基于活性焦脱硫工程的料位仪表选型

2016-07-01吴红锋张肖汉

综合智慧能源 2016年4期

关键词：电容式仪表射频

吴红锋，张肖汉

(上海克硫环保科技股份有限公司，上海　201203)

基于活性焦脱硫工程的料位仪表选型

吴红锋，张肖汉

(上海克硫环保科技股份有限公司，上海201203)

摘要：根据料位仪表在活性焦脱硫工程中的应用，选取了几种检测固体颗粒介质料位的常见仪表，对比、分析其工作原理、产品特点、安装要求及在物料循环输送过程中活性焦对料位仪表的影响，针对不同情况比选出了适合应用于活性焦脱硫装置的高性价比料位仪表。

关键词：料位仪表；阻移式；阻旋式；电容式；射频导纳式；振棒式；雷达料位计；活性焦；脱硫

0引言

随着国家对环境保护的要求越来越高，活性焦烟气脱硫技术因具有强吸附性、可资源化、基本不用水等优势从众多脱硫技术中脱颖而出，在市场中占有越来越重要的地位。活性焦脱硫工程中的物料循环系统是整个脱硫系统的生命线，它的运行状况直接影响脱硫系统的投运。物料循环系统的正常运行又取决于系统内各个料仓料位测量的准确性，可以说，料位仪表的准确测量是整个脱硫系统正常投运的关键，装置内料位的实时监测是保障设备安全、高效运行，适应现代化生产管理的前提。结合料位仪表在活性焦脱硫项目中的实际应用情况，选取了阻旋式、阻移式、电容式、射频导纳式、振棒式料位开关及雷达料位计进行对比、分析及总结。

1各种料位仪表的应用

活性焦是以煤炭为原料的一种新型吸附材料，工业上多使用直径为5 mm或9 mm的柱状固体颗粒活性焦[1]。活性焦会在物理吸附、化学再生及物料循环过程中因气化变脆、破损、磨损而出现粉化现象，从而导致物料粉尘对料仓本体和料位测量仪表黏附严重，造成常规方法无法测量料位或误报。不同种类的料位仪表在活性焦脱硫工程中的具体应用情况分析如下。

1.1阻旋式和阻移式料位开关

活性焦烟气脱硫技术发展前期基本都使用阻旋式或阻移式料位开关，这2种料位开关既可水平安装在料仓侧壁上，也可垂直安装在料仓顶部。阻旋式和阻移式料位开关都属于机械式开关，是带微电机的机电式仪表。其工作原理为：通过电机来驱动传动杆末端的检测板转动，当物料覆盖并阻止检测板转动时，输出触点报警信号，同时切断电机电源；当料位下降时，检测板由被覆盖状态变为释放状态，弹簧返回原工作位置，输出相反的触点报警信号，电机回路接通，检测板继续转动[2]。阻旋式和阻移式料位开关的测量只与实际料位的高低有关，不受介质本身参数、仓内检测环境、噪声及电磁干扰的影响，加上其价格低廉，应用较为广泛。

白银有色集团股份有限公司铜业公司粗炼工程环集脱硫项目使用了上海格研电子科技有限公司生产的SR20A型阻旋式料位开关，但使用一段时间后发现其准确率越来越低，经常出现检测板卡死、电机烧毁、仪表损坏的情况。经过分析发现主要有2方面原因：一是活性焦粉化后沿轴渗入及腐蚀造成机械磨损，影响了仪表寿命；二是高料位计频繁周期性动作，容易烧坏电机。另外，料层一般不会低于低料位，所以低料位计电机长期不动作，弹簧一直处于拉伸状态，也容易出现料位开关卡死的情况。

实际应用过程中，建议侧装时采用阻移式料位开关，并安装保护套管，在套管顶部，即叶片位置处从中间剖开，只留上半部分，安装示意如图1所示。这种安装方式可以在旋转轴头部形成死区，避免整个叶片及轴的头部埋在料内，防止活性焦灰粉沿轴渗入，从而延长了料位开关的使用寿命。采用顶装方式时，因不能安装保护套管，建议采用阻旋式料位开关，叶片可以360°旋转。

1.2电容式和射频导纳式料位开关

电容式料位开关因测量结构简单、价格低廉、性能可靠、测量结果与介质密度等因素无关而被广泛应用。其工作原理为：利用开关的探头(感应极)与仓壁(接地电极)作为电容器的2个极板，当电容器的2个极板间的介质发生变化时，其电容值也会发生变化，当这一变化值达到料位开关的设定值时，转

