安德里茲加壓過濾機(jī)的流量控制閥OV211改造探討

摘 要：神華準(zhǔn)能選煤廠使用的奧地利生產(chǎn)的ANDRITZ-HBF-S 120/10加壓過濾機(jī)，是在2000年引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)脫水設(shè)備，電氣、機(jī)械的新技術(shù)應(yīng)用在它的設(shè)計(jì)、使用及維護(hù)中有著具體的體現(xiàn)。它雖然是一個(gè)單臺(tái)設(shè)備，但卻是一個(gè)集智能操作、電氣反饋控制、機(jī)械聯(lián)動(dòng)為一體的系統(tǒng)?，F(xiàn)對(duì)其卸料系統(tǒng)的流量控制閥OV211改造原因、機(jī)理、方案的深入探討總結(jié)，可以讓我們更好地提高加壓過濾機(jī)使用效果，希望能夠?yàn)橄冗M(jìn)進(jìn)口設(shè)備國(guó)產(chǎn)化提供借鑒。

關(guān)鍵詞：加壓過濾機(jī)OV211;故障;分析;處理;方法

1 概述

神華準(zhǔn)能選煤廠是一座年入選原煤3000萬噸的特大型動(dòng)力煤選煤廠，于1996年試生產(chǎn)，入廠原煤分為優(yōu)煤和劣煤兩種，采用塊煤跳汰工藝，優(yōu)煤以50mm分級(jí)，末煤直接入產(chǎn)品倉(cāng)：劣煤以13mm分級(jí)，末煤直接入產(chǎn)品倉(cāng)。由于煤炭市場(chǎng)供求的加大和煤質(zhì)要求的變化，選煤廠進(jìn)行了跳汰入選下限的改造，將優(yōu)煤以50mm分級(jí)改為13mm分級(jí)，致使系統(tǒng)的煤泥量大大增加，因而原有的板框式壓濾設(shè)備生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，從而導(dǎo)致煤泥產(chǎn)品水分較高，達(dá)到30%，為了提高生產(chǎn)效率和解決煤泥水處理能力不足的問題，選煤廠引進(jìn)了兩臺(tái)奧地利生產(chǎn)的ANDRITZ-HBF-S 120/10加壓過濾機(jī)，處理能力為70t/h，濾盤數(shù)為10個(gè)，過濾面積為120㎡，用于處理煤泥，取得了較好的效果，大大提高了生產(chǎn)效率。車間在對(duì)加壓過濾機(jī)進(jìn)行使用和維護(hù)中，根據(jù)設(shè)備實(shí)際使用情況，進(jìn)行設(shè)備部分更新改造產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)就對(duì)過濾機(jī)的流量控制閥OV211的改造進(jìn)行探討總結(jié)。

2 加壓過濾機(jī)的組成及工作原理

2.1 上料部分

加壓過濾機(jī)上料部分由入料桶、上料泵、分配桶、煤漿槽、料位計(jì)等組成。設(shè)備啟機(jī)時(shí)，主控工業(yè)計(jì)算機(jī)通過變頻器控制上料泵將入料桶內(nèi)的煤泥水抽至加壓過濾機(jī)煤漿槽內(nèi)，泵的轉(zhuǎn)速受多種因素控制，主要由入料桶料位、煤漿槽料位、生產(chǎn)需求等因素控制。入料桶液位低于30%時(shí)，上游底流泵將入料桶蓄滿。

2.2 工作倉(cāng)

加壓過濾機(jī)工作艙由加壓倉(cāng)、主軸、分配頭、濾盤、刮板機(jī)、反吹風(fēng)包等組成。各濾盤共用煤漿槽，即煤漿槽內(nèi)的煤漿是連通的。主軸兩側(cè)各裝一個(gè)分配頭，每個(gè)分配頭內(nèi)裝有一個(gè)控制盤和一個(gè)密封盤。密封盤上連接著20根濾液管，濾液管上裝有濾扇，20塊濾扇組成一個(gè)濾盤。濾盤、控制盤、密封盤、分配頭通過管道與外界大氣連通。

