酸循環(huán)原理及液位計異常的改善

鄒 貴

（河鋼邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

1 綜述

邯鋼冷軋廠新推拉式酸洗線（PPL）于2014年2月投產(chǎn)，這條線是由邯鋼冷軋廠完全自主設(shè)計、安裝的，設(shè)備也基本都是國內(nèi)生產(chǎn)，創(chuàng)下3個月安裝、10個月熱試車的歷史記錄。這條生產(chǎn)線主要工藝就是酸洗，而酸罐液位計是工藝段酸循環(huán)的“眼睛”，它工作的正常與否，直接關(guān)系到酸循環(huán)是否可以正常運行。但是酸的高腐蝕性及揮發(fā)性，對液位計有很高的要求，顯示不準確就會導致酸循環(huán)異常，進而產(chǎn)生欠酸洗、停車斑等生產(chǎn)缺陷。本文簡要介紹了酸循環(huán)的過程，主要介紹通過對程序改進、設(shè)備維護使液位計顯示正常，酸循環(huán)正常運行，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省成本。

2 酸洗原理及酸循環(huán)

新酸洗線是根據(jù)奧地利ANDRITZ（安德里茨）的推拉式酸洗線（PPL)原型，自主設(shè)計安裝的。

鋼材經(jīng)熱軋及后續(xù)冷均會有銹皮生成，其組成由內(nèi)而外依序大致為：FeO、Fe3O4、Fe2O3,由于含氧量的不同，F(xiàn)e2O3在最外層、Fe3O4居中、FeO在最內(nèi)層[1]。

此種銹皮頗為細密，具有保護底材不受氧化腐蝕之作用。銹皮與鹽酸的反應中，F(xiàn)eO反應速率最快，F(xiàn)e3O4次之，F(xiàn)e2O3最慢。進行酸洗時，酸液會經(jīng)由銹皮縫隙、孔洞等缺陷，到達內(nèi)部先行溶解FeO，當FeO溶解后，酸液建立起Fe/酸液/Fe3O4局部電池，使Fe3O4進行還原溶解，同時若有大面積之底材裸露，將和酸液反應產(chǎn)生H2，氫氣之壓力發(fā)生剝離作用，使外層銹皮脫離而達成酸洗之目的。其反應式如下：

因此，于靜態(tài)酸洗過程中，內(nèi)層銹皮的酸洗是靠溶解來進行，而外層銹皮則一部分利用剝離作用來完成，另一部分以溶解方式進行。

其中工藝段的主要組成是六個酸罐分別對應六個酸槽，6#酸罐位于出口位置，一號酸罐在入口。酸再生產(chǎn)生的新酸首先打到6#酸罐，然后在6#與5#兩個酸罐之間有通過的閥，以及打酸泵；在生產(chǎn)過程中，打酸泵是始終開啟的，當打開閥門時，酸就會從6#酸罐向5#酸罐打酸，后面的四個酸罐以次類推，都是由閥門的開閉控制酸從上一級流向下一級；最后雜質(zhì)酸從1#酸罐回到酸再生[2]。

其中，為了達到最好的酸洗質(zhì)量和對最低的酸使用成本，我們設(shè)定了從前一級酸罐向下一級酸罐打酸開閥的基準，一般是在本酸罐達到53%～59%之間開始向下一級打酸；或者下一級酸液位小于35%時，向上一級酸罐要酸（也就是打開從上一級向下一級酸罐的流酸閥）。

這條酸洗線酸罐液位的檢測，用的是E+H的雷達液位計。

3 雷達液位計工作原理

發(fā)射—反射—接收是雷達液位計的基本工作原理。

雷達傳感器的天線以波束的形式發(fā)射電磁波信號，發(fā)射波在被測物料表面產(chǎn)生反射，反射回來的回波信號仍由天線接收。發(fā)射及反射波束中的每一點都采用超聲采樣的方法進行采集。信號經(jīng)智能處理器處理后得出介質(zhì)與探頭之間的距離，送終端顯示器進行顯示、報警、操作等。

假設(shè)，E－空槽（罐）的高度；F—滿槽（罐）的高度；D—探頭至介質(zhì)表面的距離；L—實際物位。

圖1 雷達液位工作原理

雷達脈沖信號從發(fā)射到接收的運行時間與探頭到介質(zhì)表面的距離D成正比，即：D=v×2/t

式中，t-脈沖從發(fā)射到接收的時間隔；v-波形傳播速度。

因空槽距離E已知，故實際物位的距離L為：L=E-D

式中，E的基準點是過程連接的底部。

在發(fā)射的時間間隔里，天線系統(tǒng)作為接收裝置使用。儀表分析、處理運行時間小于十億分之一秒的回波信號，并在極短的一瞬間分析處理回波。

雷達傳感器利用特殊的時間間隔調(diào)整技術(shù)將每秒的回波信號進行放大、定位，然后進行分析處理。因此雷達傳感器可以在0.1s內(nèi)精確細致地分析處理這些被放大的回波信號，無須花費很多時間來分析頻率。

