固體水分測量儀在預干燥裝置中的應用
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蔡敢濤
（惠生工程（中國）有限公司，河南鄭州450018）
摘要：在煤化工中，煤粉水分含量的測量十分重要。目前，煤粉水分測量以手動分析居多，而手動分析具有實時性差、操作過程不宜把握等缺點。對固體水分測量儀在預干燥裝置中的應用進行了研究，通過分析固體水分測量儀的工作原理及其特點，介紹了固體水分測量儀在預干燥裝置中的應用情況。研究表明，固體水分測量儀維護量低、測量精度高、反應速度快、穩(wěn)定性高，對預干燥裝置的應用具有一定的推廣意義。
關(guān)鍵詞：煤化工煤粉水分固體水分測量儀預干燥裝置微波測量Modubs傳感器智能儀表測量精度 中圖分類號：TH841；TP29 DOI:10. 16086/j. cnki．issnl000 - 0380. 201604020
0引言
某煤氣化裝置采用Shell氣化爐，以褐煤作為化工原料，褐煤的水分含量高達40%。煤粉中的水分含量將直接影響氣化爐的生產(chǎn)。水分含量高，會導致輸送困難、進料不暢，容易造成堵料，致使裝置開開停停，經(jīng)濟損失加大，嚴重時還會引發(fā)安全事故；水分含量過低，會導致褐煤煤粉泄漏，嚴重時會發(fā)生煤粉燃燒的現(xiàn)象。嚴格把握褐煤的水分含量對整個生產(chǎn)裝置的安全、穩(wěn)定運行至關(guān)重要。預干燥裝置作為氣化爐的上游裝置，主要任務是除去褐煤中的水分，將煤粉含水量控制在10%~15%，然后輸送至煤氣化裝置中。因此，采取有效的方法和先進的設備準確檢測煤粉水分含量是安全生產(chǎn)的必要前提。
1存在問題
傳統(tǒng)的煤粉水分分析是采用手動分析，通過加熱失重法來測量水分含量。這種做法的缺點是分析周期長，不能及時反映煤粉水分含量；加熱過程不宜把握，容易造成煤粉中的烴類氣化，造成測量不準；手動分析很大程度上依靠經(jīng)驗來把握時間，不同人員的分析結(jié)果差異很大；由于分析取樣的個別性和時間滯后性，因此樣品不能準確地反映煤粉含水量的整體情況。
因此，在該預干燥裝置中果斷采用在線固體水分測量儀，實時監(jiān)測煤粉水分含量。該測量儀具有抗磨、抗振和防水特性。根據(jù)現(xiàn)場布置情況，合理選擇測量儀的安裝位置，注意日常維護。工程應用表明，測量儀能夠正確地反映煤粉的水分含量。
2工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成
2.1工作原理
目前，固體水分測量儀大多利用微波原理和頻率牽引技術(shù)等，本文主要介紹利用微波進行測量的分析儀表。微波是一種高頻電磁波，穿透介質(zhì)時的衰減、相位變化與介質(zhì)的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角有關(guān)。水的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角都遠高于一般介質(zhì)，其大小主要由其水分含量決定。由于微波可以完全穿透流動的物料，所以所有的物理性水分都能被測定。微波水分儀的微波發(fā)射源發(fā)射出微波后，透過物料被微波接收器接收；根據(jù)微波功率的衰減和相位移等的改變，即可計算物料中的水分含量。該測量儀保證了測量的準確性和及時性，使測量結(jié)果不受物料表面結(jié)構(gòu)的影響。
水分測量儀基于諧振腔原理，放置于不銹鋼外殼中，其工作原理如圖1所示。
傳感器在諧振腔內(nèi)具有一個微波源，該微波源發(fā)射一定波長的微波，微波在諧振腔中產(chǎn)生至少兩個平行和相對的內(nèi)表面。該內(nèi)表面被一個與波長成正比的距離所分開，在運行中微波能量交叉耦合時，在內(nèi)表面之間的共振模數(shù)量達到最大值，而微波源處的共振模能量和反射能量達最小值。測量儀的傳感器帶有微波吸收器，根據(jù)測量到的微波變化大小，可以得出煤粉中的水分含量。
2.2系統(tǒng)構(gòu)成
固體水分測量儀的一套完整測量單元由傳感器、接線盒和二次儀表3部分組成，如圖2所示。
接線盒用于連接傳感器和二次儀表，兩者之間的距離應滿足制造商要求。作為智能儀表，固體水分測量儀支持Modbus通信協(xié)議，現(xiàn)場傳感器和二次儀表均留有Modbus接口，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場傳感器和二次儀表之間的遠距離通信。接線盒內(nèi)包含的安全裝置和終端電阻，通
