高精度智能仪表在电石炉检漏系统中的应用

兰志平

摘 要： 近年来随着有机合成工业的迅速发展，电石的需求量也在不断地增加，电石工业的迅猛发展带动电石炉设备向大型、节能及环保方向发展。电石炉是将电能转化为热能的设备，这就决定了它时刻处在高温环境状态下运行。在电石生产过程中，因电石炉炉面的温度非常高（1200℃以上），为保证电炉安全运行，延长电石炉各部件的使用寿命，通常采用循环水冷却系统对夹套进行降温。本文主要结合Endress+Hauser三参数流量高精度智能仪表在电炉检漏系统中的实际应用，提出相应的解决方案。了为保障电石炉的正常运行提供重要的数据支撑

关键词：安全、爆炸、智能仪表、自动控制

电石炉检漏系统主要解决人的本质化安全问题。通过自动化改造，降低安全作业风险，将生产现场粗放型的经验管理进一步转化为精细化的数据管理，在生产运行过程中，不断总结完善，形成一套具有可操作性的的数据化管控模式。近年来，由于电石炉漏水导致的燃爆事故不断频繁，对企业的安全发展提出了更高要求。如何提高漏水事故的预判性，是降低电石生产风险的重要举措之一。

碳化钙（CaC2）俗称电石，在其生产过程中，电弧和电阻所产生的热把炉料加热至1900-2200℃，其总的化学反应式为：CaO+3C=CaC2+CO+10800千卡。

通过以上反应式不难发现，在正常电石生产过程中将产生大量的热能，热能通过设置在电石炉二楼水分配器进行对应水冷壁和各元件的通水部件进行循环冷却降温，循环水进回水温度一般为28℃～53℃之间。由于电石遇水极易发生剧烈反应，产生大量爆炸性气体。在电石生产过程中一旦发生大量漏水情况时将造成安全事故。

本方案主要利用Endress+Hauser Picomag IO-LINK高精度智能流量仪表提高电石生产过程中对传统的开式循环水的预判能力，第一时间发现炉内漏水情况，及时采取相应的应急措施，防止大量积水与高温电石反应造成闪爆事故。通过在每路冷却水回水管路上安装一台多参数流量检测仪表，实时采集回水侧每一趟管路的流量、温度变化量，并结合入口侧的压力值，综合预判管路中的水流变化情况。安装示意图如下：

由于冷却水管线的进出口温度不同，密度也不尽相同。为了对测量值进行修正，必须将测量的体积值进行温度补偿，转化为标准体积。只有这样，才能真正体现出进出口所检测的体积变化。

控制系统采用西门子S7-1500系列PLC控制系统，一改传统的模拟量数据采集控制方式，将先进的IO-link通讯技术首先应用于常规的电石行业当中，通过抗干扰能力更强的通讯数字信号代替成本高，受干扰影响大的模拟量信号采集技术。其网络组织架构如下：

通过实验数据，在3.98°C 以及1313，25 mbar压力下，水的最大密度为999，975 kg/m? 。系统中，压力所导致的密度变化没有被考虑进去，应为每增加1000mbar的压力密度仅有0，046 kg/m? 的变化。

當电石炉炉内氢气含量超过16%以上时（以某4万电石炉C3密封套测量流量为基准，正常运行流量为11.378m?/h ，进水总管压力为0.35MPa，温度35℃），通过改变各参数变化量综合评定检漏系统的精度值：

通过上述数据发现，回水管线温度和流量成一定比例关系，对该时段生产装置的运行情况进行分析，当电石炉处理料面时，C3密封套的温度和流量都将产生一个较为明显的波动。随后，在1个小时后温度和流量值上升至正常水平。随后对量程值变小后的幅值进行放大分析，归档曲线的幅值降低至0.036m?/h。在一定程度上提高了泄露分辨率。

综合上述验证性实验课得出如下结论：采用0.8级电磁流量计对电石炉二楼回水流量变化情况可进行实时测量，其测量阀值为0.1m?/h;当进水总管压力不发生变化时，回水管线泄露量达到1.7L/min时，可通过上位机的归档曲线预判出管路的漏水情况。随着循环水管路的运行时间增长，水冷夹套中的阻力增加，回水流量将呈现出一个较为平稳的趋势。而当发生漏水时，回水流量将在短时间内流量减小，直至设备补焊完毕后恢复正常流量。

结束语：通过上述实验数据可知，在不增加仪表自身的测量精度的情况，尽量缩小流量变化区间值以及电流输出值，可明显反应处水流的变化情况。例如，本次安装的某电石C3密封套的水流长时间工作在11.6m?/h区间内。当流量量程为0-20m?/h时，脉动幅值为0.158m?/h，泄露量低于本值时将无法检测到夹套漏水情况。当流量量程变更为10.5-12.5m?/h时，脉动幅值为0.036m?/h。检漏精度提高到77%左右。考虑到电石炉的经济适用性，和实际运行过程中的水流的脉动情况。采用0.8级电磁流量计可将检漏精度提高至0.1m?/h。安全方面，当某一管路发生大量漏水时，系统自动关闭对应冷却水进口管路气动阀门，防止大量冷却水流入电石炉内，与高温熔融电石产生剧烈反应造成爆炸事故。

参考文献：

[1]熊漠远.电石生产及其深加工产品[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]熊漠远.电石生产工艺学[M].成都科技大学出版社，1988.

[3]庄肃霞，张勇.用密闭电石炉尾气生产甲醇联产合成氨工艺[J].氮肥技术，2011，32（2）：10-14.