加压过滤机入料泵综合保护装置的研究和应用

郝杰，武建平，李梦苇，薛新顺

（1.平煤股份八矿选煤厂；2.平顶山市安盛机械制造有限公司，河南 平顶山 467000）

加压过滤机作为选煤厂重要的脱水设备，在控制精煤水分，保证精煤质量方面具有非常重要的意义。平煤股份八矿选煤厂是平煤股份的主力选煤厂之一，采用重介浮选联合工艺，年入洗能力600万吨。浮选精煤脱水工艺采用4台GPJ120型加压过滤机完成。该型加压过滤机配用渣浆泵作为浮选入料设备，2021年4月，选煤车间一加压过滤机入料泵运行中发生泵体炸裂事故，造成了一定的经济损失，并存在较大的人身伤害风险。如果不能找到原因并进行控制将给洗选生产埋下较大的安全隐患。通过对入料泵爆裂或爆炸机理的分析，找到了合理的保护方法，制作了科学有效的保护装置，对保障安全生产具有重要的意义。

1 入料泵爆裂和爆炸机理的分析

经过对当时设备运行情况的分析，经查阅相关资料，初步确定了入料泵爆裂的原因。浮选工艺需要加入浮选药剂，这决定了浮选入料中必然含有一定的气泡，当浮选工艺发生偏差时，会加大浮选入料的泡沫化情况，导致入料效率降低，或者长时间不上量，此时按照程序设定模式，入料泵会自动进入高速运行模式，试图加大入料量，提高入料速度。而入料泵高速运转，会造成入料泵工作条件更加恶劣，大量吸入泡沫，造成泵腔压力升高，过流件高速运转与泡沫摩擦，导致泵腔高温，水分气化，含浮选药剂的煤粉充斥泵腔，在进一步高速摩擦下，会造成泵壳炸裂或爆炸的严重事故，造成人员伤害和财产损失。

通过上述过程分析，可以知道，在入料泵从正常运行状态进入异常状态到最后产生爆裂或爆炸的过程中，入料泵变频器运行频率、电机电流、出口压力、泵体振动、泵壳温度等变量都在发生着变化。一般来说，当入料泵上料差的时候，这些变量都有变大的趋势。如果能够对这些变量进行有效的监控，总结出其变化的规律，设置合理的报警和控制阈值，就可以通过监测这些变量从而对入料泵的运行情况进行判断，在入料泵进入异常状态时及时进行报警，并采取措施进行控制，避免情况持续恶化，从而避免入料泵爆裂或爆炸事故的发生。

2 入料泵保护试验装置的搭建与数据的分析

为了进一步确定对这些物理量的变化情况，我们选定一台编号为427的GPJ120型加压过滤机作为试验平台，搭建了试验装置对这些物理量进行监测与分析。

2.1 传感器的选型和安装位置的确定

入料泵的运行频率可以从变频器进行采集，所以只需要对压力传感器、温度传感器、振动传感器、电流传感器进行选型，确定安装位置。根据入料泵的运行参数，测量压力采用德国E+H0—1兆帕量程的压力传感器，安装在入料泵的出口位置，对出口压力进行检测。温度传感器采用WB红外温度传感器，可检测0～200℃的温度变化，指向泵壳相对较薄的填料箱处，检测泵内介质温度的变化。振动传感器采用HJ9002型压电振动传感器，黏结在泵的出料管道处。测量电流选用JLB型电流传感器，安装在变频器输出端。这些传感器均可以输出4～20mA标准信号。

2.2 传感器信号的采集与测量数据的可视化

该加压过滤机的控制系统为施耐德Modicon 14000系列中型PLC系统，由于原有控制系统没有多余的输入点，我们扩展了一块ACI03000的8通道模拟量输入模块。将该模块设置为4～20mA标准电流输入，并将压力、温度、振动、电流等四个传感器信号接入系统。

实现入料泵关键运行指标的可视化，就是将入料泵的需要监测的几个关键运行变量通过数据的形式直观地呈现在组态软件的控制界面上，可以方便地对这些数据进行观察，对异常情况及时做出反应。

该平台的上位机组态软件采用IFIX，我们在IFIX数据库中建立的相应的变量，对ACI03000的相应通道采集的数据进行引用，在IFIX监控画面中建立四个数字量显示控件，分别对四个物理量进行显示，从而完成了测量数据的可视化。

2.3 通过测量数据对入料泵运行状况进行分析与判定

试验装置的软硬件平台搭建完成后，我们在加压过滤机的运行中对这些测量数据进行了较长时间的观察、总结和分析，发现了一些规律。

温度数据的表现最稳定，与周围的环境温度密切相关，由于入料泵泵送的浮选入料本身也基本上是环境温度，而且泵运转中浮选料也对泵有一定的冷却作用，所以泵体的温度一般不会超过环境温度再加上5℃，这样的数值，比如环境温度是30℃，那么正常运行中的泵体温度不会超过50℃。

