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密闭电石炉加料仓料位测量方式的比较及优化
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密闭电石炉加料仓料位测量方式的比较及优化

时间:2017-11-20

 摘 要:通过对电石企业环形加料机底下料仓的料位检测方式:γ 射线料位开关、射频导纳料位开关、阻旋料位计、重锤料位计、雷达料位计及微波开关等的使用优缺点进行比较,指出了采用改进安装方式的微波开关是目前非常好的测量方式,值得在电石行业推广使用。4pX压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

 
前言
        密闭电石炉环型加料机下的料仓料位测量是困扰行业的一大难题。密闭电石炉一般采用 γ 射线料位开关。一台电石炉一般有 12 个料仓,每个料仓都要安装料位检测仪表,且一个料仓至少安装两台,所以一台电石炉至少安装 24 台 γ 射线料位开关。一般的电石厂至少有三台电石炉,这种料位测量的仪表数量是惊人的。随着国家对放射性物质的管制加强,γ 射线料位计在审批、使用、维护及回收等环节极为繁琐,且存在不安全因素,工业应用已经逐渐减少和淘汰。通过实际测试和应用,采用改进安装方式的微波开关在原先安装 γ射线料位计位置实现替代,取得了满意的效果。
 
1 目前国内使用该料位计的测量方式
1.1 γ 射线料位开关
        其工作原理是在料库的一侧设置同位素源,在另一侧设置探测器,同位素源向探测器定向发射 γ射线,若库内料面低于它,探测器检测得出料空信号;若库内料面高于它,则物料遮挡、吸取 γ 射线,探测器检测得出料满信号。其特点是运维工作量小,操作简单,但存在 γ 射线料位计放射源污染环境,长时间使用后放射源的衰减使料位控制不可靠,废源需要专业部门回收且支付巨额费用等不足。我国刚引进国外电石炉时基本上都是这种测量方式。
 
1.2 射频导纳料位开关
        射频导纳料位开关发射一定的高频无线电波作用于探头上,以此分析和确定容器内物位的变化。其对所探材料的不同,无线电波的频率也随之改变。其探头和容器壁构成了一个间距固定的电容两级,探头的绝缘材料和周围的空气提供绝缘介质。空气被其他介质所取代时,探头与容器壁所构成的电容量将改变,引起作用于射频导纳开关探头的无线电波的变化。此测量方式在行业上使用较多。但存在的问题有:①射频导纳元件温度虽然有高温型的(耐温非常高可达 600 ℃),但其测量元件容易被块料碰坏;②低位料层发生燃烧时,高温状态下介电常数变化很大,料位计不能正常工作。
 
1.3 阻旋料位计
        主要原理是采用机电位控原理接触测量料位。料仓内叶片部位无料时,料位计通电,调试指示灯亮,叶片逆时针旋转;料仓内叶片部位有料时,叶片旋转受阻,控制开关信号输出。优点是比较简单,价格低。缺点是:①接触物料的探杆为弹性软轴 (曲变钢索),经常处于弯曲状态,久之会无法复位。②料仓料位处于限位的时间相对较少,料位计电动机大部分时间处于运转状态,影响使用寿命;且电动机发生故障时可能会发热,给料仓安全造成影响 [5] 。③下料时的粉尘可能使旋转机构卡住而引发误报或损坏。④在料层发生燃烧时会损坏测量仪表。因其故障率较高,已经逐渐淘汰。
 
1.4 重锤料位计
        其对料仓的连续料位检测有比较好的效果,比较适用于粉料测量。但在电石料仓中测量时其钢带及伺服电机等容易出故障,下料时重锤可能被埋住,而且价格相对昂贵,维护量较大。测量周期也不太容易确定。某集团新疆企业在石灰石旋转料仓使用测量时常出现电动机故障。
 
1.5 雷达料位计
        其通过检测雷达回波测量料位。由于料仓直径一般为 1.5~3 m,料仓内结构复杂,有中心料管,工况时有大量粉尘和进出料,容易受到干扰回波的影响,宜采用导波雷达,且安装在料仓边。某集团新疆分企业采用这种形式来测量,前期无法使用,切除中心料管漏斗部分边沿,增加立管和反吹装置后勉强能用,有时仍然波动较大。反吹需要消耗大量的空气或氮气,如果空气带水,入炉将会影响生产,甚至会因氢高引起安全事故。带立管及反吹雷达粒位计如图 1 所示。
雷达料位计(带立管及反吹)
1.6 微波料位开关
        微波能量束从发送器传送到单好的接收器。如果从发送器到接收器之间的传输路径被任何吸取或者反射微波能量的物体或者材料阻挡,则接收器将无法检测到微波能量信号。智能开关根据信号在接收器端的出现或者消失来控制继电器,以实现指示或者控制目的,见图 2、图 3。其测量方式与 γ 射线料位开关的工作原理相似,属于非接触式测量方法。不同的是,微波开关用的是微波能量束,不存在放射性同位素的问题。
非常初的微波料位开关安装方式
微波开关具有宽的波束方向特性,易于定向。测量范围宽,非常小可达 0.3 m,非常大范围可以达到260 m。相对价格也比较便宜。
微波料位开关在料仓中的安装位置,需要避开仓内固体构件
2 微波料位开关的测量方式优化
        由于电石加料仓产生高温的可能性比较大,导致仪表的损害概率增加,如果没有很好地处理,仪表将无法正常使用。山东某电石企业在采用微波开关测量初期,由于贴近仓壁安装,在电石生产不正常时,料仓温度很高,导致一百多台仪表无法正常工作,甚至烧毁。后来某集团内蒙分企业也采用这种安装方式,还延长了安装法兰 [9] ,但也发生了同样的问题,仪表波动大,无法工作,也有几台仪表烧毁。
 
        针对这种情况通过改进安装方式来解决散热的问题,设计了一个简易的降温支架:即用四颗较长的双头螺栓再加一块安装板将微波开关的发射器和接收器延伸至料仓壁外一定的距离,进行调试后就可以正常工作了,如图 4 所示
自行制作的简易安装支架
        该安装方式非常大的特点是仪表与料仓及其附件不直接接触,当料仓温度异常升高时,热气可以直接排空而不烫伤仪表,在发生火灾时螺栓可以烧脱,仪表受损的机率减少,同时不存在同位素仪表的安全问题。在双头螺栓的外边缘缠几道铁丝网,可以防止外部固体偶尔进入发射器或接收器的干扰。该降温支架可自行制作,成本低。缺点是安装精度不易调准,调试的难度比较大,时间较长。后期与生产厂家设计了一个延长型的带散热孔的安装支架,如图 5 所示,仪表的安装更加简单和方便,同时可以防止外来因素(固体物件进入测量通道)的干扰而导致误动作。采用这种安装方式的微波开关已经大量用于某集团青海和新疆的分企业,仪表运行稳定可靠,起到了保障安全生产的作用。
厂家定制的安装支架安装方式
3 结语
        通过对比在类似块料及粉料,特别是同时可能出现高温情况下的料位实际测量情况,γ 射线料位开关、射频导纳料位开关、阻旋料位计、重锤料位计、雷达料位计的优缺点。改进安装方式的微波开关是目前非常可靠和经济、方便的一种料位测量方式,值得借鉴和推广。
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