射頻導納液位計在炭素浸漬裝置的應用

王紅杰 余全豪

（中國平煤神馬集團開封炭素有限公司）

0 引言

我公司現有石墨電極高壓浸漬系統一套，該系統從德國Feist-lncon 公司全套引進。石墨電極浸漬過程是將產品置于壓力容器內，在一定的溫度和壓力條件下迫使某些呈液態的材料，即浸漬劑滲透到產品當中去，從而改變或改善產品的某些理化指標。石墨電極的浸漬過程是在浸漬罐內完成的，浸漬劑為浸漬瀝青。公司自2006 年投產以來一直使用這套浸漬設備，運行已有10 余年，全套浸漬系統根據PLC 編程自動化控制，浸漬過程中的瀝青液位和冷卻水液位都由液位計檢測控制。高壓浸漬罐原液位控制系統是Feist-lncon 公司設計安裝的國外浮球液位計，由于長時間的使用，浸漬罐液位計頻繁出現故障，影響正常生產，急需進行解決。筆者通過對石墨電極浸漬裝置中液位計故障進行分析，提出了使用新型射頻導納液位計的解決方案，并得出射頻導納液位計可以應用在浸漬裝置復雜的工作環境中。

1 原瀝青浸漬罐液位計

1.1 工作環境及作用

石墨電極的浸漬系統是按照熱進冷出的設計理念安裝的，它是一個復雜而又對工藝技術要求很高的一個工序，主要步驟為：焙燒坯-表面清理-預熱（180 ～200 ℃）-裝入浸漬罐-抽真空-注瀝青-加壓（1.2 ～1.5 MPa）-返瀝青-加水冷卻，浸漬最重要的環節是在浸漬罐中完成的。在浸漬過程中，浸漬罐的液位控制全部由液位計自動控制，如果出現液位偏差，對產品質量和生產設備都有很大的影響。浮球液位計在浸漬罐中的安裝位置如圖1 所示。

圖1 浮球液位計在浸漬罐上的安裝位置

在浸漬過程中，通過瀝青管道向浸漬罐注入瀝青，當達到頂部罐最大液位時N4 液位計輸出信號，系統將停止注入瀝青，加壓泵對罐內瀝青加壓（最高壓力1.5 MPa），罐內溫度150 ～200 ℃，加壓結束后返油泵通過管道把瀝青帶走，當瀝青排空后N5 液位計輸出空罐信號，然后冷卻水進入浸漬罐對產品進行冷卻，冷卻結束后通過管道排空冷卻水，N5 液位計輸出空罐信號，浸漬罐門打開，通過輸送車把浸漬罐內的產品拉出，整個浸漬過程結束。

1.2 結構和工作原理

原來使用的德國Feist-lncon 浮球液位計的結構如圖2 所示。

圖2 Feist-lncon 浮球液位計

工作原理:在容器的合適位置安裝法蘭與液位計進行連接，使液位計的浮球能夠接觸到所檢測的物質，當被檢測物質液位上升和下降時， 浮球受到浮力或重力的作用而上下移動，通過連桿帶動控制盒內機械機構觸發微動開關來傳遞信號，以達到檢測液位高低的目的。

2 存在問題與分析

在生產過程中出現了一些問題，制約了生產的連續性和產品的穩定性，以下是現存的問題與分析：

（1）原來浸漬罐瀝青和水的公用管道上的浮球液位計位于浸漬罐的最低點（N5），主要作用是檢測浸漬罐內的瀝青或水是否排空。浸漬罐內瀝青返完后，由于瀝青有一定的粘度，部分瀝青會粘結在浮球液位計的浮球和連桿上。浸漬罐內注水對產品進行冷卻時，罐內溫度降低，粘附在浮球和連桿上的瀝青凝固，導致浮球不能正常工作，從而出現信號不準確現象。

（2）浮球液位計連桿與后執行機構采用螺紋連接，由于使用年限較長，浸漬罐工況復雜，致使螺紋經常松動，造成浮球與連桿脫落掉入浸漬罐內，導致不能測量罐內瀝青或水的液位。并且浮球脫落后會隨著管道流向進入主管道，造成管道堵塞，損壞閥門或瀝青泵。