运行频率、电流和振动呈现正相关。当运行频率升高时，电流也会随之上升，相应的振动值也会上升，就试验平台的427加压过滤机入料泵来说，观察到，正常运行值在1500以下，运行状态恶化的典型值的分界点在2000左右，当振动数值高于2000时，入料泵明显噪声变大，振动加剧，性能出现劣化，入料速度此时也变慢。

压力的变化呈现出较为复杂的形态，在正常工况下，观察到的压力值在200～300kPa居多，并且没有明显的规律，但是，在压力值来到500千帕附近时，入料泵性能明显劣化。

综上所述，温度、振动和压力在区分正常工况和异常工况时具有较为显著的分界点，对入料泵运行工况的判别也表现的更有价值。

3 入料泵保护装置的改进和推广应用

3.1 入料泵保护装置的改进

入料泵保护试验装置在运行中积累了数据，对入料泵的运行工况的判断起到了一定作用，同时，针对在运行中发现的问题做了改进。

3.1.1 增加报警和控制功能

通过对控制系统PLC程序的改进，对温度、压力和振动这三个量增加了报警功能。传感器采集的数据与报警阈值进行比较，当数据大于等于报警阈值，且该状态持续到规定的时间，系统自动启动声光报警装置，对入料泵的运行状态进行预警，提示加压操作员采取相应措施。报警阈值和状态持续时间根据情况可以进行调整。

增加等待自动停泵功能。原有入料泵控制在打等待时回料阀打开进入循环状态，此时，入料泵一直工作，如果加压操作员不注意停泵，容易产生安全隐患，通过对程序的修改，实现了一旦打等待，延时自动停泵的功能，消除了这个安全隐患。

增加停机功能。在温度、压力、振动这三个量中，温度最稳定，也最能够体现入料泵工作状态正常与否，通过对温度变化情况的分析，在温度报警的基础上增加了超温自动停泵，自动停泵功能设置为环境温度加15℃，如夏季环境35℃的时候，该停机温度设定为50℃，一旦入料泵温度稳定达到该温度，就立刻控制入料泵停机保护。

3.1.2 可视化界面的优化调整

（1）在IFIX组态软件建立iHistrian历史，给这些变量增加历史趋势记录页面，完成了对这四个物理量的历史数据进行记录和显示，方便对这些变量的变化趋势进行查询，当发生异常情况的时候，可以还原当时的实际情况。

（2）在上位机组态软件上增加报警值及报警时间调整功能，使维护人员方便根据环境变化以及入料泵运行工况变化情况对这些参数值进行调整。另外，根据数值变动情况对数值显示框中的数据进行处理，当测量数值大于等于设定值时，使显示数字闪动并变换颜色对操作人员进行提醒。

3.2 入料泵保护装置的推广应用

入料泵保护装置在427加压过滤机上试验运行取得了成功，该装置可以较为直观地检测反映加压入料泵运行工况，对入料泵运行异常提供预警，为加压系统操作员提供指导。系统投入运行后，先后发生了两件事都印证了该保护装置的有效性。一次是加压操作员发现427入料泵报高温警报停机，立刻将事情反馈给了设备维修单位，经检查发现是附近热水桶上的热水溅到了温度传感器上，从而造成误报停机。另一次是加压操作员发现入料泵持续振动报警，经检修发现该泵一个地脚螺丝断，造成整个泵体振动幅度变大。

实践证明，该入料泵保护装置起到了相应的保护作用，提高了加压过滤机入料泵运行的安全性，具有较高的推广应用价值，继427加压过滤机后，先后对426、428、429等三台过滤机加装了入料泵保护装置，达到了预期目标，后续将对风穿流过滤机系统的4台入料泵加装该保护装置，提高了洗选生产的安全保障水平。

4 结语

由于加压过滤机入料泵送介质的特殊性，使入料泵在工作时存在引发爆裂或爆炸的安全隐患，入料泵保护装置采用软件和硬件相结合的方式，依托PLC控制系统及组态软件，将传感器接入PLC控制系统进行数据采集，并通过PLC编程对变量的阈值进行判断，驱动喇叭发出报警声音，或者进行停机保护。组态软件界面作为人机界面和操作员进行沟通，可以进行阈值设置、报警复位等操作。还增加了等待自动停机的保护功能，避免了操作员手动停机可能会忘记造成入料泵长时间运转的危险，提高了系统的安全性和可靠性，具有一定的应用意义和推广价值。今后将继续对入料泵频率、电流、温度、压力、振动数值的变化规律进行研究分析，采用更加完善成熟的安全保护策略和机制，进一步提高加压过滤机入料泵保护装置的可靠性和稳定性。