射頻導(dǎo)納液位計(jì)在炭素浸漬裝置的應(yīng)用

王紅杰 余全豪

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開(kāi)封炭素有限公司）

0 引言

我公司現(xiàn)有石墨電極高壓浸漬系統(tǒng)一套，該系統(tǒng)從德國(guó)Feist-lncon 公司全套引進(jìn)。石墨電極浸漬過(guò)程是將產(chǎn)品置于壓力容器內(nèi)，在一定的溫度和壓力條件下迫使某些呈液態(tài)的材料，即浸漬劑滲透到產(chǎn)品當(dāng)中去，從而改變或改善產(chǎn)品的某些理化指標(biāo)。石墨電極的浸漬過(guò)程是在浸漬罐內(nèi)完成的，浸漬劑為浸漬瀝青。公司自2006 年投產(chǎn)以來(lái)一直使用這套浸漬設(shè)備，運(yùn)行已有10 余年，全套浸漬系統(tǒng)根據(jù)PLC 編程自動(dòng)化控制，浸漬過(guò)程中的瀝青液位和冷卻水液位都由液位計(jì)檢測(cè)控制。高壓浸漬罐原液位控制系統(tǒng)是Feist-lncon 公司設(shè)計(jì)安裝的國(guó)外浮球液位計(jì)，由于長(zhǎng)時(shí)間的使用，浸漬罐液位計(jì)頻繁出現(xiàn)故障，影響正常生產(chǎn)，急需進(jìn)行解決。筆者通過(guò)對(duì)石墨電極浸漬裝置中液位計(jì)故障進(jìn)行分析，提出了使用新型射頻導(dǎo)納液位計(jì)的解決方案，并得出射頻導(dǎo)納液位計(jì)可以應(yīng)用在浸漬裝置復(fù)雜的工作環(huán)境中。

1 原瀝青浸漬罐液位計(jì)

1.1 工作環(huán)境及作用

石墨電極的浸漬系統(tǒng)是按照熱進(jìn)冷出的設(shè)計(jì)理念安裝的，它是一個(gè)復(fù)雜而又對(duì)工藝技術(shù)要求很高的一個(gè)工序，主要步驟為：焙燒坯-表面清理-預(yù)熱（180 ～200 ℃）-裝入浸漬罐-抽真空-注瀝青-加壓（1.2 ～1.5 MPa）-返瀝青-加水冷卻，浸漬最重要的環(huán)節(jié)是在浸漬罐中完成的。在浸漬過(guò)程中，浸漬罐的液位控制全部由液位計(jì)自動(dòng)控制，如果出現(xiàn)液位偏差，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)設(shè)備都有很大的影響。浮球液位計(jì)在浸漬罐中的安裝位置如圖1 所示。

圖1 浮球液位計(jì)在浸漬罐上的安裝位置

在浸漬過(guò)程中，通過(guò)瀝青管道向浸漬罐注入瀝青，當(dāng)達(dá)到頂部罐最大液位時(shí)N4 液位計(jì)輸出信號(hào)，系統(tǒng)將停止注入瀝青，加壓泵對(duì)罐內(nèi)瀝青加壓（最高壓力1.5 MPa），罐內(nèi)溫度150 ～200 ℃，加壓結(jié)束后返油泵通過(guò)管道把瀝青帶走，當(dāng)瀝青排空后N5 液位計(jì)輸出空罐信號(hào)，然后冷卻水進(jìn)入浸漬罐對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，冷卻結(jié)束后通過(guò)管道排空冷卻水，N5 液位計(jì)輸出空罐信號(hào)，浸漬罐門(mén)打開(kāi)，通過(guò)輸送車把浸漬罐內(nèi)的產(chǎn)品拉出，整個(gè)浸漬過(guò)程結(jié)束。

1.2 結(jié)構(gòu)和工作原理

原來(lái)使用的德國(guó)Feist-lncon 浮球液位計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 Feist-lncon 浮球液位計(jì)

工作原理:在容器的合適位置安裝法蘭與液位計(jì)進(jìn)行連接，使液位計(jì)的浮球能夠接觸到所檢測(cè)的物質(zhì)，當(dāng)被檢測(cè)物質(zhì)液位上升和下降時(shí)， 浮球受到浮力或重力的作用而上下移動(dòng)，通過(guò)連桿帶動(dòng)控制盒內(nèi)機(jī)械機(jī)構(gòu)觸發(fā)微動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)傳遞信號(hào)，以達(dá)到檢測(cè)液位高低的目的。

