PFM粉塵測量原理及故障剖析與處理

郭培軍（河南能源豫北化工公司鶴壁煤化工分公司，河南　鶴壁　458000）

PFM粉塵測量原理及故障剖析與處理

郭培軍（河南能源豫北化工公司鶴壁煤化工分公司，河南鶴壁458000）

首先，本文介紹了河南能源集團鶴壁煤化工甲醇項目所使用的PFM02Ex防爆型煙塵測量儀表及其控制系統，接著對該控制系統常見故障問題進行簡單分析，然后提出有針對性的解決方法，大大提高了系統運行安全性和可靠性。在殼牌煤氣化系統的煤粉制備設備的工藝管道上安裝在線監測裝置，可對煤粉袋式過濾器S1103的除塵效果進行有效的控制，實現了對煤粉袋式過濾器出口管道煤粉含量的在線檢測。

殼牌氣化爐PFM-02在線監測裝置 A1101機組安全運行

1　PFM02Ex防爆型煙塵測量儀及其控制系統

殼牌煤氣化煤粉制備系統的煤氣粉塵含量的大小對煤粉袋式過濾器S1103和氣化爐的安全運行有著至關重要的的作用，磨煤機系統通常要求煤粉的含量是固定的，煤粉在進入氣化爐之前要經過煤粉袋式過濾器進行除塵，但是由于袋式過濾器在經過長時間的運行后，袋子會被堵塞，存在除塵效果不好或布袋脫落等現象，造成的煤粉含量將會嚴重超標，在正常工況下工作溫度約為95°C，容易發生爆炸，威脅到氣化爐的安全運行。在以往的控制系統設計中，袋式過濾器和氣化爐控制系統之間沒聯系，這樣袋式除塵器出現故障時，氣化爐沒能及時采取相應的控制措施，如果在煤粉制備的袋式過濾器中粉塵在線監測系統與氣化爐控制系統之間的聯系進行有機的結合，增加粉塵含量聯鎖控制，將能夠有效的優化氣化爐的高負荷運行問題。

1.1防爆型煙塵測量儀的功能

煙塵測量儀PFM02Ex是基于摩擦電測量原理，可有效監測除塵器布袋損壞的程度，通過校準后，可實現對粉塵濃度的測量。煙塵測量儀適用于煤粉爆炸性區域的應用，結構緊湊，使用方便；集成的控制單元可實現對煙塵排放的連續性在線監測；防爆型煙塵測量儀有較好的目標值校正功能，在操作狀態下輸入一個已知的平均含塵量值，PFM02Ex會自動測定合適的校準因子，然后以mg/m3為單位顯示含塵量；另外也能從煙塵列表中選擇，PFM02Ex為所選擇的工況提供了校準圖表的選項，從煙塵列表中簡單選取設備工況的種類，煙塵含量就以mg/ m3顯示。

1.2粉塵檢測原理

圖1　測量原理

Foedisch煙塵粉塵濃度監測儀器，其特殊探頭有2個摩擦探頭和1個動壓探頭組成，摩擦探頭記錄煙塵濃度的原始信號，為了糾正流速對摩擦電測量法的影響，氣體的流速是通過動壓探頭測量的，對氣體溫度的同時測量可計算出標準狀態下的煙塵濃度。

如果兩個物體通過摩擦或接觸，就會發生電荷傳遞。由于表面的原子的電子交換將會產生電荷差。所以將形成一個非常小的分子之間的距離的帶有正負表面電荷的邊界層。這個電荷差，又被稱為電荷波動，是摩擦靜電測塵儀的測量原理基礎，通過探頭和附近氣流或直接與探頭碰撞的煙塵顆粒之間的電荷交換來進行測量。

探頭在接觸固體粉塵的摩擦后，或者是固體粉塵電荷轉移的情況，使得粉塵的表面上出現電荷差異，電子產生交換，在層面上正負電荷形成了非常低的分子之間的距離，這種距離由于受到電荷的差異，也被稱為電荷波動，用來檢測電荷交換的探頭，同時探頭附近的粉塵流量，都直接影響著粉塵的濃度。受到摩擦的粉塵所產生的電信號，和粉塵的導電性能有很大的關系，以及與粉塵所處的工藝管道的機械特性有很大的關系。

2　粉塵儀表安裝流程

2.1粉塵表的機械安裝

粉塵儀是直接插在煤粉管線上的，測量粉塵含量的大下，安裝方法至關重要。選擇好直管段，最好安裝點前后各有5倍直管段，并且不要安裝在彎管附近。

在管道上安裝點開孔并且焊DN50法蘭，如果是高溫高壓粉塵表則焊接8孔高壓法蘭。將探頭外包裝除去后將探頭插入管道，兩個DN50法蘭對接即可，注意：如果是高溫高壓探頭，請注意保護好探頭表面的陶瓷材料不要碰壞。