為了說明加壓過濾機(jī)的過濾過程，現(xiàn)引入“過濾單元”的概念。一個(gè)過濾單元包括一根濾液管及其上面的濾扇。20個(gè)過濾單元構(gòu)成1個(gè)或幾個(gè)濾盤。設(shè)備啟機(jī)時(shí)，進(jìn)氣控制閥開啟，將壓縮空氣注入加壓艙內(nèi)，使加壓艙內(nèi)產(chǎn)生0.2～0.4MPa的壓力，從而使濾扇兩側(cè)產(chǎn)生正壓差，在濾扇表面上便形成煤餅。水穿過濾扇，經(jīng)濾液管、密封盤、控制盤及所連接的管道離開壓力空間到達(dá)氣水分離器。此后，過濾單元隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)走過控制盤的干燥區(qū)。已經(jīng)完成過濾的煤餅在干燥區(qū)的有效壓差的作用下，進(jìn)一步得到干燥。

隨著主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，此過濾單元走過分配頭的反吹風(fēng)區(qū)。當(dāng)濾液管完全遮蓋住控制盤的反吹孔時(shí)，快速動(dòng)作的電磁閥OV114、115閥打開，使空氣經(jīng)過分配頭和濾液管到達(dá)濾扇。反吹風(fēng)包內(nèi)壓縮空氣壓力比加壓倉(cāng)內(nèi)壓力高1Bar左右，可以把煤餅從濾扇吹下來，并落入煤漿槽下方的刮板運(yùn)輸機(jī)上，此后便被運(yùn)至卸料倉(cāng)內(nèi)。

主軸上的濾盤是錯(cuò)開的，一側(cè)的5塊相對(duì)于另一側(cè)5塊錯(cuò)開1/2個(gè)濾扇（9°）。這樣可以減少反吹風(fēng)包的壓降，使氣流更均勻。每個(gè)分配頭配有一個(gè)隔膜式反吹風(fēng)閥，并通過電磁閥加以控制。在主軸機(jī)尾處固定有開關(guān)盤，上面裝有兩接近開關(guān)，其間距也為9°，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)至一開關(guān)位置時(shí)，信號(hào)通過PLC傳至現(xiàn)場(chǎng)電磁閥線圈，從而使反吹風(fēng)閥打開，使5塊濾扇的煤餅被吹下來。當(dāng)濾扇繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)9°時(shí)，則另外5塊濾扇吹餅。濾盤之間裝有攪拌器，使煤漿保持懸浮液狀態(tài)。攪拌器位于煤漿槽后部，固定在可回轉(zhuǎn)架座上，以便于安裝和拆卸。

2.3 排料裝置

加壓過濾機(jī)排料裝置由緩沖倉(cāng)、料位計(jì)、卸料倉(cāng)、上閘門、下閘門、密封圈組成。排料裝置的作用是把脫水后的煤餅從壓力罐內(nèi)運(yùn)出來。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，上下閘門關(guān)閉，密封圈充氣，卸料倉(cāng)內(nèi)充氣，使其與加壓倉(cāng)內(nèi)壓力相等。當(dāng)上方緩沖倉(cāng)料位達(dá)到設(shè)定料位時(shí)，上密封圈排氣，由液壓驅(qū)動(dòng)上閘板打開，緩沖倉(cāng)內(nèi)煤泥落入卸料倉(cāng)。隨后，上閘板關(guān)閉，上密封圈充氣，于卸料倉(cāng)連通的PCV211控制閥打開，使卸料倉(cāng)內(nèi)壓力與外界大氣壓相等后，下密封圈排氣，下閘板打開，煤泥落入下方刮板輸送機(jī)上，并最終運(yùn)至產(chǎn)品倉(cāng)。此后又重新開始一個(gè)新的卸料動(dòng)作循環(huán)。

