微小流量監測單元在壓濾機入料控制中的應用

孫 謙，殷憲文，馮 永，黃孝奎，單 勇,梁 艷

(1.棗莊礦業集團 高莊煤業有限公司，山東 棗莊 277605;2.棗莊礦業集團 煤質管理處,山東 棗莊 277000)

微小流量監測單元在壓濾機入料控制中的應用

孫 謙1，殷憲文1，馮 永1，黃孝奎1，單 勇1,梁 艷2

(1.棗莊礦業集團 高莊煤業有限公司，山東 棗莊 277605;2.棗莊礦業集團 煤質管理處,山東 棗莊 277000)

為解決高煤公司選煤廠壓濾機原手動入料控制方式引發的設備故障率高、產品質量不穩定的問題，提出了基于微小流量監測單元的控制方式。采用外夾式超聲波流量計、PLC建立流量監測單元，將壓濾機入料由時間控制調整為流量控制，實現根據入料流量變化靈活控制入料泵啟停的目的。壓濾機入料控制方式優化后，壓濾系統自動控制水平進一步提高，設備運行更加穩定。

壓濾機入料；流量監測；煤泥水濃度

高莊煤業有限公司選煤廠(以下簡稱高煤公司選煤廠)原有四臺KM-250/1600型快速高效隔膜壓濾機，通過配置的OMRON的CPM2A系列可編程控制器實現壓濾機運行的自動控制。2011年該廠在煤泥水平衡自動化改造過程中，通過施耐德昆騰系列PLC與現場隨機柜PLC的通訊，實現壓濾系統的聯機自動化控制。作為壓濾機工作的重要環節，入料壓榨效果的好壞是決定產品質量優劣的重要因素。該廠壓濾機原設計通過監測入料壓力來判斷停泵時間，存在問題較多，無法正常使用；后來采用手動控制入料方式，由操作員根據濾液的多少，結合現場生產經驗，判斷入料壓榨是否充分，從而確定是否需要停泵。

但手動控制入料時所需人力資源多，人為因素較多，控制效果不理想。壓濾機入料期間需要操作人員時刻注意入料情況，且現場所需人員較多；同時，受井下采面的影響，煤泥水濃度變化較大，加之不同操作人員的操作習慣存在差異，易造成入料時間誤差大，煤泥產品質量不穩定，主要是產品水分變化大；此外，手動入料控制無法根據煤泥水濃度自動調節入料時間，易出現入料不足或入料時間過長的現象，導致濾餅水分較大、不易卸料，或濾板中心孔被堵塞，進而使濾布和濾板損壞，無法持續生產。為此，采用基于微小流量監測單元的控制方式對壓濾機入料進行控制，以提高設備運行的穩定性，降低煤泥產品水分。

1 方案設計

針對壓濾機入料控制中存在的問題，從兩方面考慮解決方案：放棄通過壓力檢測來采集壓濾機入料信息，尋找能夠更好的體現壓濾機入料情況的參數，并對其進行檢測；選擇靈敏度高、耐用的檢測設備，實現所選參數的實時檢測。

1.1 監測參數的確定

在壓濾機入料過程中，入料泵將煤漿從尾板的給料孔給入濾室，煤漿借助入料泵的給料壓力進行固液分離，并在濾布的作用下于濾室內逐漸形成濾餅。壓濾初期，煤漿在濾室內形成的濾餅較薄，濾餅產生的阻力較小，入料流量較大；隨著濾餅厚度的增加，其阻力增大，壓濾速度下降，入料流量逐漸減小；隨著入料時間的增加，入料流量變化的幅度減少，在入料泵流量和揚程選擇合理的情況下，入料流量會在一個微小值上保持平衡，這時壓濾過程結束。通過對壓濾機入料情況分析可以看出，入料流量和壓力在壓榨過程中都能體現出入料的實際情況。因此，可以通過監測入料壓力或入料流量來確定停泵時間。

監測入料壓力時需要安裝相關的壓力檢測儀表。當入料管路內壓力達到設定值時，從檢測儀表指針(連同觸頭)與上限觸頭接觸的瞬間開始計時，PLC控制系統對計時時間與設定時間進行對比，計時時間達到設定值時電路斷開，達到自動停泵的目的。但這種控制方式存在兩個問題：入料泵啟停時使管道內瞬間產生“水錘效應”，易損壞電接點隔膜壓力表的隔膜，進而無法及時停泵而損壞濾板、濾布；同時，入料壓榨過程中壓力達到入料臨界值后，估算延遲時間不易掌控，無法及時根據入料濃度進行有效調節。

入料流量經壓濾初期的急劇增加后，隨濾餅阻力的增大而緩慢減小，可通過監測某一微小流量臨界值來控制入料時間，同時也可通過設定微小流量臨界值來調節煤泥產品水分。實現這種控制的前提條件是入料泵的參數選擇合理，避免因壓力過大而損壞板濾。因此，選擇流量監測的控制方式更穩定、更靈活。

1.2 流量監測設備選型

現有的流量監測設備主要分為管道式和外夾式兩種，其中管道式流量計多為電磁式，易受外界磁場干擾，且存在壓力損失，精度較低；外夾式流量計多為多普勒超聲波式，不受外界磁場干擾，無壓力損失，精度和靈敏度高，且無需改動原管路，安裝方便。依據現場生產實際需要，選用西門子FUS1010外夾式超聲波流量計對壓濾機入料流量進行監測。