第4期

吴红锋，等：基于活性焦脱硫工程的料位仪表选型

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图1　阻移式料位开关安装示意

换开关信号输出，反映出被测介质界面的高低。巴彦淖尔紫金有色金属公司2×260 t锅炉活性焦干法脱硫工程就采用了恩德斯·豪斯公司生产的FTI55型电容式料位开关。从使用经验看，由于活性焦在脱硫过程中会出现粉化，活性焦粉具有黏附性，会黏附在探头上，形成挂料，造成虚假料位，使料位开关产生误动作，需要经常断电复位，这样很影响物料循环系统的正常运行。因此，在活性焦脱硫装置的料位测量中不建议使用电容式料位开关。

射频导纳料位开关是一种从电容式料位开关发展起来的料位控制技术，与电容式料位开关最重要的区别在于测量具有多样化和采用了三电极技术。射频导纳料位开关测量的多样化在于不仅测量介质的电容量，还测量电阻和电感量，使测量更加准确；三电极技术包括电子单元和传感器，传感器结构如图2所示，在测量电极和地极之间加入了屏蔽电极，将测量电极保护起来，不受挂料影响。射频导纳料位开关的中心探杆与屏蔽层之间没有电势差，即使传感器上有挂料，由于阻抗较小，也不会有电流流过，电子单元测量的是从传感器中心到对面罐壁(地极)的电流，因为屏蔽层能阻碍电流沿传感器返回容器壁，因此对地电流只能经传感器未端通过被测物料到对面容器壁。虽然屏蔽层与容器壁之间存在电势差，两者之间有电流流过，但该电流不被测量，不影响测量结果，这样就将测量端保护起来，不受挂料的影响。只有容器中的物料确实上升接触到中心探杆时，通过被测物料，中心探杆与地之间才能形成被测电流，仪表检测到该电流，产生有效输出信号。

图2　射频导纳料位开关传感器结构

由于射频导纳料位开关能有效防止挂料，河北前进钢铁集团有限公司新建的110万m3/h活性焦干法烟气综合治理项目，日照钢铁控股集团有限公司#2烧结机烟气脱硫工程等都使用了国产品牌的射频导纳料位开关，并在活性焦脱硫装置的料位测量中取得了良好效果，测量准确，基本无误动作。但在安装时需注意传感元件的金属管屏蔽段一定要伸出仓壁最小50 mm，并远离下料口，若下料口在较窄的料仓中间顶部时，最好倾斜安装，安装角度推荐15°～20°。

1.3振棒式料位开关

振棒式料位开关运用音叉式料位开关的共振原理，振动管和内置的振动棒构成共振探头，在压电元件的驱动下产生振动。当料位高时，探杆周围被物料包围，振动幅度急剧减少，输出触点报警信号；当料位低时，探头包围物料得到释放，探头开始振动，输出相反的触点报警信号。

振棒式料位开关采用圆柱形单根探测杆结构，这决定了它具有不怕挂料、不怕冲击的优点，且与传统的音叉式料位开关相比没有夹料问题，灵敏度更高，使其在工业现场更具有适应性。珲春紫金矿业多金属公司硫酸尾气及环集烟气活性焦脱硫工程中部分料位开关采用了深圳计为自动化技术有限公司生产的Tube-11系列振棒式料位开关，测量准确、无误报。

1.4雷达料位计

雷达料位计是利用电磁波的特殊性能，基于时间行程原理进行测量的高精度仪表[3]。雷达料位计相对于料位开关来说价格较高，但其具有测量连续性、精度高、维护方便等优势。从料面不规则、物料有黏附性、存在粉尘及性价比等方面综合考虑，上海克硫环保科技股份有限公司在前期工程项目中选择采用其他料位开关，在珲春项目中首次尝试在再生塔料位测量中采用雷达料位计，选用的是西门子公司生产的SITRANS LR560型雷达料位计，它作为第1款78 GHz频率的雷达料位计，发射的短波长电磁波可以从固体物料处获得异常良好的信号反射，并且它发射的4°窄波束可以避免料仓壁上的阻碍物和其他装置的干扰，是一种可以安装在料仓顶部任何地方的非接触式的两线制连续调频雷达料位计，其支持可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议(HART)，独特的平面天线可有效防止物料附着，同时也可清除异常黏附的固体物料，瞄准器型法兰可以帮助波束对准特定区域，有效避免了活性焦输送料面不规则、具有黏附性及存在粉尘等因素对测量的影响。

通过一段时间的运行证明，西门子LR560型雷达料位计测量效果良好，适用于活性焦脱硫装置的料位测量。且雷达料位计可进行连续测量，输出4～20 mA模拟量信号到分散控制系统(DCS)，并在监控画面上显示实时数值，方便操作人员实时了解再生塔内料位的实际情况，可根据实际运行情况随时调整参与物料循环系统的自动联锁控制，使再生塔料位处于最优状态，确保物料循环系统的稳定、顺畅运行。

2几种料位仪表的应用比较

料位仪表的选型需结合仪表工作原理与实际工况进行筛选，以365 d为测试周期，对上述料位仪表的应用情况进行统计，其比较见表1。