2.4 輔助設(shè)備

加壓過濾機(jī)輔助設(shè)備主要由主空壓機(jī)、控制風(fēng)空壓機(jī)、高壓清洗泵、集中潤(rùn)滑泵、濾液泵、液壓站等組成。

①主空壓機(jī)主要為加壓過濾機(jī)提供工作壓縮空氣，該廠使用的空壓機(jī)為英格索蘭公司生產(chǎn)的M250型雙螺桿空氣壓縮機(jī)。

②控制風(fēng)空壓機(jī)為加壓過濾機(jī)提供必要的控制風(fēng)，其壓力高于工作風(fēng)，用來控制設(shè)備內(nèi)各氣動(dòng)閥門的開閉。

③高壓清洗泵可將水壓提高至40Bar左右，用來清洗濾布。

④集中潤(rùn)滑泵主要為加壓過濾機(jī)主軸、分配頭、刮板機(jī)等必要的潤(rùn)滑部位提供潤(rùn)滑油脂。

⑤濾液泵將濾液池內(nèi)濾液水抽至選煤廠洗水系統(tǒng)，以便循環(huán)使用。

⑥液壓站主要驅(qū)動(dòng)卸料倉(cāng)上下閘板的運(yùn)動(dòng)以及罐內(nèi)清洗濾布擺桿的擺動(dòng)。

3 加壓過濾機(jī)流量控制閥OV211的改造探討

3.1 加壓過濾機(jī)中流量控制閥的作用

從上面的加壓過濾機(jī)的組成及工作原理中不難看出：加壓過濾機(jī)生產(chǎn)工藝中需要控制三種物料（煤泥水：由上料桶抽至加工倉(cāng)中煤漿槽內(nèi);濾液水：穿過濾扇，經(jīng)濾液管、密封盤、控制盤及所連接的管道離開壓力空間達(dá)到氣水分離器的水;煤泥：脫水后的煤餅通過排料裝置從壓力罐內(nèi)運(yùn)出來），兩種氣體（工作風(fēng)：注入加壓艙內(nèi)壓縮空氣，使加壓艙內(nèi)產(chǎn)生0.2～0.4MPa的壓力、控制風(fēng)：用來控制設(shè)備內(nèi)各氣動(dòng)閥門的開閉。）。來實(shí)現(xiàn)煤泥從煤泥水中分離、脫水和收集。為了有效控制這些物料和氣體，安裝了各式閥門，并安裝了反映物料液位、氣體壓力、閥門位置的各種傳感器。通過把各個(gè)傳感器與閥門之間邏輯關(guān)系編寫在PLC中的控制程序內(nèi)，來實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器與閥門的配合。在閥門的使用和選取上也顯示了設(shè)計(jì)者的智慧，在整套的加壓過濾機(jī)中選用了三個(gè)流量閥。這三個(gè)流量控制閥分別是OV004、OV005、OV211，它們通過PLC的模擬輸出模塊輸出4～20mA電流信號(hào)調(diào)節(jié)微量電磁閥控制氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)流量（智能閥門定位器）控制閥的開啟度的大小，但是這種閥門在加壓過濾機(jī)PLC中沒有對(duì)其實(shí)際開啟度大小的監(jiān)測(cè)和反饋。OV004是壓縮空氣的進(jìn)氣控制閥，在PLC程序中通過加壓艙內(nèi)壓力傳感器的壓力反饋，隨時(shí)調(diào)整輸出電流信號(hào)控制其開啟度的大小，使得加壓艙工作時(shí)保持在0.2～0.4MPa內(nèi)在作業(yè)時(shí)可調(diào)定的恒定壓力，從而使濾扇兩側(cè)產(chǎn)生正壓差，在濾扇表面上便形成煤餅;OV005是反吹風(fēng)包的進(jìn)氣控制閥，在PLC程序中通過反吹風(fēng)包內(nèi)壓力傳感器的壓力反饋，隨時(shí)調(diào)整輸出電流信號(hào)控制其開啟度的大小，保證反吹風(fēng)包內(nèi)壓縮空氣壓力與加壓倉(cāng)內(nèi)壓力的壓差達(dá)到在操作時(shí)所設(shè)置的不高于1Bar的設(shè)定值，可以把煤餅從濾扇吹下來，并落入煤漿槽下方的刮板運(yùn)輸機(jī)上，此后便被運(yùn)至卸料倉(cāng)內(nèi)。OV211是排料裝置中卸料倉(cāng)的排氣控制閥門，在PLC程序中通過緩沖倉(cāng)料位和操作方式的設(shè)定，調(diào)整輸出電流信號(hào)控制其開啟度的大小，及時(shí)快速排出卸料倉(cāng)內(nèi)的壓縮空氣，使卸料倉(cāng)內(nèi)壓力與外界大氣壓相等后，下密封圈排氣，下閘板打開，煤泥落入下方刮板輸送機(jī)上，縮短卸料時(shí)間，保證卸料效率。通過上述介紹我們看出這三個(gè)流量閥在加壓過濾機(jī)生產(chǎn)工藝中對(duì)其工作的連續(xù)性，煤泥生產(chǎn)的穩(wěn)定性和設(shè)備的高效運(yùn)行方面起到至關(guān)重要的作用。

