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 蔡敢濤

 （惠生工程（中國(guó)）有限公司，河南鄭州450018）

摘要：在煤化工中，煤粉水分含量的測(cè)量十分重要。目前，煤粉水分測(cè)量以手動(dòng)分析居多，而手動(dòng)分析具有實(shí)時(shí)性差、操作過(guò)程不宜把握等缺點(diǎn)。對(duì)固體水分測(cè)量?jī)x在預(yù)干燥裝置中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，通過(guò)分析固體水分測(cè)量?jī)x的工作原理及其特點(diǎn)，介紹了固體水分測(cè)量?jī)x在預(yù)干燥裝置中的應(yīng)用情況。研究表明，固體水分測(cè)量?jī)x維護(hù)量低、測(cè)量精度高、反應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高，對(duì)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(cè)量?jī)x預(yù)干燥裝置微波測(cè)量Modubs傳感器智能儀表測(cè)量精度 中圖分類(lèi)號(hào)：TH841；TP29  DOI:10. 16086/j. cnki．issnl000 - 0380. 201604020

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(huì)導(dǎo)致輸送困難、進(jìn)料不暢，容易造成堵料，致使裝置開(kāi)開(kāi)停停，經(jīng)濟(jì)損失加大，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)安全事故；水分含量過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致褐煤煤粉泄漏，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生煤粉燃燒的現(xiàn)象。嚴(yán)格把握褐煤的水分含量對(duì)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(cè)煤粉水分含量是安全生產(chǎn)的必要前提。

1存在問(wèn)題

 傳統(tǒng)的煤粉水分分析是采用手動(dòng)分析，通過(guò)加熱失重法來(lái)測(cè)量水分含量。這種做法的缺點(diǎn)是分析周期長(zhǎng)，不能及時(shí)反映煤粉水分含量；加熱過(guò)程不宜把握，容易造成煤粉中的烴類(lèi)氣化，造成測(cè)量不準(zhǔn)；手動(dòng)分析很大程度上依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)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(xiàn)固體水分測(cè)量?jī)x，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤粉水分含量。該測(cè)量?jī)x具有抗磨、抗振和防水特性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布置情況，合理選擇測(cè)量?jī)x的安裝位置，注意日常維護(hù)。工程應(yīng)用表明，測(cè)量?jī)x能夠正確地反映煤粉的水分含量。

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(cè)量?jī)x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(cè)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(dòng)的物料，所以所有的物理性水分都能被測(cè)定。微波水分儀的微波發(fā)射源發(fā)射出微波后，透過(guò)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(cè)量?jī)x保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，使測(cè)量結(jié)果不受物料表面結(jié)構(gòu)的影響。

 水分測(cè)量?jī)x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。

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(zhǎng)的微波，微波在諧振腔中產(chǎn)生至少兩個(gè)平行和相對(duì)的內(nèi)表面。該內(nèi)表面被一個(gè)與波長(zhǎng)成正比的距離所分開(kāi)，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(cè)量?jī)x的傳感器帶有微波吸收器，根據(jù)測(cè)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(cè)量?jī)x的一套完整測(cè)量單元由傳感器、接線(xiàn)盒和二次儀表3部分組成，如圖2所示。

 接線(xiàn)盒用于連接傳感器和二次儀表，兩者之間的距離應(yīng)滿(mǎn)足制造商要求。作為智能儀表，固體水分測(cè)量?jī)x支持Modbus通信協(xié)議，現(xiàn)場(chǎng)傳感器和二次儀表均留有Modbus接口，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)傳感器和二次儀表之間的遠(yuǎn)距離通信。接線(xiàn)盒內(nèi)包含的安全裝置和終端電阻，通

