摘要：以３＃高爐膨脹罐液位為例，介紹了高爐膨脹罐液位的測量原理及改進方法。通過與以往測量方式進行比較和分析，提出切實可行的改進方案。通過這種簡單易操作的改進，有效地降低設備故障率。通過此方案的實施，在維持該設備檢測系統(tǒng)穩(wěn)定運行的同時，保證測量數(shù)據(jù)的準確性，從而達到確保髙爐穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。

 

    前言

    液位測量是工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)中zui常用的測量參數(shù)之一，主要是為了掌握常壓或帶壓容器內(nèi)液位、界面的數(shù)值。在液位的測量設備中，有很多種類型的儀表，這些儀表看似簡單，但在使用中卻經(jīng)常出現(xiàn)很多問題，分析原因既有選型不當、安裝問題，也有沒有解決好產(chǎn)品的現(xiàn)場應用問題。只有深人了解現(xiàn)場工藝各方面情況，做到有針對性合理選型，解決好產(chǎn)品應用問題，才能保證液位測量的準確，從而實現(xiàn)儀表長周期穩(wěn)定運行，滿足生產(chǎn)的需要。高爐膨脹罐不僅僅應用在煉鐵高爐給排水系統(tǒng)中，在空調(diào)冷凍水的管道中也經(jīng)常應用。穩(wěn)壓膨壓差法脹罐系統(tǒng)是氮氣沖壓，該系統(tǒng)是給高爐冷卻供水用，水循環(huán)動力由高壓供水泵提供，膨脹罐系統(tǒng)設在水栗前面，也就是水未加壓前。它的工作原理很簡單，就是保證整個管道中的壓力保持在一定的值，不會因管路過長或缺水等原因造成壓力大幅度變化。其結(jié)構(gòu)就是由１只內(nèi)部帶彈簧的壓力罐和１個泵組成的。罐體內(nèi)部在彈簧的作用下維持管道內(nèi)一定的壓力，當管道缺水或壓力不穩(wěn)時，將罐內(nèi)的水迅速補充進去，同時開啟水泵補水。當壓力超過時，水會被罐體吸收進去，從而穩(wěn)定管道壓力。

 

    １現(xiàn)狀分析

    高爐膨脹罐液位測量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１所示。

 

 

 

    高爐系統(tǒng)膨脹罐液位的測量分為現(xiàn)場顯示（磁測，原設計采用磁浮子液位計測量。而數(shù)據(jù)檢測傳浮子翻板液位計）和檢測儀表（隔膜密封式差壓變輸?shù)接嬎銠C內(nèi)則選用了隔膜密封式差壓變送器。在送器）兩個部分。為方便崗位操作人員現(xiàn)場巡檢觀投產(chǎn)使用過程中，故障率很高，特別高爐生產(chǎn)后不久就進人冬季，給維護帶來了極大的不便。在高爐系統(tǒng)中，膨脹罐位于爐頂部分，屬于關鍵設備。一方面，它是高爐循環(huán)水冷卻的一部分，通過它加大壓力，達到有效循環(huán)冷卻的作用；另一方面，膨脹罐內(nèi)部充氮氣，在水的循環(huán)冷卻過程中，起到抗腐蝕氧化的作用。其液位測量聯(lián)鎖后通過網(wǎng)線傳至動力水泵房，自動控制補水泵的啟停，實現(xiàn)補水。一般膨脹罐水位控制要求不低于１．２ｍ，以確保高爐冷卻壁、熱風閥等工藝重要設備的冷卻需要。

 

    ２故障原因分析

    ２．１液位計存在缺陷

    原設計使用隔膜式遠傳差壓液位計。它的測量原理也是取正負差壓（即），集成型系統(tǒng)。由于油罐往往是圓柱形，其截面圓的面積Ｓ是不變的。那么，重量Ｓ不變，Ｇ與ＡＰ成正比關系。即只要準確地檢測出ＡＰ值，與高度Ａｈ成反比，在溫度變化時，雖然油品體積膨脹或縮小，實際液位升高或降低，所檢測到的壓力始終是保持不變的。

 

    Ｇ＝ＡＰ.Ｓ＝ｐｇＡｈ.Ｓ

 

    在使用中發(fā)現(xiàn)，氣溫達到－ｚｏｔ時，數(shù)據(jù)傳輸反應遲鈍，誤差就會增大。究其原因，此測量儀器是遠傳式，內(nèi)部傳遞液怕臟、怕凍。北方的天氣環(huán)境決定了其測量效果。在冬季寒冷時，測量就會不準確。此外，在處理故障、拆卸膜盒時，很容易磕碰到膜盒，對測量精度影響更嚴重，從而無法滿總高爐工藝要求，精準測量。

 