3.2 加壓過濾機(jī)中流量控制閥OV211故障分析

通過多年的設(shè)備運(yùn)行發(fā)現(xiàn)在整套加壓過濾機(jī)中的三個(gè)流量閥中故障率和影響設(shè)備運(yùn)行最高的是OV211。據(jù)統(tǒng)計(jì)兩臺(tái)加壓過濾機(jī)的OV004和OV005的損壞更換周期可達(dá)到3-5年，而OV211的損壞更換周期卻是最短3個(gè)月長(zhǎng)不到12個(gè)月。每臺(tái)流量閥的成本就達(dá)到5萬元，存在故障更換周期的不確定性很難控制車間成本。筆者在OV211最早出現(xiàn)故障但備件不足，為了不影響設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)等待新閥備件的到來就開始對(duì)OV211進(jìn)行修復(fù)，但是每次的修復(fù)質(zhì)量不高，運(yùn)行時(shí)間短，最短能堅(jiān)持2-3小時(shí)，最長(zhǎng)一次堅(jiān)持3個(gè)月。OV211主要出現(xiàn)的兩類故障：

①OV211閥智能定位器內(nèi)的微型電磁閥（又稱先驅(qū)閥）隔膜片故障。流量控制閥是通過4-20mA電流信號(hào)調(diào)節(jié)微量電磁閥（又稱先驅(qū)閥）再控制氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)閥門的開啟度的大小。其微量電磁閥（又稱先驅(qū)閥）隔膜片經(jīng)常出現(xiàn)故障。其故障現(xiàn)象是：OV211打開緩慢，控制反應(yīng)不靈活或無法開啟。經(jīng)過調(diào)整閥門微調(diào)旋鈕出現(xiàn)加大故障情況，使原來控制反映不靈活或打開緩慢的變成無法開啟。通過查找發(fā)現(xiàn)微量電磁的控制微型氣缸內(nèi)的隔膜片破損，左右氣缸竄氣，無法準(zhǔn)確控制氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。分析原因：OV211閥的運(yùn)行不同于OV004與OV005，OV004與OV005的運(yùn)行方式是在設(shè)備啟機(jī)后打開閥門，根據(jù)需要進(jìn)行重復(fù)多次逐步少量調(diào)整開啟度。而OV211是在卸料的每一次循環(huán)中直接開啟關(guān)閉，在大幅度沖擊和往復(fù)運(yùn)動(dòng)中隔膜片的橡膠接口出現(xiàn)短線折損，產(chǎn)生漏氣。修復(fù)方法：無法購(gòu)買到配件只能使橡膠代替或聯(lián)系國(guó)內(nèi)廠家加工。我們實(shí)驗(yàn)過多種橡膠材質(zhì)但是效果不理想，最長(zhǎng)的一次堅(jiān)持了3個(gè)月，以后再?zèng)]堅(jiān)持住。國(guó)內(nèi)的一些廠家做過一些實(shí)驗(yàn)，效果不佳，不經(jīng)濟(jì)，廠家放棄。最終我們也放棄修復(fù)，直接更換整套閥門或定位器驅(qū)動(dòng)頭。

