FMM50重錘式料位計的改造及應用

王央波

(湖南華銀能源技術有限公司，湖南 長沙 410007)

FMM50重錘式料位計的改造及應用

Retrofit and application of FMM50 electromechanical level system

王央波

(湖南華銀能源技術有限公司，湖南 長沙 410007)

介紹了某公司LCC示范裝置干燥爐、熱解爐料位計測量裝置的組成、工作原理，分析該測量系統存在的問題，提出改進方法，通過改造后效果良好。

重錘式料位計；干燥爐；熱解爐

某公司 LCC(Low Loal Clear，低階煤凈化)技術試驗研發基地 (以下簡稱LCC示范裝置)處理原煤量為1 000 t/日，生產的產品為低溫半焦和低溫煤焦油。該裝置的干燥爐、熱解爐料位是一個對系統安全穩定運行起著重要作用的參數。由于干燥爐、熱解爐配套的輔助測量系統是從美國原裝進口設備。目前設備上的料位計就是采用E＋H公司的FMM50型重錘式料位計。該型號的料位計主要是采取垂直安裝的方式，重錘的最大重量為50 kg，但是從多次試驗的數據來看，該電機匹配的最佳重錘重量應該為10 kg左右，電機才不至于發熱，系統工作相對來說比較穩定。由于干燥爐、熱解爐都是高溫密閉設備，熱解爐內的煙氣溫度達到了527℃左右。這2臺旋轉爐內部結構復雜、粉塵濃度高，煤在高溫熱解時會產生可燃氣體，這種氣體遇低溫就會凝固形成煤焦油，時間久了煤焦油就會粘在料位計的鋼帶上，增加系統的阻力，重錘就有可能放不下，造成重錘在測量時探測不到真實的物位，表計上顯示滿料位 (100%)，使運行人員誤認為系統滿料，從而嚴重影響系統的穩定運行。另外由于鋼帶本身在長時間處于高溫狀態下也容易變形，而且煤焦油及高溫煙氣也容易對鋼帶造成腐蝕，影響設備壽命。系統改造前熱解爐料位參數部分時段的DCS歷史趨勢如圖1所示。

從圖1可知，該料位計的工作性能很不穩定，完全不能滿足LCC裝置的安全穩定運行，所以有必要對其進行改造。

圖1 改造前熱解爐料位部分時段歷史趨勢圖

1 重錘式料位計測量系統的組成及工作原理

重錘式料位計主要由重錘、鋼帶、微動裝置、傳感器、顯示及控制裝置等組成。其工作原理是:傳感器放置容器的頂部，重錘由電機通過不銹鋼帶或鋼絲繩牽引吊入在容器內，儀表控制傳感器自動定時對料位進行探測，每次測量時重錘從容器頂起始位置開始下降，碰到料面立即返回到容器頂部等待下一次測量。儀表通過對重錘下降過程傳感信號的處理可得到容器頂到料面的距離h1，容器高H是由用戶預置的，也是一個固定的值，這樣用容器高H減去h1便可得出料位高度h＝H－h1，儀表直接顯示料位高度h。測量的周期可以在控制器中進行設置，時間從1～60 min不等，可以任意進行設置。該儀表同時可以輸出4～20 mA電流信號，可以遠傳至DCS或PLC系統，便于運行人員進行遠方集中監控。根據LCC裝置的工藝生產流程需要，一般設置測量間隔周期為10 min，同時將故障報警干接點接入DCS系統，便于系統的監視。

2 系統存在的主要問題分析

改造前熱解爐料位計的安裝方式如圖2所示，改造前系統存在的主要問題:

1)由于干燥爐、熱解爐內的煙氣溫度高，而控制測量裝置通過法蘭盤直接安裝固定在容器的頂部即煙道出口處，法蘭處的溫度比較高，容易損壞控制顯示裝置或電子元器件，且溫度過高造成料位計的工作性能不穩定。

2)鋼帶長時間處于高溫腐蝕的環境中，易造成鋼帶變形或腐蝕斷裂，給系統的安全穩定帶來很大威脅。一旦重錘因為鋼帶拉斷掉入系統中，會造成系統堵料或運轉設備卡死而停運。

3)在系統停運低溫狀態下，爐內的熱解氣會凝固形成煤焦油，煤焦油和粉塵的混合物會附著在鋼帶的出口處，從而增加系統的阻力，甚至會造成重錘放不下，系統錯誤顯示滿料位 (100%)。另外系統阻力過大的話，也容易造成電機過載而發熱，甚至燒毀電機。