4 液位計故障處理及日常維護

在前面我們介紹了，酸循環(huán)的原理以及液位計的重要性。而實際生產(chǎn)中，液位計的故障會導致嚴重的生產(chǎn)問題。

從調(diào)試階段開始一直到后面正常生產(chǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)液位顯示的跳變、虛報等問題。導致打酸泵突然停止（當液位低于20%時，酸泵在保護程序下自己停止，防止酸泵空載運轉(zhuǎn)被損壞，由于是純進口酸泵，成本非常高）；酸循環(huán)異常始終從酸再生打酸（液位始終顯示低，酸再生來酸閥始終開啟），但是酸罐已經(jīng)滿了，溢出到污水坑，產(chǎn)生大量酸性污水，即污染環(huán)境又形成酸的浪費；同時液位計顯示跳變時，會導致酸循環(huán)無法開啟，全線停車，這時就會產(chǎn)生停車斑、過酸洗等質(zhì)量問題，出現(xiàn)生產(chǎn)事故。

在電氣專業(yè)技術(shù)主管的帶領(lǐng)下，經(jīng)過反復的現(xiàn)場觀察，網(wǎng)上查資料，多次拆卸液位計檢查，總結(jié)出以下幾點問題及改進方法。

4.1 測量值明顯失真

故障表現(xiàn)為液位變化而測量值恒為常數(shù)，當儲罐排空或?qū)M時儀表保持一個明顯的假料位，也或者表現(xiàn)為槽罐內(nèi)物料將滿時顯示彈回一個低值。造成這類故障的通常是以下原因：

（1）天線結(jié)疤。厚而濕的結(jié)疤會對微波產(chǎn)生強烈的反射，使儀表測量值保持一個恒定的高液位值。

（2）料排空時天線或附近的凝聚物產(chǎn)生干擾回波。

（3）物料排空時槽罐內(nèi)固定組件引起強烈回波。

針對上述情況應采取以下方法進行解決：

（1）仔細清理天線和天線附近的附著物。

（2）激活并合理地設(shè)置“窗口抵制”距離?！按翱谝种啤币卜Q為“近現(xiàn)場抑制”，此功能用以消除安裝法蘭焊縫、天線或其附近掛料對測量的影響。它通過設(shè)定近現(xiàn)場抑制距離，儀表將此范圍內(nèi)的回波注冊為干擾回波不進行測量。

槽內(nèi)物料將滿時儀表顯示一個較低的料位，是由于液面升高槽內(nèi)多重回波增加，程序處理時將一束時間行程較長的回波錯誤地識別為測量回波，從而計算出較大的上空距離。針對這種情況，應修改近現(xiàn)場抑制距離，以消除多重回波的影響。

4.2 測量值波動

在罐內(nèi)由于介質(zhì)表面劇烈起伏，或是因為酸循環(huán)回流臨時性干擾回波增強，從而測量值波動。除了改善應用參數(shù)，激活近現(xiàn)場抑制，增大輸出阻尼外，還應檢查儀表的安裝位置，或是考慮安裝更大規(guī)格的天線。

4.3 維護及解決方法

此外，我們還在電腦界面，從程序中加入酸的流向監(jiān)控。也就是通過流量計，連入數(shù)據(jù)庫，用累加的程序，記錄生產(chǎn)時間內(nèi)的來酸（從酸再生打來新酸）情況與去酸（廢酸打到酸再生）情況，隨時監(jiān)控，如有異常到現(xiàn)場確認實際情況作出相應措施。

除了在故障發(fā)生時，及時的解決方案外，日常維護也是必不可少的。

（1）檢查供電是否正常。在日常維護中，最關(guān)鍵的幾個檢查點是輸出電流、電源電壓和表體溫度。通電后，儀表在幾分鐘左右即可正常工作，若儀表出現(xiàn)異常，無正常輸出，則應檢查是否真正接上電源，保險絲有無燒壞。

（2）檢查通訊是否正常。若通訊正常時，可通過安裝了雷達調(diào)試軟件的手提電腦、雙向調(diào)制/解調(diào)器接入現(xiàn)場通訊單元，在操作界面上可讀取雷達的組態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)射波、反射波強度等所有數(shù)據(jù)。若讀不到，則通訊出現(xiàn)故障。這時可用這些設(shè)備到雷達頭處接入信號線，以準確判斷故障所在。

（3）清理清潔。在停車檢修時，檢查用于檢測返回信號的天線下面是否有水珠，或是否沾上物料或臟物。針對這種情況，用水清洗或者干凈的棉布擦拭即可解決。在擦拭時，不能選用堿性溶劑，擦干凈后，重新安裝固定法蘭，以避免發(fā)生泄露。