安德里茲加壓過濾機的流量控制閥OV211改造探討

摘 要：神華準能選煤廠使用的奧地利生產的ANDRITZ-HBF-S 120/10加壓過濾機，是在2000年引進的先進技術脫水設備，電氣、機械的新技術應用在它的設計、使用及維護中有著具體的體現。它雖然是一個單臺設備，但卻是一個集智能操作、電氣反饋控制、機械聯動為一體的系統。現對其卸料系統的流量控制閥OV211改造原因、機理、方案的深入探討總結，可以讓我們更好地提高加壓過濾機使用效果，希望能夠為先進進口設備國產化提供借鑒。

關鍵詞：加壓過濾機OV211;故障;分析;處理;方法

1 概述

神華準能選煤廠是一座年入選原煤3000萬噸的特大型動力煤選煤廠，于1996年試生產，入廠原煤分為優煤和劣煤兩種，采用塊煤跳汰工藝，優煤以50mm分級，末煤直接入產品倉：劣煤以13mm分級，末煤直接入產品倉。由于煤炭市場供求的加大和煤質要求的變化，選煤廠進行了跳汰入選下限的改造，將優煤以50mm分級改為13mm分級，致使系統的煤泥量大大增加，因而原有的板框式壓濾設備生產能力遠遠不足，從而導致煤泥產品水分較高，達到30%，為了提高生產效率和解決煤泥水處理能力不足的問題，選煤廠引進了兩臺奧地利生產的ANDRITZ-HBF-S 120/10加壓過濾機，處理能力為70t/h，濾盤數為10個，過濾面積為120㎡，用于處理煤泥，取得了較好的效果，大大提高了生產效率。車間在對加壓過濾機進行使用和維護中，根據設備實際使用情況，進行設備部分更新改造產生較高的經濟效益，現就對過濾機的流量控制閥OV211的改造進行探討總結。

2 加壓過濾機的組成及工作原理

2.1 上料部分

加壓過濾機上料部分由入料桶、上料泵、分配桶、煤漿槽、料位計等組成。設備啟機時，主控工業計算機通過變頻器控制上料泵將入料桶內的煤泥水抽至加壓過濾機煤漿槽內，泵的轉速受多種因素控制，主要由入料桶料位、煤漿槽料位、生產需求等因素控制。入料桶液位低于30%時，上游底流泵將入料桶蓄滿。

2.2 工作倉

加壓過濾機工作艙由加壓倉、主軸、分配頭、濾盤、刮板機、反吹風包等組成。各濾盤共用煤漿槽，即煤漿槽內的煤漿是連通的。主軸兩側各裝一個分配頭，每個分配頭內裝有一個控制盤和一個密封盤。密封盤上連接著20根濾液管，濾液管上裝有濾扇，20塊濾扇組成一個濾盤。濾盤、控制盤、密封盤、分配頭通過管道與外界大氣連通。

為了說明加壓過濾機的過濾過程，現引入“過濾單元”的概念。一個過濾單元包括一根濾液管及其上面的濾扇。20個過濾單元構成1個或幾個濾盤。設備啟機時，進氣控制閥開啟，將壓縮空氣注入加壓艙內，使加壓艙內產生0.2～0.4MPa的壓力，從而使濾扇兩側產生正壓差，在濾扇表面上便形成煤餅。水穿過濾扇，經濾液管、密封盤、控制盤及所連接的管道離開壓力空間到達氣水分離器。此后，過濾單元隨主軸轉動走過控制盤的干燥區。已經完成過濾的煤餅在干燥區的有效壓差的作用下，進一步得到干燥。

隨著主軸的轉動，此過濾單元走過分配頭的反吹風區。當濾液管完全遮蓋住控制盤的反吹孔時，快速動作的電磁閥OV114、115閥打開，使空氣經過分配頭和濾液管到達濾扇。反吹風包內壓縮空氣壓力比加壓倉內壓力高1Bar左右，可以把煤餅從濾扇吹下來，并落入煤漿槽下方的刮板運輸機上，此后便被運至卸料倉內。