過(guò)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(hào)。根據(jù)預(yù)干燥裝置的機(jī)柜室和現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)或機(jī)柜室。將二次儀表放在機(jī)柜室，測(cè)量信號(hào)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(tái)固體水分測(cè)量?jī)x，分別安裝在料倉(cāng)、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(cè)量?jī)x是用于持續(xù)測(cè)量流動(dòng)物料中的水分含量的智能微波測(cè)量?jī)x，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(zhuān)業(yè)共同協(xié)調(diào)，以確保儀表的測(cè)量精度。在料倉(cāng)安裝測(cè)量?jī)x時(shí)，由于褐煤一般沒(méi)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(cè)量?jī)x時(shí)，選擇安裝在煤粉輸送通道底部。但是無(wú)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(duì)較差，但是對(duì)于整個(gè)輸送機(jī)或給料機(jī)的輸送煤粉量來(lái)說(shuō)，影響相對(duì)較小。測(cè)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(guò)30 mm的塑料材料，以提高傳感器的耐磨性。

 固體水分測(cè)量?jī)x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(lèi)型對(duì)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(cè)量?jī)x投入使用以來(lái)，其測(cè)量精度能夠達(dá)到要求，測(cè)量結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映煤粉水分含量。煤粉水分測(cè)量?jī)x在預(yù)干燥裝置投入使用后，運(yùn)行情況良好，基本沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)儀表故障，測(cè)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(cè)量?jī)x出現(xiàn)過(guò)測(cè)量誤差大的情況。通過(guò)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(chǎng)傳感器安裝位置，改造后將測(cè)量?jī)x安裝在下料機(jī)口處，使測(cè)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(guò)測(cè)量?jī)x、避免煤粉堆積的基礎(chǔ)上，固體水分測(cè)量?jī)x的測(cè)量精度能夠得到有效保證。

3.1.2在聯(lián)鎖和過(guò)程控制中的應(yīng)用

 在預(yù)干燥裝置中，安裝現(xiàn)場(chǎng)的固體水分測(cè)量?jī)x輸出4～20 m A的模擬信號(hào)至預(yù)干燥裝置控制室，通過(guò)控制室內(nèi)的操作員站對(duì)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(cè)量?jī)x檢測(cè)到水分值達(dá)到20%時(shí)，則觸發(fā)高警值，通過(guò)增加過(guò)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(guò)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(cè)量?jī)x檢測(cè)到水分過(guò)低時(shí)，則減小過(guò)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(kāi)車(chē)時(shí)，當(dāng)固體水分測(cè)量?jī)x檢測(cè)到水分值達(dá)到25%時(shí)，觸發(fā)高高聯(lián)鎖，煤倉(cāng)的插板閥打開(kāi)，事故煤粉自動(dòng)排放出，由操作工將排出的煤粉運(yùn)出，同時(shí)增加過(guò)熱蒸汽用量。

3.2日常維護(hù)

 固體水分測(cè)量?jī)x作為智能儀表所需的維護(hù)量相對(duì)較少，但預(yù)干燥裝置中的煤粉多，污染和腐蝕相對(duì)比較嚴(yán)重，也要注意平時(shí)維護(hù)，確保測(cè)量?jī)x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(xiàn)斷裂、保險(xiǎn)絲熔化或儀器損壞導(dǎo)致測(cè)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(cè)量系統(tǒng)輸出值不準(zhǔn)確的情況。同時(shí)，為了使在線(xiàn)固體水分測(cè)量?jī)x測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行定期校驗(yàn)。

4結(jié)束語(yǔ)

 固體水分測(cè)量?jī)x在預(yù)干燥裝置中的3年運(yùn)行實(shí)踐表明，該測(cè)量?jī)x能夠成功完成各種粉塵、粉末、顆粒等物料的在線(xiàn)水分的監(jiān)控。基于微波的固體水分測(cè)量?jī)x測(cè)量煤粉的含水量具有速度快、測(cè)量精度高等特點(diǎn)。使用經(jīng)驗(yàn)證明該測(cè)量?jī)x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(cè)量中有一定的推廣價(jià)值。