2.2粉塵儀表的電氣安裝

電氣接線的安裝，順不銹鋼探桿方向插入PFM02Ex粉塵儀，請注意為了避免水分沿電纜出口進入粉塵儀內部電路，請將電纜出口朝下，在常有暴雨的地區且安裝在室外請在粉塵儀上方加裝遮蓋裝置以遮擋大量雨水。將紅色電纜一端（有兩個接線端子）拉到探頭后蓋附近，將兩個接線端子中的黑色細線端子接到探頭后蓋中間信號接線頭，擰螺絲接好。將白色粗線端子接到探頭后蓋邊上接地端子螺絲接好。將紅色電纜穿金屬水管走線，彎頭部分最好用金屬軟管接，拉到電子單元安裝處。將電子單元焊接在地面附近墻壁上，距離探頭不用很遠，可現場就地安裝，隨意在墻壁上焊接幾個螺栓即可，只要高度大致方便人操作即可，電子單元上面最好找一塊鐵皮遮擋一下即可。打開電子單元，里面有中文的接線端子，對照上面接線就可，3和4端子接220V電源，注意區分是不是本安儀表，如果是本安儀表則接24VDC，9和10端子接4-20mA信號輸出。將紅色電纜的一端（有一個黃銅同軸小端子）黃色端子接到電子單元相對的信號接口，擰黃銅螺絲擰緊即可。這些線都從電子單元下端進來，紅色電纜專門走一個口。在通電前先確保保險絲處為220V即可通電啟動開始使用。

2.2粉塵儀表的參數設置

粉塵儀表的參數設置，通過粉塵儀上的按鈕可以設置多種參數，包括平均時間長短、量程等級、顯示類型、狀態信號輸出類型等，電子單元內部軟件基本不用用戶再設置，一般出廠前已經大致設置好了，唯一用戶需要設置的就是量程，出廠默認的是設置為0～1000mg/m3，如果用戶需要調整量程則按照調試指導手冊進行設置即可。簡易量程設置如下：雙手拇指同時按面板左右兩邊按鍵進入到一個界面后，將最右邊按鍵按4下則面板會出現4mA對應0mg的界面，再按一下最右邊按鍵則出現20mA對應滿量程設置界面，此時可調節中間兩個上下鍵來任意調整滿量程，如：調到100mg，500mg或1000mg都可，默認為1000mg.設置好滿量程后可繼續按最右邊按鍵即可回到工作界面，等待幾秒后，此粉塵儀表就可指示粉塵的含量，基本可進行正常工作。

2.3安裝注意事項，有幾點需要特別注意：

安裝點附近不要有大的風機，電機等大型電磁設備。電子單元接線端子中1和2端子中的連接線不要除去。粉塵儀表的接地需要保證良好，儀表接地包括電子單元外殼地和保護地保護地接到端子1處。其他端子基本不需要接。粉塵儀的電源最好單獨供應，不要和其他設備共用。紅色信號線請單獨走管走線，不要走塑料管，以避免以后受到電磁干擾對測量值有影響。

3　PFM 02 Ex防爆型煙塵測量儀日常維護工作及其常見故障分析

3.1煙塵測量儀日常維護項目

維護工作包括定期確認粉塵儀工作狀態、定期清潔探桿、定期檢查密封檢查工作狀態、定期檢查粉塵儀模擬輸出數據是否正常，是否較以往有明顯變化。

清潔探桿每隔至少六個月將探桿從煙道中取出，用布擦去附著在探桿上的粉塵，必要時用最細砂紙清除附著在白色Teflon絕緣體上的粉塵。具體的維護時間間隔視工況而定，在本單位使用中，一般要求3到6個月檢查一次。檢查密封最少六個月檢查一次粉塵儀綠色殼體的密封狀況，防止水分進入造成電路板損壞。任何情況取出探桿維護前請先斷電，在煤粉制備系統中，粉塵儀表的探頭處在95°C的工作環境中，所以一定要帶上手套避免高溫燙傷，

3.2經常出現的問題

模擬電流輸出量較以往偏低：粉塵儀安裝位置的選擇；模擬輸出導線是否過長（超過150米）造成信號衰減；是否定時維護，清理探桿上附著的粉塵。

模擬電流輸出量較以往持續偏高：布袋除塵器有破損。

模擬電流輸出量一直滿量程：檢查安裝時探桿是否直接接觸煙道或安裝管內壁；檢測AD轉換電路板確認是否損壞。

模擬電流輸出量波動非常頻繁，在A1101煤粉制備系統運行穩定的工況下，可以檢測粉塵儀表的參數設置中的阻尼時間，適當的延長改時間，可以有效的緩解波動問題。

PFM-02發出故障狀態信號，顯示Com.TO故障代碼或Com.R故障代碼或Com.W故障代碼，表示設備內部通訊超時，通訊電路板的接線是重點，檢查連線是否脫落，若脫落，請固定牢固；顯示Zero point故障，表示自動控制下零點大概離目標值有+/-4%的偏差；顯示Reference poin故障，表示自動控制下參比點大概離目標值有+/-4%的偏差；顯示5-hourly zero and reference point control故障信息，檢測PFM02的零點和參比點，表示需要標定傳感器。