2 存在問(wèn)題與分析

在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，制約了生產(chǎn)的連續(xù)性和產(chǎn)品的穩(wěn)定性，以下是現(xiàn)存的問(wèn)題與分析：

（1）原來(lái)浸漬罐瀝青和水的公用管道上的浮球液位計(jì)位于浸漬罐的最低點(diǎn)（N5），主要作用是檢測(cè)浸漬罐內(nèi)的瀝青或水是否排空。浸漬罐內(nèi)瀝青返完后，由于瀝青有一定的粘度，部分瀝青會(huì)粘結(jié)在浮球液位計(jì)的浮球和連桿上。浸漬罐內(nèi)注水對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷卻時(shí)，罐內(nèi)溫度降低，粘附在浮球和連桿上的瀝青凝固，導(dǎo)致浮球不能正常工作，從而出現(xiàn)信號(hào)不準(zhǔn)確現(xiàn)象。

（2）浮球液位計(jì)連桿與后執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用螺紋連接，由于使用年限較長(zhǎng)，浸漬罐工況復(fù)雜，致使螺紋經(jīng)常松動(dòng)，造成浮球與連桿脫落掉入浸漬罐內(nèi)，導(dǎo)致不能測(cè)量罐內(nèi)瀝青或水的液位。并且浮球脫落后會(huì)隨著管道流向進(jìn)入主管道，造成管道堵塞，損壞閥門(mén)或?yàn)r青泵。

（3）同型號(hào)浮球液位計(jì)屬進(jìn)口設(shè)備，購(gòu)買周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，影響設(shè)備維修及時(shí)性和維修成本。

3 解決措施

為了解決生產(chǎn)中因?yàn)橐何挥?jì)故障影響正常生產(chǎn)的問(wèn)題，通過(guò)查閱相關(guān)資料、尋找同類型測(cè)量物位的裝置，結(jié)合公司設(shè)備工作環(huán)境、設(shè)備工藝要求和使用需求，經(jīng)過(guò)前期反復(fù)論證，最終選用射頻導(dǎo)納液位計(jì)進(jìn)行安裝、試用。在訂購(gòu)設(shè)備時(shí)，要求廠家制作與現(xiàn)場(chǎng)同型號(hào)大小的連接法蘭，保證探測(cè)桿的有效長(zhǎng)度，以及需要傳輸信號(hào)的要求電壓，以減少對(duì)現(xiàn)有管道、線路的改動(dòng)。射頻導(dǎo)納液位計(jì)結(jié)構(gòu)及安裝位置如圖3 所示。

圖3 射頻導(dǎo)納液位計(jì)結(jié)構(gòu)及安裝位置

3.1 射頻導(dǎo)納液位計(jì)

射頻導(dǎo)納液位計(jì)測(cè)量物料技術(shù)是經(jīng)過(guò)改良的新型液位測(cè)量技術(shù)，是從電容式物位控制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，主要應(yīng)用了射頻信號(hào)，此次所選用的DV101 射頻導(dǎo)納液位計(jì)加入了Driving-Shield 電路。

3.1.1 主要組成部分和技術(shù)參數(shù)

射頻導(dǎo)納液位計(jì)主要有檢測(cè)部分和變送裝置部分組成。檢測(cè)部分主要包括中心探桿、保護(hù)外殼、指示儀表等；變送裝置部分由振蕩器、修正誤差電路、電橋、信號(hào)調(diào)節(jié)器、屏蔽電路、電流電壓轉(zhuǎn)換電路等組成[1]。

射頻導(dǎo)納液位計(jì)的中心探桿使用的304 不銹鋼，絕緣材料為PTFE，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 射頻導(dǎo)納液位計(jì)主要技術(shù)參數(shù)