圖2 改造前熱解爐料位計示意圖

3 改造方案

3.1 方案提出

通過對造成系統故障的原因進行分析，有針對性地對系統進行改造，改造后的安裝方式如圖3所示。

第1繞線盤3和第2繞線盤4通過軸承組件進行剛性連接并固定牢靠 (即2個繞線盤分別固定在同1根軸的兩端，軸通過軸承座10固定在安裝支架上，當軸轉動時，2個繞線盤同速轉動)，通過改變兩端鋼絲繩的纏繞方向可以改變設備內、外鋼絲繩的走向。干燥爐內采用耐高溫抗腐蝕、柔性好的料位計專用鋼絲繩 (直徑Φ8，材質為316L不銹鋼)，用不銹鋼D型卸扣和重錘相連，重錘部分及第2繞線盤安裝在爐內。為防止煙氣外漏，軸穿出煙道處采取耐高溫的機械密封裝置進行密封，其余部分全部安裝在設備的外部。其中和傳感器鋼帶相連的鋼絲繩9采用韌性好的Φ4的鋼絲繩，同樣用D型卸扣和鋼帶相連。為了確保測量的可靠性，必須保證從外部鋼帶上D型卸扣處開始至第1繞線盤的鋼絲繩的垂直距離大于料位計的空標值，這樣就可以確保外部的D型卸扣不會纏繞在第1繞線盤上而影響裝置的工作，一般前者的值比后者的值高出大約0.5 m左右。

圖3 改造后熱解爐料位計工作原理圖

3.2 改造后重錘式料位計工作原理

當傳感器接到來自控制顯示儀的探測命令時，電機正轉，經蝸輪蝸桿減速后將鋼絲繩9下放，在重錘自身重力的作用下帶動與之連接的鋼絲繩8下放，重錘5由靜態停留位置開始下降。當重錘降至料面時被料面托起而失重，鋼絲繩8松弛，靈敏杠桿動作使得微動開關動作，控制顯示儀得到該信號后立即發出電機反轉命令，重錘5上升返回，直至鋼絲繩9底部的機械裝置碰到行程開關，電機停轉，重錘5回到倉頂靜態停留位置，這樣就完成一次探測過程。在此過程中，控制顯示儀表通過檢測鋼絲繩行走的長度，經過內部計算后在面板上顯示此時物位的百分值。為了減少電機載荷，同時增加測量頻率，通過反復試驗，最終將重錘的重量調整為8 kg左右，測量周期間隔由10 min/次調整為5 min/次。為了提高系統的抗干擾能力，將控制顯示儀的4～20 mA輸出信號通過模擬信號隔離器隔離后再送入DCS系統。

3.3 安裝過程中需要注意的問題

1)確保顯示控制儀處于水平狀態 (可通過水平儀測量)。

2)第1繞線盤3和鋼絲繩9處于同一個垂直面上，這樣可以降低系統的阻力。

3)2個繞線盤采用焊接的方式分別固定在軸的兩端，確保轉動時完全同步。

4)顯示控制儀安裝在便于維護的位置且固定牢靠。

4 改造效果

1)解決了鋼帶因為長時間處于高溫密閉的容器中容易變形卡塞、腐蝕斷裂的問題。因為重錘料位計的鋼帶處于大氣中，不存在高溫腐蝕而帶來的變形、斷裂問題。

2)解決了系統阻力大的問題。因為該系統增加了1個軸承座且沒有和高溫介質直接接觸，不存在因為煤焦油或粉塵堆積而卡死的故障，在日常維護中定期給軸承加適量的潤滑油脂即可。

3)改造后減少了重錘的重量，解決了電機過載發熱問題，同時增加了系統的測量周期，可以更好地為運行服務。

4)增加信號隔離器，提高了系統的抗干擾力。通過改造后，系統可靠性得到明顯提高，系統測量正常，未出現過故障。系統運行期間部分時段熱解爐料位趨勢如圖4所示。

圖4 改造后部分時段熱解爐料位趨勢圖

〔1〕E＋H公司.Silopilot M FMM50 Electromechanical Level System Operating Instructions〔R〕.1997.

〔2〕張華，趙文柱.熱工測量儀表 〔M〕.北京:冶金工業出版社，2006.

〔3〕王先逵.機械加工工藝手冊 〔M〕.北京:機械工業出版社，2010.

〔4〕王大為.火力發電廠分散控制系統應用基礎 〔M〕.北京:中國電力出版社，2007.

〔5〕王琦，朱亞清.分散控制系統性能測試技術 〔M〕.北京:科學出版社，2010.

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.01.018

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2014-11-07