主軸上的濾盤是錯開的，一側的5塊相對于另一側5塊錯開1/2個濾扇（9°）。這樣可以減少反吹風包的壓降，使氣流更均勻。每個分配頭配有一個隔膜式反吹風閥，并通過電磁閥加以控制。在主軸機尾處固定有開關盤，上面裝有兩接近開關，其間距也為9°，當主軸轉至一開關位置時，信號通過PLC傳至現場電磁閥線圈，從而使反吹風閥打開，使5塊濾扇的煤餅被吹下來。當濾扇繼續轉動9°時，則另外5塊濾扇吹餅。濾盤之間裝有攪拌器，使煤漿保持懸浮液狀態。攪拌器位于煤漿槽后部，固定在可回轉架座上，以便于安裝和拆卸。

2.3 排料裝置

加壓過濾機排料裝置由緩沖倉、料位計、卸料倉、上閘門、下閘門、密封圈組成。排料裝置的作用是把脫水后的煤餅從壓力罐內運出來。設備運行時，上下閘門關閉，密封圈充氣，卸料倉內充氣，使其與加壓倉內壓力相等。當上方緩沖倉料位達到設定料位時，上密封圈排氣，由液壓驅動上閘板打開，緩沖倉內煤泥落入卸料倉。隨后，上閘板關閉，上密封圈充氣，于卸料倉連通的PCV211控制閥打開，使卸料倉內壓力與外界大氣壓相等后，下密封圈排氣，下閘板打開，煤泥落入下方刮板輸送機上，并最終運至產品倉。此后又重新開始一個新的卸料動作循環。

2.4 輔助設備

加壓過濾機輔助設備主要由主空壓機、控制風空壓機、高壓清洗泵、集中潤滑泵、濾液泵、液壓站等組成。

①主空壓機主要為加壓過濾機提供工作壓縮空氣，該廠使用的空壓機為英格索蘭公司生產的M250型雙螺桿空氣壓縮機。

②控制風空壓機為加壓過濾機提供必要的控制風，其壓力高于工作風，用來控制設備內各氣動閥門的開閉。

③高壓清洗泵可將水壓提高至40Bar左右，用來清洗濾布。

④集中潤滑泵主要為加壓過濾機主軸、分配頭、刮板機等必要的潤滑部位提供潤滑油脂。

⑤濾液泵將濾液池內濾液水抽至選煤廠洗水系統，以便循環使用。

⑥液壓站主要驅動卸料倉上下閘板的運動以及罐內清洗濾布擺桿的擺動。

3 加壓過濾機流量控制閥OV211的改造探討

3.1 加壓過濾機中流量控制閥的作用

從上面的加壓過濾機的組成及工作原理中不難看出：加壓過濾機生產工藝中需要控制三種物料（煤泥水：由上料桶抽至加工倉中煤漿槽內;濾液水：穿過濾扇，經濾液管、密封盤、控制盤及所連接的管道離開壓力空間達到氣水分離器的水;煤泥：脫水后的煤餅通過排料裝置從壓力罐內運出來），兩種氣體（工作風：注入加壓艙內壓縮空氣，使加壓艙內產生0.2～0.4MPa的壓力、控制風：用來控制設備內各氣動閥門的開閉。）。來實現煤泥從煤泥水中分離、脫水和收集。為了有效控制這些物料和氣體，安裝了各式閥門，并安裝了反映物料液位、氣體壓力、閥門位置的各種傳感器。通過把各個傳感器與閥門之間邏輯關系編寫在PLC中的控制程序內，來實現各個傳感器與閥門的配合。在閥門的使用和選取上也顯示了設計者的智慧，在整套的加壓過濾機中選用了三個流量閥。這三個流量控制閥分別是OV004、OV005、OV211，它們通過PLC的模擬輸出模塊輸出4～20mA電流信號調節微量電磁閥控制氣動驅動裝置進行調節流量（智能閥門定位器）控制閥的開啟度的大小，但是這種閥門在加壓過濾機PLC中沒有對其實際開啟度大小的監測和反饋。OV004是壓縮空氣的進氣控制閥，在PLC程序中通過加壓艙內壓力傳感器的壓力反饋，隨時調整輸出電流信號控制其開啟度的大小，使得加壓艙工作時保持在0.2～0.4MPa內在作業時可調定的恒定壓力，從而使濾扇兩側產生正壓差，在濾扇表面上便形成煤餅;OV005是反吹風包的進氣控制閥，在PLC程序中通過反吹風包內壓力傳感器的壓力反饋，隨時調整輸出電流信號控制其開啟度的大小，保證反吹風包內壓縮空氣壓力與加壓倉內壓力的壓差達到在操作時所設置的不高于1Bar的設定值，可以把煤餅從濾扇吹下來，并落入煤漿槽下方的刮板運輸機上，此后便被運至卸料倉內。OV211是排料裝置中卸料倉的排氣控制閥門，在PLC程序中通過緩沖倉料位和操作方式的設定，調整輸出電流信號控制其開啟度的大小，及時快速排出卸料倉內的壓縮空氣，使卸料倉內壓力與外界大氣壓相等后，下密封圈排氣，下閘板打開，煤泥落入下方刮板輸送機上，縮短卸料時間，保證卸料效率。通過上述介紹我們看出這三個流量閥在加壓過濾機生產工藝中對其工作的連續性，煤泥生產的穩定性和設備的高效運行方面起到至關重要的作用。