3.1.2 工作原理

射頻導(dǎo)納液位計(jì)是利用高頻無(wú)線電波測(cè)量導(dǎo)納，當(dāng)儀表開(kāi)始工作時(shí)，儀表內(nèi)的傳感器與罐壁及被測(cè)介質(zhì)形成導(dǎo)納值，當(dāng)圖3 中管道內(nèi)的物料物位出現(xiàn)變化，中心探桿接觸到物料時(shí)，導(dǎo)納值隨著液位的高低相應(yīng)變化，電路單元（變送裝置）將測(cè)量導(dǎo)納值轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)物位測(cè)量。在測(cè)量物料液位時(shí)，射頻信號(hào)經(jīng)濾波電路將干擾成分濾掉，測(cè)量的的信號(hào)包含物位信息和掛料信息，經(jīng)過(guò)有效屏蔽層處理屏蔽了干擾信號(hào)，獲得純凈的物位信號(hào)，避免虛假信號(hào)[2]。公司使用的DV101射頻導(dǎo)納液位計(jì)中的屏蔽電路能夠阻止射頻電流通過(guò)掛料形成回路，由掛料產(chǎn)生的影響能夠被識(shí)別，并且通過(guò)電橋的移相處理從總的輸出中消除，從而避免了檢測(cè)探頭端掛料對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響。

3.2 安裝試用

根據(jù)石墨電極浸漬工藝，當(dāng)浸漬罐檢測(cè)到罐內(nèi)瀝青返完后，浸漬罐出現(xiàn)空罐信號(hào)并傳輸?shù)娇刂剖疑衔粰C(jī)，通過(guò)PLC 程序執(zhí)行下一工藝（浸漬罐內(nèi)需要注水對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷卻），浸漬罐內(nèi)溫度降低，罐內(nèi)溫度低于浸漬瀝青軟化點(diǎn)，因此粘附在物位計(jì)上的瀝青最終凝固在探頭上。 為了更好地驗(yàn)證射頻導(dǎo)納液位計(jì)是否適用于浸漬罐中，決定把液位計(jì)安裝在工況條件相對(duì)比較復(fù)雜的浸漬罐瀝青和水的公用管道內(nèi)。通過(guò)前期的充分研討，連接法蘭大小、供電電壓以及液位計(jì)探測(cè)桿的有效長(zhǎng)度均符合現(xiàn)場(chǎng)使用要求。安裝完成后進(jìn)行了反復(fù)調(diào)試，在確定沒(méi)有問(wèn)題的情況下進(jìn)行正常生產(chǎn)投料試驗(yàn)。第一次試用過(guò)程中檢測(cè)信號(hào)正常，生產(chǎn)結(jié)束后把此液位計(jì)拆除，檢查射頻導(dǎo)納液位計(jì)外觀及掛料情況。通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)探測(cè)桿外觀完好，有少量掛料現(xiàn)象，檢查完后安裝繼續(xù)使用，無(wú)異常情況發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

射頻導(dǎo)納液位計(jì)具有獨(dú)特的電路設(shè)計(jì)和傳感器結(jié)構(gòu)，使其檢測(cè)可以不受傳感器探頭掛料的影響，不需要定期清理，避免出現(xiàn)誤測(cè)量和假信號(hào)。在測(cè)量過(guò)程中，雖然浸漬罐內(nèi)部有較高的壓力，使液位計(jì)承受罐內(nèi)液體的沖擊，但因無(wú)可動(dòng)部件，不存在機(jī)械部件容易損壞的問(wèn)題，無(wú)需經(jīng)常維護(hù)。射頻導(dǎo)納液位計(jì)檢測(cè)料位不受環(huán)境變化影響，穩(wěn)定性能高，相比于傳統(tǒng)機(jī)械式的物位計(jì)使用壽命長(zhǎng)。與浮球液位計(jì)相比，射頻導(dǎo)納液位計(jì)具有在浸漬罐內(nèi)與高溫瀝青接觸部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，探頭材質(zhì)耐溫耐壓，不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械故障，穩(wěn)定性能高等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)瀝青黏附在檢測(cè)桿上，并不會(huì)影響液位計(jì)的測(cè)量精度，解決了因液位計(jì)掛料而出現(xiàn)虛假信號(hào)，避免了原有液位計(jì)浮球連接螺桿脫落進(jìn)入管道，造成管道堵塞或其他設(shè)備故障。通過(guò)生產(chǎn)使用效果來(lái)看，射頻導(dǎo)納液位計(jì)滿足石墨電極浸漬裝置的生產(chǎn)工藝需求。