭啟動表，檢查各卡件電位器及跨接線的設(shè)置是否正常；檢查探頭與轉(zhuǎn)換器之間的連線,轉(zhuǎn)換器與DCS連線可暫不接，壓力變送器連線也可暫不接；設(shè)定J11卡/電位器P0的阻值為300 Ω，調(diào)J11卡電位器P3，使J11卡TP7電壓為0 V(調(diào)平衡)；檢查J11卡的TP4電壓是否在-5～7.5 V的正常工作電壓范圍(如不在此范圍內(nèi)則檢查接頭與轉(zhuǎn)換器之間接線，特別是驅(qū)動線圈F、G、H是否接反)。以上各項確認(rèn)完好后，可初步確認(rèn)探頭完好、動作正常。

3.1.2 TOV黏度探頭安裝后檢測

當(dāng)探頭已裝到工藝管線上，探頭到轉(zhuǎn)換器的接線已完成，電源線已接入，轉(zhuǎn)換器到DCS的連線也已完成，工藝介質(zhì)尚未引入管線，這時儀表安裝人員需進(jìn)行再一次檢查。安裝后檢測的主要內(nèi)容為：檢查設(shè)定J11卡P0電位器阻值為300 Ω，調(diào)正J11卡P3電位器，使J11卡TP7電壓為0 V；檢查J11卡TP4的電壓在-5～7.5 V的正常工作電壓范圍；觀察J17卡上發(fā)光二極管(LED)燈,當(dāng)探頭在空氣中時，呈暗紅色；檢查設(shè)定J13卡SPAN電位器到7(對聚酯產(chǎn)品而言，經(jīng)驗值是7，改變SPAN就是改變增益，減少SPAN意味著增大增益，增大SPAN意味著減少增益)；按J13卡上“Temp.Comp.Set Point”按鈕1 s，然后松開，此時J13卡TP2的電壓為0 V，說明溫度補(bǔ)償工作正常。

采用SPSS11.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析,計量資料以(±s)描述,采用兩獨立樣本t檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

通過以上檢測，說明探頭和轉(zhuǎn)換器之間連線正確，探頭動作正常，有關(guān)電位器設(shè)定只是開始，在今后在線調(diào)整時可以再做調(diào)整。

3.2 TOV黏度計的在線調(diào)校

探頭已裝在管線上，所有接線均已完成，探頭檢查完畢，溫度調(diào)整完成后，此時工藝流程已打通、黏度穩(wěn)定、達(dá)到正常操作溫度，可以進(jìn)行TOV黏度計在線校準(zhǔn)。在線調(diào)校的好壞直接決定黏度計在線控制效果的優(yōu)劣，調(diào)校要點包括以下幾方面。

3.2.1 TOV黏度計的開機(jī)檢測

黏度計開機(jī)主要檢查以下幾方面：通過J13卡P3電位器(調(diào)平衡)，調(diào)節(jié)J11卡TP7電壓為0 V；調(diào)節(jié)J17卡TP 11電壓為2～3 V，通過調(diào)J11卡P0(調(diào)靈敏度)，也可用示波器查看J11上TP1和TP 12波形，其正弦波清晰，說明此時靈敏度適中；檢查J13卡SPAN為7(系經(jīng)驗值,也作為初始值)；檢查J13卡的T/V為8(系經(jīng)驗值,也作為初始值)。

3.2.2 溫度補(bǔ)償調(diào)整

當(dāng)熔體溫度發(fā)生變化后，黏度計的輸出值應(yīng)及時反映溫度黏度的變化，出現(xiàn)黏度變化滯后時調(diào)整J17卡上電位器P2，使黏度計輸出反應(yīng)及時，直到溫度與黏度變化吻合為止。黏度計J13卡上T/V電位器是用于調(diào)整溫度補(bǔ)償?shù)?，T/V電位器的初始值為8。當(dāng)熔體溫度發(fā)生變化時，若沒有溫度補(bǔ)償，DCS上黏度示值就會降低，此時需要通過調(diào)整J13卡上T/V電位器，使黏度計示值返回到基準(zhǔn)測量溫度下的水平。

