扭转振荡式黏度计的调校维护及故障处理

张 静

(中国石化上海石油化工股份有限公司公用事业部，上海 200540)

扭转振荡式黏度计的调校维护及故障处理

张 静

(中国石化上海石油化工股份有限公司公用事业部，上海 200540)

在聚酯切片连续生产过程中，黏度控制地好坏直接影响成品质量，一旦发生黏度超标，产品质量就会降等，造成严重的经济损失。根据扭转振荡式(TOV)黏度计原理，掌握正确调校、维护经验数据和方法，以实现快速判断和处理TOV黏度计故障，确保特性黏度控制稳定的目的。

扭转振荡式黏度计 调校 故障处理

在聚酯生产中,熔体黏度是一个十分重要的参数,通常在熔体泵的出口安装在线黏度计用于检测，并与末端反应釜真空控制回路组成串级回路实现控制。但是由于该扭转振荡式(TOV)黏度计结构复杂、调校步骤繁多，涉及聚酯行业操作经验数据，仪表维护人员难以掌握，发生故障后处理难度大。

1 TOV黏度计常见故障

由于TOV黏度计集成度较高，在日常运行维护中，无论卡板硬件故障或者调校不当，都可能出现仪表故障现象，造成TOV黏度仪表计控制或指示异常[1]。TOV黏度计的一种常见故障是指示异常，表现为无指示或长时间维持异常偏高或偏低数值。这一现象的发生，较为普遍的原因是硬件故障，包括仪表线路、供电电源、信号输入和输出卡件及信号检测部件故障等。而TOV黏度计另一种更普遍的故障表现为：黏度控制不稳定、黏度指示不能正确反应真实黏度变化趋势，这种故障往往不易察觉，对装置产品质量影响最大。此种故障的发生，通常是对黏度计的调校及维护不到位、控制参数设置不恰当所致。

2 TOV黏度计介绍

2.1 TOV黏度计的工作原理

TOV黏度计由带法兰的探头(Probe)和转换器(Transducer)两大部分组成(见图1)。探头直接安装在熔体管线上，球型的探头浸在工艺介质中，以其谐振频率等幅振荡，由转换器供给探头的电源以启动并维持其等幅振荡，工作原理如图2所示。当黏性介质流过探头时，由于介质的黏性拖住探头而使其振幅衰减，介质黏度越高，拖力越大，为维持探头等幅振荡所需的电能越多。TOV转换器能检测到系统中补充电能的变化，并将它转换成与介质黏度成比例的4～20 mA直流信号至集散控制系统(DCS)参与控制[2]。

图1 TOV黏度计接线

图2 TOV探头原理

2.2 TOV黏度计信号传输流程

(1)TOV黏度计的黏度信号检测和传输的过程为：由探头检测器、前置放大器、J11输入卡、J17脉冲/驱动卡及驱动线圈组成一个反馈回路。当介质黏度增大时，探头振荡阻力增大，探头检测器检测到信号将减弱，此信号经前置放大器放大后送到J11卡输入，在J11卡内信号经过校正并且转换成放大的信号，然后与设定的电压进行比较，其偏差送到控制器，控制器输出将增大，继续送到J17卡，以生成一个新的增大的电流输出去驱动线圈，以维持探头等幅振荡。由J11卡接收到的原始信号，同时也送到J13卡和J15卡用作调整。

(2)J15卡一方面输出未补偿黏度信号到J19卡，然后转换成4～20 mA直流信号，另一方面输出压力补偿信号。

(3)J13卡一方面接受来自探头的温度信号RTD，然后输出温度信号送到J19卡，并转换成4～20 mA信号；另一方面把温度补偿后的黏度信号再综合压力补偿，然后送到J21卡，并转换成4～20 mA信号。

2.3 压力补偿对黏度测量的影响

TOV黏度计压力补偿范围为-4.9～4.9 MPa，即由于熔体过滤器逐渐变脏，引起过滤器前压力变化时，TOV黏度计也将补偿其压力变化对黏度测量的影响。当压力补偿已不能够完全消除压力变化对黏度测量的影响，必须合理安排熔体过滤器切换，消除压力变化引起的黏度测量误差。

