高精度智能儀表在電石爐檢漏系統(tǒng)中的應(yīng)用

蘭志平

摘 要： 近年來(lái)隨著有機(jī)合成工業(yè)的迅速發(fā)展，電石的需求量也在不斷地增加，電石工業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)電石爐設(shè)備向大型、節(jié)能及環(huán)保方向發(fā)展。電石爐是將電能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備，這就決定了它時(shí)刻處在高溫環(huán)境狀態(tài)下運(yùn)行。在電石生產(chǎn)過程中，因電石爐爐面的溫度非常高（1200℃以上），為保證電爐安全運(yùn)行，延長(zhǎng)電石爐各部件的使用壽命，通常采用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)對(duì)夾套進(jìn)行降溫。本文主要結(jié)合Endress+Hauser三參數(shù)流量高精度智能儀表在電爐檢漏系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用，提出相應(yīng)的解決方案。了為保障電石爐的正常運(yùn)行提供重要的數(shù)據(jù)支撐

關(guān)鍵詞：安全、爆炸、智能儀表、自動(dòng)控制

電石爐檢漏系統(tǒng)主要解決人的本質(zhì)化安全問題。通過自動(dòng)化改造，降低安全作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)粗放型的經(jīng)驗(yàn)管理進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為精細(xì)化的數(shù)據(jù)管理，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，不斷總結(jié)完善，形成一套具有可操作性的的數(shù)據(jù)化管控模式。近年來(lái)，由于電石爐漏水導(dǎo)致的燃爆事故不斷頻繁，對(duì)企業(yè)的安全發(fā)展提出了更高要求。如何提高漏水事故的預(yù)判性，是降低電石生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的重要舉措之一。

碳化鈣（CaC2）俗稱電石，在其生產(chǎn)過程中，電弧和電阻所產(chǎn)生的熱把爐料加熱至1900-2200℃，其總的化學(xué)反應(yīng)式為：CaO+3C=CaC2+CO+10800千卡。

通過以上反應(yīng)式不難發(fā)現(xiàn)，在正常電石生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生大量的熱能，熱能通過設(shè)置在電石爐二樓水分配器進(jìn)行對(duì)應(yīng)水冷壁和各元件的通水部件進(jìn)行循環(huán)冷卻降溫，循環(huán)水進(jìn)回水溫度一般為28℃～53℃之間。由于電石遇水極易發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量爆炸性氣體。在電石生產(chǎn)過程中一旦發(fā)生大量漏水情況時(shí)將造成安全事故。

本方案主要利用Endress+Hauser Picomag IO-LINK高精度智能流量?jī)x表提高電石生產(chǎn)過程中對(duì)傳統(tǒng)的開式循環(huán)水的預(yù)判能力，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)漏水情況，及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，防止大量積水與高溫電石反應(yīng)造成閃爆事故。通過在每路冷卻水回水管路上安裝一臺(tái)多參數(shù)流量檢測(cè)儀表，實(shí)時(shí)采集回水側(cè)每一趟管路的流量、溫度變化量，并結(jié)合入口側(cè)的壓力值，綜合預(yù)判管路中的水流變化情況。安裝示意圖如下：

由于冷卻水管線的進(jìn)出口溫度不同，密度也不盡相同。為了對(duì)測(cè)量值進(jìn)行修正，必須將測(cè)量的體積值進(jìn)行溫度補(bǔ)償，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)體積。只有這樣，才能真正體現(xiàn)出進(jìn)出口所檢測(cè)的體積變化。

控制系統(tǒng)采用西門子S7-1500系列PLC控制系統(tǒng)，一改傳統(tǒng)的模擬量數(shù)據(jù)采集控制方式，將先進(jìn)的IO-link通訊技術(shù)首先應(yīng)用于常規(guī)的電石行業(yè)當(dāng)中，通過抗干擾能力更強(qiáng)的通訊數(shù)字信號(hào)代替成本高，受干擾影響大的模擬量信號(hào)采集技術(shù)。其網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)如下：

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在3.98°C 以及1313，25 mbar壓力下，水的最大密度為999，975 kg/m? 。系統(tǒng)中，壓力所導(dǎo)致的密度變化沒有被考慮進(jìn)去，應(yīng)為每增加1000mbar的壓力密度僅有0，046 kg/m? 的變化。

當(dāng)電石爐爐內(nèi)氫氣含量超過16%以上時(shí)（以某4萬(wàn)電石爐C3密封套測(cè)量流量為基準(zhǔn)，正常運(yùn)行流量為11.378m?/h ，進(jìn)水總管壓力為0.35MPa，溫度35℃），通過改變各參數(shù)變化量綜合評(píng)定檢漏系統(tǒng)的精度值：

通過上述數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，回水管線溫度和流量成一定比例關(guān)系，對(duì)該時(shí)段生產(chǎn)裝置的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，當(dāng)電石爐處理料面時(shí)，C3密封套的溫度和流量都將產(chǎn)生一個(gè)較為明顯的波動(dòng)。隨后，在1個(gè)小時(shí)后溫度和流量值上升至正常水平。隨后對(duì)量程值變小后的幅值進(jìn)行放大分析，歸檔曲線的幅值降低至0.036m?/h。在一定程度上提高了泄露分辨率。

綜合上述驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課得出如下結(jié)論：采用0.8級(jí)電磁流量計(jì)對(duì)電石爐二樓回水流量變化情況可進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，其測(cè)量閥值為0.1m?/h;當(dāng)進(jìn)水總管壓力不發(fā)生變化時(shí)，回水管線泄露量達(dá)到1.7L/min時(shí)，可通過上位機(jī)的歸檔曲線預(yù)判出管路的漏水情況。隨著循環(huán)水管路的運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，水冷夾套中的阻力增加，回水流量將呈現(xiàn)出一個(gè)較為平穩(wěn)的趨勢(shì)。而當(dāng)發(fā)生漏水時(shí)，回水流量將在短時(shí)間內(nèi)流量減小，直至設(shè)備補(bǔ)焊完畢后恢復(fù)正常流量。

結(jié)束語(yǔ)：通過上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在不增加儀表自身的測(cè)量精度的情況，盡量縮小流量變化區(qū)間值以及電流輸出值，可明顯反應(yīng)處水流的變化情況。例如，本次安裝的某電石C3密封套的水流長(zhǎng)時(shí)間工作在11.6m?/h區(qū)間內(nèi)。當(dāng)流量量程為0-20m?/h時(shí)，脈動(dòng)幅值為0.158m?/h，泄露量低于本值時(shí)將無(wú)法檢測(cè)到夾套漏水情況。當(dāng)流量量程變更為10.5-12.5m?/h時(shí)，脈動(dòng)幅值為0.036m?/h。檢漏精度提高到77%左右?？紤]到電石爐的經(jīng)濟(jì)適用性，和實(shí)際運(yùn)行過程中的水流的脈動(dòng)情況。采用0.8級(jí)電磁流量計(jì)可將檢漏精度提高至0.1m?/h。安全方面，當(dāng)某一管路發(fā)生大量漏水時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉對(duì)應(yīng)冷卻水進(jìn)口管路氣動(dòng)閥門，防止大量冷卻水流入電石爐內(nèi)，與高溫熔融電石產(chǎn)生劇烈反應(yīng)造成爆炸事故。

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