3.2.3 壓力補(bǔ)償調(diào)整

當(dāng)熔體過濾器干凈時，熔體過濾器入口壓力最低，此時須做壓力補(bǔ)償調(diào)整：調(diào)節(jié)TOV設(shè)定值時，應(yīng)確保TOV處在就地控制；將電源調(diào)節(jié)開關(guān)(DVM)上電壓選擇開關(guān)切換(型號為TOVM1.0)或選擇(型號為TOVM2.0)到2～10 V。設(shè)定J15卡電位器P2的值為5(此值為經(jīng)驗值)；調(diào)節(jié)J15卡P1電位器(平衡壓力補(bǔ)償電路)，使TP4的電壓值為0 V。

當(dāng)熔體過濾器臟時，入口壓力升高，DCS上黏度示值逐漸下降，調(diào)節(jié)J15卡P2電位器(朝增大方向)，直至壓力補(bǔ)償后的黏度回到原來的值。一旦壓力改變，須再次完成上述步驟，以在新的運行壓力下重新平衡補(bǔ)償電路。

3.2.4 TOV黏度計的維護(hù)

裝置停車時，需及時關(guān)掉TOV電源，再次開車后，待聚合物完全熔化2～3 h后，才能將TOV電源接通。TOV黏度計探頭置于管道腔體內(nèi)直接與熔體物料接觸，若管道內(nèi)熔體沒有排空，熔體冷卻后凝固，而TOV探頭仍在振蕩，儀表電路仍企圖維持其等幅振蕩，這時就容易損壞探頭。

在TOV黏度計運行時，不能調(diào)J11卡上P0電位器，否則將引起黏度示值的漂移，并且改變探頭的靈敏度。對聚酯工藝而言，黏度計調(diào)整增益的J13卡SPAN電位器，其經(jīng)驗值為7；溫度補(bǔ)償調(diào)整電位器J13-T/V為0.5；壓力補(bǔ)償調(diào)整J15卡P2電位器為5，J15卡P4電位器為7；當(dāng)操作溫度偏離原先的正常值比較多時，或進(jìn)行產(chǎn)品品種調(diào)整時，TOV黏度計指示值會發(fā)生漂移，需要按一下J13卡上“Temp.comp.set point#”按鈕，該按鈕可將溫度偏移補(bǔ)償?shù)綐?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時的溫度，然后微調(diào)J20卡P3電位器，使DCS示值為50%。

3.3 TOV黏度計的生產(chǎn)應(yīng)用

流程聚酯切片生產(chǎn)線選用了美國MANSCO公司TOV黏度計，TOV黏度計與終聚反應(yīng)釜真空系統(tǒng)組成串級回路，真空系統(tǒng)1%的變化就會造成黏度讀取值1%的變化(見圖3)。該裝置溫度為281～290 ℃，真空度為100～300 Pa，反應(yīng)釜出口液位120～300 mm，產(chǎn)量為14.1 t/h，黏度控制指標(biāo)為0.680 dL/g。

圖3 TOV黏度計控制原理

從圖3可以看出：現(xiàn)場黏度計將黏度信號輸送到TOV轉(zhuǎn)換器，通過轉(zhuǎn)換器將補(bǔ)償后的黏度測量信號送到DCS系統(tǒng)，在DCS系統(tǒng)內(nèi)部與終聚釜真空壓力控制組態(tài)為串級控制[3]。現(xiàn)場檢測黏度發(fā)生變化時，通過調(diào)節(jié)真空調(diào)節(jié)閥改變反應(yīng)釜真空壓力，保持黏度控制穩(wěn)定，如圖4所示。