    磁浮子液位計是以浮子內(nèi)磁鋼驅(qū)動雙色薄片的翻轉(zhuǎn)來指示液位的１種新型儀表。主體內(nèi)磁浮子隨液位的升降而上下運動，同時驅(qū)使主體外指示器內(nèi)的雙色薄片翻轉(zhuǎn)，有液位時轉(zhuǎn)示紅色、無液位時轉(zhuǎn)示黑色。紅色和黑色色帶間的界線即代表液位高度。在指示器左側(cè)配有醒目的刻度標尺，從而使液位的指示顯得更加清晰。

 

    磁翻板zui大的缺點就是怕臟、怕凍。而高爐膨脹罐中的循環(huán)水不是潔凈水，北方的天氣到了冬季又會很冷。此種設備在使用中弊端極大，具體表現(xiàn)為以下三點：

 

    （１）磁浮子液位計因臟堵塞后，必須拆下修理。因液位計體積較大，維修十分不便。

 

    （２）因測量水液位，無電伴熱，冬季發(fā)生凍堵，引發(fā)故障，投產(chǎn)后期整改過。

 

    （３）現(xiàn)磁浮子液位計已損壞，無法使用。

 

    ２．２取壓位置存在缺陷

    基于原設計采用的磁翻板液位計和隔膜式遠傳式差壓液位計存在的缺陷，采用了壓差法測量。zui初安裝位置如圖１所示。圖１中的ＰＴ－０１，此處并非連通器，內(nèi)部存水影響測量精度。ＰＴ－０２處安裝的變送器，實際使用中發(fā)現(xiàn)，變送器極易堵塞，后改到左側(cè)磁翻板處，并增加三通，可排污，因其距離膨脹罐底部有ｌｍ，零點需負遷移。

 

    ３整改方案

    ３．１改變測量方法

    儀表選型：使用智能壓力變送器，新型號為ＥＪＡ５３０Ａ－ＥＢＳ４－０２ＥＥ／ＮＦ１。２臺儀表線路及模板接線利用原有線路實施，將原膨脹罐壓力取消，因原測點不合理，取在罐中部，不能反映真實罐壓。

 

    改進原理是使用智能壓力變送器方案進行改動。方法是在膨脹罐上下部分別安裝２臺智能壓力變送器，分別測得各自壓力值。其中下部壓力為：

 

    Ｐ下＝Ｐ水＋Ｐ氣

 

    依據(jù)理論：Ｐ＝ｐｇｈ

 

    式中，ｈ為液體高度；ｐ為液體密度，水密度是ｌｘｌ０３ｋｇ／ｍ３（正常工作時，灌內(nèi)水的溫度在４０Ｔ左右，經(jīng)查證，此時水的密度為０．９９２ｘｌ０３ｋｇ／ｍ３）；ｇ為重力加速度，為常量９．８Ｎ／Ｋｇ。

 

    Ｐ液＝Ｐ下－Ｐ氣

    由于ｌｍ水柱為ｌＯｋｐａ，測得Ｐ

 

    液后得到Ｌ米（液位）。

 

    儀表測量量程的確定：根據(jù)工藝要求，Ｎ２沖壓為６０￣７０ｋＰａ。在變送器測量過程中，其數(shù)值在量程的１／３￣２／３之間，比較精確。此外，罐體高度為６ｍ，漫灌時水壓為６０ｋＰａ。從而選取壓力變送器的量程范圍為１５０ｋＰａ，即髙爐兩臺壓力變送器量程確定為：上部壓力量程為０￣１５０ｋＰａ，下部零點負遷移后量程為：－１０￣１４０ｋＰａ；對應液位量程：０￣６ｍ。

 

    液位計使用示例如圖２所示。

 

    ３．２修改計算機程序

    軟件畫面增加１點壓力顯示，即罐下部壓力，滿足崗位需要，液位用原顯示畫面。

 

    ＰＬＣ軟件修改功能模塊，做減法運算后，輸出端給控制開出信號端，實現(xiàn)測量控制；設定補水控制點（定值）均不改變。

 

 

 

    ４  測量方式改進后的效果

    結(jié)合現(xiàn)場工藝需求和現(xiàn)場儀表維護使用經(jīng)驗，經(jīng)高爐本和自動化維護兩家單位共同商議，確定實施此改進測量方案。從確保滿足高爐冷卻壁、熱風閥等工藝重要設備的冷卻需要出發(fā)，以穩(wěn)定設備長周期運行為基礎，進而達到穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。

 

    （１）改進后的膨脹管液位測量系統(tǒng)解決了因選型不當造成的設備不適用問題，杜絕了因季節(jié)天氣等外界因素而造成的凍堵隱患，大大提升了系統(tǒng)設備的運行穩(wěn)定性，保證了測量數(shù)據(jù)的準確可靠。

 

    （２）從維護作業(yè)角度考慮，實現(xiàn)了維護簡單，盡可能減少儀表故障的發(fā)生，縮短故障處理時間，降低維護量，使用運行效果良好。