3.2 加壓過濾機中流量控制閥OV211故障分析

通過多年的設備運行發現在整套加壓過濾機中的三個流量閥中故障率和影響設備運行最高的是OV211。據統計兩臺加壓過濾機的OV004和OV005的損壞更換周期可達到3-5年，而OV211的損壞更換周期卻是最短3個月長不到12個月。每臺流量閥的成本就達到5萬元，存在故障更換周期的不確定性很難控制車間成本。筆者在OV211最早出現故障但備件不足，為了不影響設備運行，同時等待新閥備件的到來就開始對OV211進行修復，但是每次的修復質量不高，運行時間短，最短能堅持2-3小時，最長一次堅持3個月。OV211主要出現的兩類故障：

①OV211閥智能定位器內的微型電磁閥（又稱先驅閥）隔膜片故障。流量控制閥是通過4-20mA電流信號調節微量電磁閥（又稱先驅閥）再控制氣動驅動裝置進行調節閥門的開啟度的大小。其微量電磁閥（又稱先驅閥）隔膜片經常出現故障。其故障現象是：OV211打開緩慢，控制反應不靈活或無法開啟。經過調整閥門微調旋鈕出現加大故障情況，使原來控制反映不靈活或打開緩慢的變成無法開啟。通過查找發現微量電磁的控制微型氣缸內的隔膜片破損，左右氣缸竄氣，無法準確控制氣動驅動裝置。分析原因：OV211閥的運行不同于OV004與OV005，OV004與OV005的運行方式是在設備啟機后打開閥門，根據需要進行重復多次逐步少量調整開啟度。而OV211是在卸料的每一次循環中直接開啟關閉，在大幅度沖擊和往復運動中隔膜片的橡膠接口出現短線折損，產生漏氣。修復方法：無法購買到配件只能使橡膠代替或聯系國內廠家加工。我們實驗過多種橡膠材質但是效果不理想，最長的一次堅持了3個月，以后再沒堅持住。國內的一些廠家做過一些實驗，效果不佳，不經濟，廠家放棄。最終我們也放棄修復，直接更換整套閥門或定位器驅動頭。

②OV211閥智能定位器電氣芯片故障。其故障現象：OV211打開緩慢，控制反應不靈活或無法開啟，以及零點和行程漂移。經過調整閥門微調旋鈕可以減輕故障，使原來控制反應不靈活或打開緩慢的變成可以正常開啟。但是再次使用周期不長，7-15天不等，調整3～5次后徹底損壞。分析其原因：其動作頻繁而且每次動作電流加載時間短，單位時間內變化量大，對電氣芯片的工作沖擊較大。另外，現場的條件較差，煤塵和水汽較大，卸料系統閘板開啟震動較大，也是造成故障的原因之一。修復方法：其電氣芯片使用集成線路板，由于我們人員素質和設備條件不具備將其修復的能力，也曾經委托國內人員修復，但是修復質量和經濟效益不合適，維修人員放棄。最終我們也只能把出現第一或第二種故障情況閥門再進行組裝使用，不能配對就放棄修復，直接更換整套閥門或定位器驅動頭。