（3）同型號浮球液位計屬進口設備，購買周期長、費用高，影響設備維修及時性和維修成本。

3 解決措施

為了解決生產中因為液位計故障影響正常生產的問題，通過查閱相關資料、尋找同類型測量物位的裝置，結合公司設備工作環境、設備工藝要求和使用需求，經過前期反復論證，最終選用射頻導納液位計進行安裝、試用。在訂購設備時，要求廠家制作與現場同型號大小的連接法蘭，保證探測桿的有效長度，以及需要傳輸信號的要求電壓，以減少對現有管道、線路的改動。射頻導納液位計結構及安裝位置如圖3 所示。

圖3 射頻導納液位計結構及安裝位置

3.1 射頻導納液位計

射頻導納液位計測量物料技術是經過改良的新型液位測量技術，是從電容式物位控制技術發展起來的，主要應用了射頻信號，此次所選用的DV101 射頻導納液位計加入了Driving-Shield 電路。

3.1.1 主要組成部分和技術參數

射頻導納液位計主要有檢測部分和變送裝置部分組成。檢測部分主要包括中心探桿、保護外殼、指示儀表等；變送裝置部分由振蕩器、修正誤差電路、電橋、信號調節器、屏蔽電路、電流電壓轉換電路等組成[1]。

射頻導納液位計的中心探桿使用的304 不銹鋼，絕緣材料為PTFE，其主要技術參數見表1。

表1 射頻導納液位計主要技術參數

3.1.2 工作原理

射頻導納液位計是利用高頻無線電波測量導納，當儀表開始工作時，儀表內的傳感器與罐壁及被測介質形成導納值，當圖3 中管道內的物料物位出現變化，中心探桿接觸到物料時，導納值隨著液位的高低相應變化，電路單元（變送裝置）將測量導納值轉換成物位信號輸出，實現物位測量。在測量物料液位時，射頻信號經濾波電路將干擾成分濾掉，測量的的信號包含物位信息和掛料信息，經過有效屏蔽層處理屏蔽了干擾信號，獲得純凈的物位信號，避免虛假信號[2]。公司使用的DV101射頻導納液位計中的屏蔽電路能夠阻止射頻電流通過掛料形成回路，由掛料產生的影響能夠被識別，并且通過電橋的移相處理從總的輸出中消除，從而避免了檢測探頭端掛料對測量準確性的影響。

3.2 安裝試用

根據石墨電極浸漬工藝，當浸漬罐檢測到罐內瀝青返完后，浸漬罐出現空罐信號并傳輸到控制室上位機，通過PLC 程序執行下一工藝（浸漬罐內需要注水對產品進行冷卻），浸漬罐內溫度降低，罐內溫度低于浸漬瀝青軟化點，因此粘附在物位計上的瀝青最終凝固在探頭上。 為了更好地驗證射頻導納液位計是否適用于浸漬罐中，決定把液位計安裝在工況條件相對比較復雜的浸漬罐瀝青和水的公用管道內。通過前期的充分研討，連接法蘭大小、供電電壓以及液位計探測桿的有效長度均符合現場使用要求。安裝完成后進行了反復調試，在確定沒有問題的情況下進行正常生產投料試驗。第一次試用過程中檢測信號正常，生產結束后把此液位計拆除，檢查射頻導納液位計外觀及掛料情況。通過檢查發現探測桿外觀完好，有少量掛料現象，檢查完后安裝繼續使用，無異常情況發生。

4 結語

射頻導納液位計具有獨特的電路設計和傳感器結構，使其檢測可以不受傳感器探頭掛料的影響，不需要定期清理，避免出現誤測量和假信號。在測量過程中，雖然浸漬罐內部有較高的壓力，使液位計承受罐內液體的沖擊，但因無可動部件，不存在機械部件容易損壞的問題，無需經常維護。射頻導納液位計檢測料位不受環境變化影響，穩定性能高，相比于傳統機械式的物位計使用壽命長。與浮球液位計相比，射頻導納液位計具有在浸漬罐內與高溫瀝青接觸部分結構簡單，探頭材質耐溫耐壓，不會出現機械故障，穩定性能高等優點。當瀝青黏附在檢測桿上，并不會影響液位計的測量精度，解決了因液位計掛料而出現虛假信號，避免了原有液位計浮球連接螺桿脫落進入管道，造成管道堵塞或其他設備故障。通過生產使用效果來看，射頻導納液位計滿足石墨電極浸漬裝置的生產工藝需求。