圖4 TOV黏度計控制回路

4 TOV黏度計故障分析及處理

4.1 TOV黏度計指示異常

(1)故障分析

發(fā)生異常的黏度計現(xiàn)場使用已近20年，經(jīng)檢查一次表探針頭無振動，二次表電源供電正常，J11信號輸入線路板上的電壓為14 V，信號屬于異常飽和狀態(tài)?？赡艿脑驗椋簻y量探頭或振蕩線圈故障；線圈與銜鐵之間的間隙距離不當(dāng)，造成信號輸入異常。

(2)故障處理

黏度計切到就地控制，斷開電源，用萬用表測振蕩線圈及測量線圈阻值，驅(qū)動線圈標(biāo)準(zhǔn)阻值約為4.4 Ω，測量線圈阻值為0.7～1 kΩ。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)有一組驅(qū)動線圈開路，打開TOV探頭發(fā)現(xiàn)振蕩線圈耐高溫線脫落，重新剝開高溫線外絕緣層，采用噴燈銀焊后驅(qū)動線圈正常，通上電源調(diào)試各管腳電壓后，投入正常使用。

4.2 TOV黏度計指示異常漂移

(1)故障分析

該條生產(chǎn)線安裝有A、B兩臺黏度計，一用一備，出現(xiàn)此故障現(xiàn)象時化驗室黏度分析值穩(wěn)定，而一臺黏度計測量趨勢變化也較穩(wěn)定，故判斷發(fā)生異常漂移的黏度計指示出現(xiàn)了故障。根據(jù)黏度計工作原理判斷，該黏度計故障原因主要有線路松動或接觸不良；黏度計內(nèi)部線路存在干擾信號；溫度或壓力補(bǔ)償參數(shù)不符合當(dāng)前工況。

(2)故障處理

黏度計切到就地控制，斷開電源，首先檢查黏度計所有回路的接線部分，對所有信號電纜的絕緣檢查、接線端子緊固、線路板的接插件檢查緊固。線路確認(rèn)后，該故障現(xiàn)象未消除，排除了線路故障的情況。此外，通過降低預(yù)放大器靈敏度和增加黏度測量回路處理時間常數(shù)，以提高回路抗干擾能力。具體方法如下：先調(diào)整J13線路板上的P5旋鈕，順時針調(diào)整180度從而增加黏度測量回路處理時間常數(shù)；再調(diào)整J15線路板上的P2旋鈕從10K調(diào)到1K，減少壓力的補(bǔ)償，調(diào)整好后黏度計指示回歸正常曲線指示。

5 結(jié)語

TOV黏度計在國內(nèi)聚酯生產(chǎn)裝置中使用廣泛，該儀表設(shè)備具有集成度較高、安裝方便、使用簡單、故障率低等優(yōu)點，但是日常維護(hù)及故障處理難度較大，對儀表維護(hù)檢修人員要求較高，需要熟練掌握該儀表結(jié)構(gòu)和控制原理，不斷豐富現(xiàn)場維護(hù)和故障處理經(jīng)驗，確保黏度計可靠運行，保證聚酯產(chǎn)品質(zhì)量。

[1] 高驥，邱慧玲.TOV黏度計的應(yīng)用[J].聚酯工業(yè)，2004(5)：14-17.

[2] 王淑紅，莊侃，郭強(qiáng).振動式在線黏度計在合成橡膠生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2005(4)：62-64.

[3] 章新友，周旭清，章青.黏度計測量原理分析與改進(jìn)[J].大學(xué)物理，2007，26(2)：35-38.

Calibration and Maintenance of TOV Viscometer

Zhang Jing

(PublicUtilitiesDepartment,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

IIn the process of continuous production of polyester chips,the viscosity control has a direct impact on the quality of finished products.If the viscosity exceeds standards,the product quality will be degraded,resulting in serious economic loss.This paper introduces the experience data and methods in correct adjustment and maintenance of viscometer based on the principle of viscometer,so as to to achieve rapid judgment and treatment of viscometer failure,and ensure the stability of the intrinsic viscosity control.

TOV viscometer,calibration,fault handling

2017-03-20。

張靜，男，1982年出生，2006年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，工程師，長期從事儀表管理工作。

1674-1099 (2017)03-0047-04

TH836

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