3 TOV黏度计的调校及维护

3.1 TOV黏度计的离线调校

3.1.1 TOV黏度计探头安装前检测

安装前检测的主要内容为：探头开箱后，仪表安装人员应核对卡件是否完整，包括任选卡件；将TOV黏度计探头置于专用工作台上，特别注意保护探头；确保电源开关关闭；置转换器面板上“Comp.,Visc Course Zero”置于P3位置(黏度计零位粗调位对聚酯产品而言就是P3，只有改产品时才调)；对照探头启动表，检查各卡件电位器及跨接线的设置是否正常；检查探头与转换器之间的连线,转换器与DCS连线可暂不接，压力变送器连线也可暂不接；设定J11卡/电位器P0的阻值为300 Ω，调J11卡电位器P3，使J11卡TP7电压为0 V(调平衡)；检查J11卡的TP4电压是否在-5～7.5 V的正常工作电压范围(如不在此范围内则检查接头与转换器之间接线，特别是驱动线圈F、G、H是否接反)。以上各项确认完好后，可初步确认探头完好、动作正常。

3.1.2 TOV黏度探头安装后检测

当探头已装到工艺管线上，探头到转换器的接线已完成，电源线已接入，转换器到DCS的连线也已完成，工艺介质尚未引入管线，这时仪表安装人员需进行再一次检查。安装后检测的主要内容为：检查设定J11卡P0电位器阻值为300 Ω，调正J11卡P3电位器，使J11卡TP7电压为0 V；检查J11卡TP4的电压在-5～7.5 V的正常工作电压范围；观察J17卡上发光二极管(LED)灯,当探头在空气中时，呈暗红色；检查设定J13卡SPAN电位器到7(对聚酯产品而言，经验值是7，改变SPAN就是改变增益，减少SPAN意味着增大增益，增大SPAN意味着减少增益)；按J13卡上“Temp.Comp.Set Point”按钮1 s，然后松开，此时J13卡TP2的电压为0 V，说明温度补偿工作正常。

采用SPSS11.0统计软件进行分析,计量资料以(±s)描述,采用两独立样本t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

通过以上检测，说明探头和转换器之间连线正确，探头动作正常，有关电位器设定只是开始，在今后在线调整时可以再做调整。

3.2 TOV黏度计的在线调校

探头已装在管线上，所有接线均已完成，探头检查完毕，温度调整完成后，此时工艺流程已打通、黏度稳定、达到正常操作温度，可以进行TOV黏度计在线校准。在线调校的好坏直接决定黏度计在线控制效果的优劣，调校要点包括以下几方面。

3.2.1 TOV黏度计的开机检测

黏度计开机主要检查以下几方面：通过J13卡P3电位器(调平衡)，调节J11卡TP7电压为0 V；调节J17卡TP 11电压为2～3 V，通过调J11卡P0(调灵敏度)，也可用示波器查看J11上TP1和TP 12波形，其正弦波清晰，说明此时灵敏度适中；检查J13卡SPAN为7(系经验值,也作为初始值)；检查J13卡的T/V为8(系经验值,也作为初始值)。

3.2.2 温度补偿调整

当熔体温度发生变化后，黏度计的输出值应及时反映温度黏度的变化，出现黏度变化滞后时调整J17卡上电位器P2，使黏度计输出反应及时，直到温度与黏度变化吻合为止。黏度计J13卡上T/V电位器是用于调整温度补偿的，T/V电位器的初始值为8。当熔体温度发生变化时，若没有温度补偿，DCS上黏度示值就会降低，此时需要通过调整J13卡上T/V电位器，使黏度计示值返回到基准测量温度下的水平。

3.2.3 压力补偿调整

当熔体过滤器干净时，熔体过滤器入口压力最低，此时须做压力补偿调整：调节TOV设定值时，应确保TOV处在就地控制；将电源调节开关(DVM)上电压选择开关切换(型号为TOVM1.0)或选择(型号为TOVM2.0)到2～10 V。设定J15卡电位器P2的值为5(此值为经验值)；调节J15卡P1电位器(平衡压力补偿电路)，使TP4的电压值为0 V。

当熔体过滤器脏时，入口压力升高，DCS上黏度示值逐渐下降，调节J15卡P2电位器(朝增大方向)，直至压力补偿后的黏度回到原来的值。一旦压力改变，须再次完成上述步骤，以在新的运行压力下重新平衡补偿电路。

3.2.4 TOV黏度计的维护

装置停车时，需及时关掉TOV电源，再次开车后，待聚合物完全熔化2～3 h后，才能将TOV电源接通。TOV黏度计探头置于管道腔体内直接与熔体物料接触，若管道内熔体没有排空，熔体冷却后凝固，而TOV探头仍在振荡，仪表电路仍企图维持其等幅振荡，这时就容易损坏探头。

在TOV黏度计运行时，不能调J11卡上P0电位器，否则将引起黏度示值的漂移，并且改变探头的灵敏度。对聚酯工艺而言，黏度计调整增益的J13卡SPAN电位器，其经验值为7；温度补偿调整电位器J13-T/V为0.5；压力补偿调整J15卡P2电位器为5，J15卡P4电位器为7；当操作温度偏离原先的正常值比较多时，或进行产品品种调整时，TOV黏度计指示值会发生漂移，需要按一下J13卡上“Temp.comp.set point#”按钮，该按钮可将温度偏移补偿到标准状态时的温度，然后微调J20卡P3电位器，使DCS示值为50%。

