工業(yè)冷凍系統(tǒng)液位計(jì)的改造

陳學(xué)勇(青海黃河水電新能源分公司，青海 西寧 810007)

0 引言

某多晶硅生產(chǎn)項(xiàng)目中工業(yè)冷凍RF1、RF2和RF3系統(tǒng)氣液分離器磁翻板液位計(jì)FISHER供液閥不同程度工作不穩(wěn)定，具體表現(xiàn)在：

(1) RF1機(jī)組系統(tǒng)撬塊FISHER供液閥定位器反饋臂運(yùn)行時(shí)磨下很深的凹槽，閥位無法反饋，導(dǎo)致FISHER供液閥閥動(dòng)作需要手動(dòng)調(diào)節(jié)無法滿足使用要求；

(2) RF3低溫系統(tǒng)撬塊不同程度地出現(xiàn)供液不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)需要人為手動(dòng)調(diào)節(jié)，表面上無明顯損壞可能是使用時(shí)間較長(zhǎng)的金屬疲勞所致；

(3)冷凝器損壞后水進(jìn)入系統(tǒng)中殼體生銹制冷劑運(yùn)行后清洗掉銹后沉積到系統(tǒng)的最低部，而液位檢測(cè)顯示位置就是系統(tǒng)的最低處導(dǎo)致了液位檢測(cè)和磁翻板出現(xiàn)不穩(wěn)定。

1 項(xiàng)目改造的必要性及可行性

1.1 改造必要性

安裝在氣液分離器上積液柱上下的差壓檢測(cè)膜片檢測(cè)裝置將上下膜片檢測(cè)到的壓力信號(hào)送到差壓變送器輸出4～20mA差壓信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)分解變成2路4～20mA信號(hào)，一路送到光柱顯示器另一路送到DANFOSS EKC347進(jìn)行信號(hào)處理，再輸出4～20mA啟動(dòng)信號(hào)給閥門定位器控制閥門開度的大小。

C01車間使用FISHER 667和GX閥門，這兩種閥門有不同的控制方式，只要修改與他們對(duì)應(yīng)的合適控制方式閥門就可以穩(wěn)定工作，所以將液位從浮球檢測(cè)改成差壓檢測(cè)，信號(hào)輸出從控制氣改成4～20mA。其需要的零部件也是配套的，沒有特別復(fù)雜的程序也沒有需要論證的技術(shù)問題。

如圖1、圖2所示，液位顯示采用差壓變送器輸出的信號(hào)直接光柱顯示準(zhǔn)確直觀。

圖1 差壓傳感器套件正面圖

圖2 差壓傳感器套件背面圖

1.2 改造可行性分析

現(xiàn)場(chǎng)光柱液位顯示與實(shí)際液位波動(dòng)平均液位近似(解釋：氣液分離過程中液位會(huì)上下波動(dòng))。

閥門的動(dòng)作控制與液位相符合，液位高于“設(shè)定值+比例帶+死區(qū)”時(shí)閥門下行，液位低于“設(shè)定值+比例帶+死區(qū)”閥門上行，液位等于“設(shè)定值+比例帶+死區(qū)”閥門靜止。

閥門的動(dòng)作幅度和時(shí)間與“比例帶+死區(qū)”有關(guān)，“比例帶+死區(qū)”在控制器上可調(diào)。

氣分的控制液位“設(shè)定值”可設(shè)置。

安裝在氣分上積液柱上下的差壓檢測(cè)膜片檢測(cè)裝置將上下膜片檢測(cè)到的壓力信號(hào)送到差壓變送器輸出4～20mA差壓信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)分解變成2路4～20mA信號(hào)，一路送到光柱顯示器另一路送到DANFOSS EKC347進(jìn)行信號(hào)處理，再輸出4～20mA啟動(dòng)信號(hào)給閥門定位器控制閥門開度的大小。

工業(yè)冷凍RF1、RF2和RF3系統(tǒng)氣液分離器磁翻板液位計(jì)FISHER供液閥使用FISHER 667和GX閥門，這兩種閥門有不同的控制方式，只要修改與他們對(duì)應(yīng)的合適控制方式閥門就可以穩(wěn)定工作。而這種修改也是非常成熟的，只是液位從浮球檢測(cè)改成差壓檢測(cè)，信號(hào)輸出從控制氣改成4～20mA。液位顯示采用差壓變送器輸出的信號(hào)直接光柱顯示準(zhǔn)確直觀。

2 技術(shù)改造

將現(xiàn)有的浮筒液位控制器改造成差壓液位控制器，加工與差壓傳感器法蘭相同的法蘭及接管，根據(jù)接管大小在液位采集豎管上切割相同大小的孔，安裝加工好的高低位法蘭、傳感器等。主要分為四個(gè)部分：