②OV211閥智能定位器電氣芯片故障。其故障現(xiàn)象：OV211打開緩慢，控制反應(yīng)不靈活或無法開啟，以及零點(diǎn)和行程漂移。經(jīng)過調(diào)整閥門微調(diào)旋鈕可以減輕故障，使原來控制反應(yīng)不靈活或打開緩慢的變成可以正常開啟。但是再次使用周期不長(zhǎng)，7-15天不等，調(diào)整3～5次后徹底損壞。分析其原因：其動(dòng)作頻繁而且每次動(dòng)作電流加載時(shí)間短，單位時(shí)間內(nèi)變化量大，對(duì)電氣芯片的工作沖擊較大。另外，現(xiàn)場(chǎng)的條件較差，煤塵和水汽較大，卸料系統(tǒng)閘板開啟震動(dòng)較大，也是造成故障的原因之一。修復(fù)方法：其電氣芯片使用集成線路板，由于我們?nèi)藛T素質(zhì)和設(shè)備條件不具備將其修復(fù)的能力，也曾經(jīng)委托國(guó)內(nèi)人員修復(fù)，但是修復(fù)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益不合適，維修人員放棄。最終我們也只能把出現(xiàn)第一或第二種故障情況閥門再進(jìn)行組裝使用，不能配對(duì)就放棄修復(fù)，直接更換整套閥門或定位器驅(qū)動(dòng)頭。

3.3 加壓過濾機(jī)中OV211的改造實(shí)施方案

3.3.1 設(shè)計(jì)思路。

由于OV21閥出現(xiàn)的故障，已經(jīng)直接影響了加壓過濾機(jī)運(yùn)行效率和成本，我們一直積極探討和尋找處理OV211故障解決方案。通過上述分析發(fā)現(xiàn)要想真正解決這一問題，需要更換一種滿足使用新型閥門或更改OV211閥控制方式。帶著這樣的思路筆者重新對(duì)加壓過濾機(jī)生產(chǎn)工藝進(jìn)行學(xué)習(xí)研究得出：可以通過改變OV211閥的控制方式，使用電磁閥直接驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置控制球型閥，來解決這一問題。原理分析：加壓過濾機(jī)生產(chǎn)工藝可以通過上位工控機(jī)進(jìn)行自動(dòng)操作，它的操作方式和卸料倉(cāng)料位共同對(duì)OV211的開啟大小進(jìn)行邏輯控制。但在該廠的實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)：適應(yīng)該廠煤泥生產(chǎn)需要的加壓過濾機(jī)最佳生產(chǎn)操作方式為一種，就是將OV211閥設(shè)置為快速開啟和關(guān)閉。這也是OV211閥出現(xiàn)損壞原因之一。如果直接使用電磁閥驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置控制球型閥就可以滿足上述功能，只要將PLC模擬輸出信號(hào)4～20mA轉(zhuǎn)換為數(shù)字開關(guān)量輸出控制電磁閥即可。

3.3.2 實(shí)施方案和效果。

①設(shè)計(jì)改造思路有了，尋找方案。一種通過更改編寫PLC程序，改變OV211控制邏輯，更改輸出模塊信號(hào)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)將PLC模擬輸出信號(hào)4～20mA轉(zhuǎn)換為數(shù)字開關(guān)量輸出控制電磁閥。技術(shù)難度較大，還需要有廠家配合，費(fèi)用造價(jià)昂貴。另一種不改變PLC程序，只調(diào)整設(shè)定整操作方式，再將PLC模擬輸出信號(hào)4～20mA通過轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為數(shù)字開關(guān)量輸出控制電磁閥。方法簡(jiǎn)單，便于操作，費(fèi)用低廉。比較兩者方案，最終決定使用第二種方案。