3.3 TOV黏度计的生产应用

流程聚酯切片生产线选用了美国MANSCO公司TOV黏度计，TOV黏度计与终聚反应釜真空系统组成串级回路，真空系统1%的变化就会造成黏度读取值1%的变化(见图3)。该装置温度为281～290 ℃，真空度为100～300 Pa，反应釜出口液位120～300 mm，产量为14.1 t/h，黏度控制指标为0.680 dL/g。

图3 TOV黏度计控制原理

从图3可以看出：现场黏度计将黏度信号输送到TOV转换器，通过转换器将补偿后的黏度测量信号送到DCS系统，在DCS系统内部与终聚釜真空压力控制组态为串级控制[3]。现场检测黏度发生变化时，通过调节真空调节阀改变反应釜真空压力，保持黏度控制稳定，如图4所示。

图4 TOV黏度计控制回路

4 TOV黏度计故障分析及处理

4.1 TOV黏度计指示异常

(1)故障分析

发生异常的黏度计现场使用已近20年，经检查一次表探针头无振动，二次表电源供电正常，J11信号输入线路板上的电压为14 V，信号属于异常饱和状态。可能的原因为：测量探头或振荡线圈故障；线圈与衔铁之间的间隙距离不当，造成信号输入异常。

(2)故障处理

黏度计切到就地控制，断开电源，用万用表测振荡线圈及测量线圈阻值，驱动线圈标准阻值约为4.4 Ω，测量线圈阻值为0.7～1 kΩ。经测量发现有一组驱动线圈开路，打开TOV探头发现振荡线圈耐高温线脱落，重新剥开高温线外绝缘层，采用喷灯银焊后驱动线圈正常，通上电源调试各管脚电压后，投入正常使用。

4.2 TOV黏度计指示异常漂移

(1)故障分析

该条生产线安装有A、B两台黏度计，一用一备，出现此故障现象时化验室黏度分析值稳定，而一台黏度计测量趋势变化也较稳定，故判断发生异常漂移的黏度计指示出现了故障。根据黏度计工作原理判断，该黏度计故障原因主要有线路松动或接触不良；黏度计内部线路存在干扰信号；温度或压力补偿参数不符合当前工况。

(2)故障处理

黏度计切到就地控制，断开电源，首先检查黏度计所有回路的接线部分，对所有信号电缆的绝缘检查、接线端子紧固、线路板的接插件检查紧固。线路确认后，该故障现象未消除，排除了线路故障的情况。此外，通过降低预放大器灵敏度和增加黏度测量回路处理时间常数，以提高回路抗干扰能力。具体方法如下：先调整J13线路板上的P5旋钮，顺时针调整180度从而增加黏度测量回路处理时间常数；再调整J15线路板上的P2旋钮从10K调到1K，减少压力的补偿，调整好后黏度计指示回归正常曲线指示。

5 结语

TOV黏度计在国内聚酯生产装置中使用广泛，该仪表设备具有集成度较高、安装方便、使用简单、故障率低等优点，但是日常维护及故障处理难度较大，对仪表维护检修人员要求较高，需要熟练掌握该仪表结构和控制原理，不断丰富现场维护和故障处理经验，确保黏度计可靠运行，保证聚酯产品质量。

[1] 高骥，邱慧玲.TOV黏度计的应用[J].聚酯工业，2004(5)：14-17.

[2] 王淑红，庄侃，郭强.振动式在线黏度计在合成橡胶生产中的应用[J].石油化工自动化，2005(4)：62-64.

[3] 章新友，周旭清，章青.黏度计测量原理分析与改进[J].大学物理，2007，26(2)：35-38.

Calibration and Maintenance of TOV Viscometer

Zhang Jing

(PublicUtilitiesDepartment,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

IIn the process of continuous production of polyester chips,the viscosity control has a direct impact on the quality of finished products.If the viscosity exceeds standards,the product quality will be degraded,resulting in serious economic loss.This paper introduces the experience data and methods in correct adjustment and maintenance of viscometer based on the principle of viscometer,so as to to achieve rapid judgment and treatment of viscometer failure,and ensure the stability of the intrinsic viscosity control.

TOV viscometer,calibration,fault handling

2017-03-20。

张静，男，1982年出生，2006年毕业于武汉理工大学电气工程及其自动化专业，工程师，长期从事仪表管理工作。

1674-1099 (2017)03-0047-04

TH836

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