西門子FUS1010外夾式超聲波流量計由表頭和一對傳感器組成，傳感器由定位底座、傳感器芯組成。超聲波穿過液體時，液體對傳輸時間產生微小影響，而傳輸時間與液體流速成正比，據此可計算出液體的流量大小。

1.3 設備安裝原則

流量計一般安裝在上游直管段的10D(D為直管直徑)與下游直管段的5D之間，以提高測量的精度和穩定性。切記不要將傳感器安裝在焊縫位置，而要安裝在液體始終滿管的位置，避免超聲波信號被阻斷，影響傳輸效果。安裝傳感器前要除去管道表面易脫落的油漆、鐵銹、水垢等雜物，保證與傳感器接觸的管道面平整，不存在氣泡；如果管道涂漆非常均勻，無需完全清除，只要保證其表面光滑平整即可。儀表編程參數應與管道實際直徑一致。FUS1010外夾式超聲波流量計安裝示意圖如圖1所示。

圖1 FUS1010外夾式超聲波流量計安裝示意圖Fig.1 Installation diagram of FUS1010 jacketed ultrasonic flowmeter

2 PLC自動控制編程

采自流量計的入料流量數據通過模擬量信號上傳至聯機自動控制PLC，PLC內部實時監測分析入料環節的運行時間和瞬時流量。當入料時間(可調)大于240 s且入料流量回落至某一微小臨界值時，PLC程序發出停泵指令，隨機自動控制PLC接到指令后完成停泵控制，并確保壓濾機正常進入下一運行環節。

為防止入料初期煤泥水濃度過大或入料流量急劇變化，導致流量數據采集困難而引起流量計超量程報警，設計中對入料流量上升階段的數據，在程序中不做停泵控制指令的判定輸出。入料泵停止控制程序段如圖2所示。

3 上位機組態開發

在上位機組態監控畫面(圖3)中添加瞬時流量、入料時間監測單元和自動報警功能。正常運行過程中，煤泥水濃度不同，壓濾機入料時間存在很大差異。當入料濃度過低或濾布被損壞時，壓濾機入料時間過長，為保證系統運行的穩定性和可靠性，在組態界面中增加入料泵運行時間上限設置模塊，并在煤泥水組態界面中增加聲光報警功能，及時提醒調度員和現場操作人員對問題進行確認，及時發現排出系統運行時的不穩定因素。

圖2 入料泵停止控制程序段Fig.2 Control procedure segment of stopping feed pump

圖3 上位機組態界面Fig.3 PC configuration interface

4 效益分析

2013年2月高煤公司選煤廠改造完成并投產，微小流量監測單元隨之投入使用。將壓濾機入料控制方式由手動控制調整成基于微小流量監測單元控制，不但可有效減少人工操作給現場生產帶來的不穩定、不安全因素，保證壓濾機運行的穩定性、高效性，而且能進一步降低工人勞動強度，真正實現壓濾系統運行的聯機自動化，同時避免了因入料系統故障引發的停車事故，降低了設備維修費用。此外，入料泵開始運行時上位機計時，根據與運行時間設定值的比較，及時對入料泵進行停泵操作，避免因外夾式超聲波流量計測量失效而無法正常停泵，以及入料煤泥水濃度過低引發的入料泵長時間運行，實現設備運行的本質安全。

壓濾機入料控制方式的優化，避免了入料濃度較小或較大造成的濾餅水分較高、不易卸料，或濾板中心孔被堵塞現象，杜絕了濾板、濾布的不正常損壞，每年可節約維修費用1萬元/臺；按照壓濾機處理能力20 t/h，每年減少事故臺時15 h計算，每年可創收9萬元/臺。就該廠現有4臺壓濾機來說，每年可增收40萬元，經濟效益較顯著。

5 結語

基于微小流量監測單元的壓濾機入料控制方式安全、可靠，在不改變設備入料泵和入料管的前提下使入料狀態達到最優化，既可保證壓濾機的安全、可靠、穩定運行，又避免了因入料系統故障引發的設備事故，減少了設備維修費用，提高了設備運行效率，為壓濾系統的正常、高效、穩定運行提供了物質基礎。

Application of micro flow monitoring unit to control filter press feed

SUN Qian1, YIN Xian-wen1, FENG Yong1, HUANG Xiao-kui1, SHAN Yong1,LIANG Yan2

(1.Gaozhuang Coal Co., Ltd., Zaozhuang Mining Group, Zaozhuang, Shandong 277605, China;2.Coal Management Department, Zaozhuang Mining Group, Zaozhuang, Shandong 277000, China)

In order to solve problems of frequent fault and bad product caused by original manual control for press filter feed in Gaozhuang coal preparation plant, put forward a method of controlling feed based on micro flow monitoring unit built by jacketed ultrasonic flowmeter and PLC, so that filter press feed is subject to flow control instead of time control, achieved flexible control by feed flow to start or stop feed pump.After upgraded control of filter press feed, automatic control of this system is improved, with more stable equipment in operation.

filter press feed; flow monitoring; concentration of slurry

1001-3571(2015)03-0068-03

TD946.2；TD948.9

A

2015-05-19

10.16447/j.cnki.cpt.2015.03.019

孫 謙(1963—)，男，山東省高密市人，工程師，從事選煤生產管理工作。

E-mail:zw198018@163.com Tel：0632-4068700