過屏蔽電纜連接二次儀表與傳感器。其中：2根電纜用于供電，另外2根電纜用于輸送信號。根據(jù)預干燥裝置的機柜室和現(xiàn)場距離較近的實際情況，二次儀表可以根據(jù)具體情況安裝在現(xiàn)場或機柜室。將二次儀表放在機柜室，測量信號從機柜室輸送至預干燥控制室。因此，可以在控制室或機柜室讀取儀表示數(shù)。
3應用實例及日常維護
3.1應用實例
3.1.1安裝
預干燥裝置共使用15臺固體水分測量儀，分別安裝在料倉、埋刮板輸送機、螺旋給料機和皮帶輸送機等處。固體水分測量儀是用于持續(xù)測量流動物料中的水分含量的智能微波測量儀，選擇一個正確的傳感器安裝位置是十分重要的。在分解各種設備的整體結(jié)構(gòu)等方面情況的基礎上，需要工藝、儀表和設備3個專業(yè)共同協(xié)調(diào)，以確保儀表的測量精度。在料倉安裝測量儀時，由于褐煤一般沒有較大的煤塊，很少出現(xiàn)下料口物料聚集堵塞現(xiàn)象，因此選擇安裝在下料口。在埋刮板輸送機和螺旋給料機上安裝測量儀時，選擇安裝在煤粉輸送通道底部。但是無論是埋刮板輸送機，還是螺旋給料機，工作時埋刮板或螺旋片與通道的底部都有一定距離，因此底部的煤粉流通性相對較差，但是對于整個輸送機或給料機的輸送煤粉量來說，影響相對較小。測量皮帶輸送機的煤粉水分含量時，用鋼結(jié)構(gòu)作支撐，將傳感器安裝在皮帶上，既保證傳感器和煤粉接觸，又不使煤粉堵塞。因此要把握好傳感器的安裝距離和位置。同時，在傳感器的陶瓷表面上安裝一塊厚度不超過30 mm的塑料材料，以提高傳感器的耐磨性。
固體水分測量儀的二次儀表可以采用220 VAC電源或24 VDC電源，本裝置采用220 VAC電源類型對儀表進行供電，以保證電源穩(wěn)定和儀表的正常工作，避免因電源故障引起裝置事故。設計時采用UPS不間斷電源，有效地提高了儀表工作的穩(wěn)定性。
自測量儀投入使用以來，其測量精度能夠達到要求，測量結(jié)果能夠準確反映煤粉水分含量。煤粉水分測量儀在預干燥裝置投入使用后，運行情況良好，基本沒有出現(xiàn)過儀表故障，測量結(jié)果能夠真實反映煤粉的水分含量。起初，固體水分測量儀出現(xiàn)過測量誤差大的情況。通過分析，認為是傳感器的安裝位置所致。由于裝置內(nèi)的空間有限，難以選擇合理的現(xiàn)場傳感器安裝位置，改造后將測量儀安裝在下料機口處，使測量精度得到有效恢復。在選擇合理的安裝位置、煤粉均勻通過測量儀、避免煤粉堆積的基礎上，固體水分測量儀的測量精度能夠得到有效保證。
3.1.2在聯(lián)鎖和過程控制中的應用
在預干燥裝置中，安裝現(xiàn)場的固體水分測量儀輸出4～20 m A的模擬信號至預干燥裝置控制室，通過控制室內(nèi)的操作員站對煤粉的含水量進行監(jiān)控。煤粉的水分值控制在10%~15%，水分值設置有高警值和高高聯(lián)鎖值。
在裝置運行期間，當固體水分測量儀檢測到水分值達到20%時，則觸發(fā)高警值，通過增加過熱蒸汽流量降低煤粉水分含量，同時降低干燥機電機轉(zhuǎn)速，以增加煤粉通過干燥機的干燥時間，并減少干燥機給煤量，以增加煤粉干燥效果；當固體水分測量儀檢測到水分過低時，則減小過熱蒸汽用量，同時提高干燥機電機轉(zhuǎn)速，增加干燥機煤粉供給量，有效提高煤粉水分含量。
在裝置開車時，當固體水分測量儀檢測到水分值達到25%時，觸發(fā)高高聯(lián)鎖，煤倉的插板閥打開，事故煤粉自動排放出，由操作工將排出的煤粉運出，同時增加過熱蒸汽用量。
3.2日常維護
固體水分測量儀作為智能儀表所需的維護量相對較少，但預干燥裝置中的煤粉多，污染和腐蝕相對比較嚴重，也要注意平時維護，確保測量儀的正常運行。平時要注意檢查保護管外的部分是否有機械損傷，經(jīng)常檢查電纜、保險絲及儀表，防止出現(xiàn)電源中斷、電纜線斷裂、保險絲熔化或儀器損壞導致測量系統(tǒng)不工作的情況，及時更換被損壞的部件。運行一段時間后，要注意檢查傳感器的磨損，防止出現(xiàn)傳感器前后端銼磨導致的測量系統(tǒng)輸出值不準確的情況。同時，為了使在線固體水分測量儀測量準確，應對其進行定期校驗。
4結(jié)束語
固體水分測量儀在預干燥裝置中的3年運行實踐表明，該測量儀能夠成功完成各種粉塵、粉末、顆粒等物料的在線水分的監(jiān)控�；谖⒉ǖ墓腆w水分測量儀測量煤粉的含水量具有速度快、測量精度高等特點。使用經(jīng)驗證明該測量儀具有抗磨特性、抗震和防水性能以及優(yōu)異的穩(wěn)定性，在煤粉水分測量中有一定的推廣價值。