(1)信號(hào)檢測(cè)單元；

(2)控制處理單元；

(3)驅(qū)動(dòng)單元；

(4)光柱液位顯示裝置。

2.1 信號(hào)檢測(cè)單元

羅斯蒙特1199型遠(yuǎn)傳膜片可組裝到羅斯蒙特3051S、3051型差壓、表壓與絕壓變送器及液位變送器上。操作期間，薄的有彈性的膜片與充灌液把變送器的壓力敏感元件與過程的介質(zhì)隔離開，毛細(xì)管的管路或直接安裝的法蘭把膜片連接到變送器。所以采用ROSEMOUNT3501羅斯蒙特1199型遠(yuǎn)傳膜片系統(tǒng)，使用與壓力膜片法蘭對(duì)接的法蘭和墊片，與積液柱鏈接的管道(10mm)大于現(xiàn)在的管道直徑(49mm)，在積液柱上開口后焊接接管及法蘭。

2.2 控制處理單元

采用DANFOS 專用液位控制器EKC347作為信號(hào)處理單元，EKC347內(nèi)設(shè)目標(biāo)參數(shù)和PID控制，實(shí)施檢測(cè)到的液位信號(hào)在內(nèi)部處理完成后輸出控制信號(hào)4～20mA，到閥門定位器實(shí)現(xiàn)液位控制；EKC347同時(shí)輸出4～20mA信號(hào)通過屏蔽線傳送到FRICK Quantum LX控制中心做實(shí)時(shí)液位顯示方便操作。

2.3 驅(qū)動(dòng)單元

驅(qū)動(dòng)單元是液位控制改造的核心，把現(xiàn)有的定位器氣源驅(qū)動(dòng)方式改造成數(shù)字式驅(qū)動(dòng)定位器(圖3)。改造時(shí)原來浮筒檢測(cè)裝置去除2500控制器，更換為膜片是差壓檢測(cè)和傳感器；定位器的將原來的氣源驅(qū)動(dòng)更改成數(shù)字驅(qū)動(dòng)控制的定位器；電磁閥仍然使用AC220V，由機(jī)組提供控制電源來實(shí)現(xiàn)對(duì)供液閥的啟停控制。

圖3 數(shù)字式驅(qū)動(dòng)定位器示意圖

2.4 光柱液位顯示裝置

來自信號(hào)分配器的4～20mA的液位信號(hào)直接接入光柱液位顯示裝置顯示液位(圖4)，從EKC347輸出的4～20mA通過信號(hào)電纜傳送到控制中心顯示實(shí)時(shí)液位(圖5)。

(1)電源供給：由AC220V /DC24V 100W開關(guān)電源提供差壓變送器、分配器、控制器、光柱顯示裝置和定位器電源支持。

(2)從EKC347輸出的4～20mA通過信號(hào)電纜傳送到控制中心顯示實(shí)時(shí)液位。

調(diào)整光柱液位顯示與時(shí)間液位(液位波動(dòng)的中間值)相當(dāng)，測(cè)定液位輸出4～20mA的值，調(diào)整顯示使4mA=0%液位，20mA=100%液位。

圖4 完成后定位器

圖5 完成后的控制箱

3 技術(shù)要求

設(shè)定DANFOSS EKC347使之符合機(jī)組使用工況，調(diào)整完畢后生成設(shè)定值參數(shù)表備份。

使用手持器調(diào)試閥門使閥門開度4mA=100%，20mA=0%并調(diào)試閥門使其與要求一致。

機(jī)組運(yùn)行調(diào)試，設(shè)置DANFOSS EKC347調(diào)整PID使閥門的動(dòng)作與實(shí)際相協(xié)調(diào)。

設(shè)定控制中心使液位在“用戶自定義”界面中顯示。

積液柱改造工作，旁路接線端子25&5，回收制冷劑取下積液柱上所有部件，完成后裝回。此項(xiàng)不影響開車。

線路調(diào)試工作可單獨(dú)完成不影響調(diào)試工作。

供液閥改造閥門會(huì)停止工作，使旁通供液需要適當(dāng)降低低負(fù)荷或者另接管道。此項(xiàng)對(duì)負(fù)荷有影響。

控制中心改造顯示不影響正常開機(jī)。

液位顯示改造對(duì)正常運(yùn)行無影響。

4 結(jié)語

工業(yè)冷凍系統(tǒng)氣液分離器FISHER供液閥控制改造后機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，供液閥定位器問題在液位控制系統(tǒng)改造后問題已被根除，液位控制改造完成后控制正常效果良好。由于閥門動(dòng)作需要手動(dòng)調(diào)節(jié)無法滿足使用要求，改造完畢后滿足蒸發(fā)器自動(dòng)調(diào)節(jié)的需求，避免機(jī)組高液位停機(jī)，同時(shí)，從而使整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并消除壓縮機(jī)吸氣帶液等重大安全隱患問題。