②具體操作：在配電室安裝模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字量轉(zhuǎn)換裝置。轉(zhuǎn)換裝置選用的是斯奧特自動(dòng)化儀器儀表公司生產(chǎn)的SAT8型測(cè)控儀，其可以使模擬信號(hào)輸入根據(jù)需要設(shè)定為數(shù)字開關(guān)量輸出。SAT8型測(cè)控儀是一種免維護(hù)的儀表，采用自動(dòng)調(diào)零技術(shù)可以長(zhǎng)期使用不會(huì)產(chǎn)生任何零漂，采用多重保護(hù)和隔離設(shè)計(jì)，抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高?，F(xiàn)場(chǎng)使用8020750電磁閥控制氣動(dòng)球型閥。8020750電磁閥和氣動(dòng)球型閥是該廠車間一直在用可靠性較高的配件。

③其工作原理：當(dāng)PLC 輸出4～20mA電流信號(hào)通過電流隔離輸出到SAT8型測(cè)控儀，對(duì)測(cè)控儀進(jìn)行設(shè)置調(diào)整數(shù)字開關(guān)量輸出，控制電磁閥開啟閉合氣動(dòng)球型型閥。

④改造后的效果：減少了211排氣閥的故障率，提高了生產(chǎn)效益;成本節(jié)約：以往每年單臺(tái)壓濾機(jī)更換211排氣閥2套，驅(qū)動(dòng)頭5個(gè)，從2013年6月改造至今從未更換過任何部件，年節(jié)約成本約10萬～30萬元，兩臺(tái)加壓過濾機(jī)節(jié)約每年20萬～60萬元。提議：加壓過濾機(jī)國(guó)產(chǎn)化時(shí)，對(duì)卸料系統(tǒng)和操作可以進(jìn)行優(yōu)化考慮，更改閥門控制方式，使用電磁閥控制氣動(dòng)閥門，既節(jié)約設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本，又減少設(shè)備使用單位的運(yùn)營(yíng)成本。

⑤在改造實(shí)施時(shí)需運(yùn)行觀察和考慮的細(xì)節(jié)：a輸入輸出設(shè)備功率匹配問題。使用功率匹配器隔離輸入輸出設(shè)備，避免現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)接地短路故障，造成加壓過濾機(jī)的PLC控制回路的故障。b新增測(cè)控儀工作電源使用和設(shè)備接地連接。測(cè)控儀使用專用接地線連接到加壓過濾機(jī)控制回路接地極，電源使用其對(duì)應(yīng)控制回路電源線路供電，避免形成懸浮地或是懸浮電源產(chǎn)生，干擾加壓過濾機(jī)的PLC控制回路信號(hào)輸入。c數(shù)字開關(guān)量的設(shè)置調(diào)定。觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)定數(shù)字開關(guān)量輸出。

4 結(jié)束語

HBF-S 120/10 型加壓過濾機(jī)在神華準(zhǔn)能選煤廠自投產(chǎn)以來，通過車間人員的不懈努力使得加壓過濾機(jī)一直運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)得到了一些運(yùn)行、檢修等各方面的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在就對(duì)卸料系統(tǒng)的流量控制閥OV211改造做出一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和大家進(jìn)行探討，希望在今后的工作中及時(shí)的就一些發(fā)生頻率較高的故障，繼續(xù)學(xué)習(xí)，探索，將降低故障率，節(jié)約維修成本，讓選煤廠的效益進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]安德里茲加壓過濾機(jī)使用說明書.安德里茲技術(shù)有限公司，2002.

作者簡(jiǎn)介：張兆征，男，漢族，1970年3月出生，大專學(xué)歷，工程師職稱，在神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司選煤廠工作。