3.3 加壓過濾機中OV211的改造實施方案

3.3.1 設計思路。

由于OV21閥出現的故障，已經直接影響了加壓過濾機運行效率和成本，我們一直積極探討和尋找處理OV211故障解決方案。通過上述分析發現要想真正解決這一問題，需要更換一種滿足使用新型閥門或更改OV211閥控制方式。帶著這樣的思路筆者重新對加壓過濾機生產工藝進行學習研究得出：可以通過改變OV211閥的控制方式，使用電磁閥直接驅動氣動驅動裝置控制球型閥，來解決這一問題。原理分析：加壓過濾機生產工藝可以通過上位工控機進行自動操作，它的操作方式和卸料倉料位共同對OV211的開啟大小進行邏輯控制。但在該廠的實際運用中發現：適應該廠煤泥生產需要的加壓過濾機最佳生產操作方式為一種，就是將OV211閥設置為快速開啟和關閉。這也是OV211閥出現損壞原因之一。如果直接使用電磁閥驅動氣動驅動裝置控制球型閥就可以滿足上述功能，只要將PLC模擬輸出信號4～20mA轉換為數字開關量輸出控制電磁閥即可。

3.3.2 實施方案和效果。

①設計改造思路有了，尋找方案。一種通過更改編寫PLC程序，改變OV211控制邏輯，更改輸出模塊信號點，實現將PLC模擬輸出信號4～20mA轉換為數字開關量輸出控制電磁閥。技術難度較大，還需要有廠家配合，費用造價昂貴。另一種不改變PLC程序，只調整設定整操作方式，再將PLC模擬輸出信號4～20mA通過轉換裝置轉換為數字開關量輸出控制電磁閥。方法簡單，便于操作，費用低廉。比較兩者方案，最終決定使用第二種方案。

②具體操作：在配電室安裝模擬信號轉換數字量轉換裝置。轉換裝置選用的是斯奧特自動化儀器儀表公司生產的SAT8型測控儀，其可以使模擬信號輸入根據需要設定為數字開關量輸出。SAT8型測控儀是一種免維護的儀表，采用自動調零技術可以長期使用不會產生任何零漂，采用多重保護和隔離設計，抗干擾能力強、可靠性高。現場使用8020750電磁閥控制氣動球型閥。8020750電磁閥和氣動球型閥是該廠車間一直在用可靠性較高的配件。

③其工作原理：當PLC 輸出4～20mA電流信號通過電流隔離輸出到SAT8型測控儀，對測控儀進行設置調整數字開關量輸出，控制電磁閥開啟閉合氣動球型型閥。

④改造后的效果：減少了211排氣閥的故障率，提高了生產效益;成本節約：以往每年單臺壓濾機更換211排氣閥2套，驅動頭5個，從2013年6月改造至今從未更換過任何部件，年節約成本約10萬～30萬元，兩臺加壓過濾機節約每年20萬～60萬元。提議：加壓過濾機國產化時，對卸料系統和操作可以進行優化考慮，更改閥門控制方式，使用電磁閥控制氣動閥門，既節約設計生產成本，又減少設備使用單位的運營成本。

⑤在改造實施時需運行觀察和考慮的細節：a輸入輸出設備功率匹配問題。使用功率匹配器隔離輸入輸出設備，避免現場設備出現接地短路故障，造成加壓過濾機的PLC控制回路的故障。b新增測控儀工作電源使用和設備接地連接。測控儀使用專用接地線連接到加壓過濾機控制回路接地極，電源使用其對應控制回路電源線路供電，避免形成懸浮地或是懸浮電源產生，干擾加壓過濾機的PLC控制回路信號輸入。c數字開關量的設置調定。觀察設備運行狀態，根據實際情況調定數字開關量輸出。

4 結束語

HBF-S 120/10 型加壓過濾機在神華準能選煤廠自投產以來，通過車間人員的不懈努力使得加壓過濾機一直運行穩定，同時得到了一些運行、檢修等各方面的經驗。現在就對卸料系統的流量控制閥OV211改造做出一些經驗總結和大家進行探討，希望在今后的工作中及時的就一些發生頻率較高的故障，繼續學習，探索，將降低故障率，節約維修成本，讓選煤廠的效益進一步提高。

參考文獻：

[1]安德里茲加壓過濾機使用說明書.安德里茲技術有限公司，2002.

作者簡介：張兆征，男，漢族，1970年3月出生，大專學歷，工程師職稱，在神華準格爾能源有限責任公司選煤廠工作。