一種重介質(zhì)選煤用壓差式密度計的設(shè)計及應(yīng)用

王海港

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 長治 046600）

1 霍爾辛赫選煤廠及其選煤用密度計概況

霍爾辛赫選煤廠屬于型煉焦煤選煤廠，設(shè)計生產(chǎn)能力為5.0 Mt/a，主選采用無壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選+尾煤濃縮浮選的聯(lián)合工藝，入選原煤全部來自于霍爾辛赫礦井。主要分選設(shè)備采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器進(jìn)行洗選。重介質(zhì)密控系統(tǒng)主要用于測量重介質(zhì)的洗選密度，通過PLC 的PID 調(diào)節(jié)來控制清水閥的開度，保證重介質(zhì)懸浮液的密度趨近于設(shè)定密度。重介質(zhì)懸浮液的密度是否穩(wěn)定將直接影響原煤的分選，決定產(chǎn)品的灰分和生產(chǎn)率。

目前，霍爾辛赫選煤廠測量重介質(zhì)懸浮液的密度采用的是同位素密度計。同位素密度計是利用γ射線穿過被測物體后，其強(qiáng)度的變化而相應(yīng)地變化的規(guī)律，來測定密度。但是在實(shí)際的生產(chǎn)過程中由于密度計考支架固定在管道上，如果周圍環(huán)境震動大，就會造成支架松動，接收器位置變化，導(dǎo)致測量的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，另一個原因是同位素密度計本身具有輻射，如果操作不當(dāng)會造成工作人員受到輻射和污染周圍環(huán)境。

2 壓差式密度計的工作原理及構(gòu)造

壓差式密度計沒有輻射源，它可以直接測量和顯示實(shí)時的密度值，具有抗震動、測量誤差小、維護(hù)簡單等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的壓差式密度計利用阿基米德原理，其工作原理是一定高度的液柱產(chǎn)生的壓力與該液體的密度成正比，即：

式中：P 為一定高度的液柱產(chǎn)生的壓力；ρ 為該液體的密度；g 為測量地重力加速度；h 為液柱的高度。

差壓密度計的壓力部分主要由兩個膜盒密封裝置和壓力差壓變送器組成，來自管道不同高度的膜盒密封裝置經(jīng)導(dǎo)壓管直接作用于壓力變送器，通過變送器上的傳感元件將壓力差轉(zhuǎn)為電壓信號，電壓信號經(jīng)終端設(shè)備根據(jù)截至在一定垂直距離上的差壓值計算出介質(zhì)的密度，然后轉(zhuǎn)化為4～20 mA 電流信號接入到PLC 中。

3 壓差式密度計的設(shè)計及應(yīng)用

霍爾辛赫選煤廠重介密度檢測裝置仍采用I 代阿姆德爾數(shù)字密度計。一方面，該密度計內(nèi)部零部件老化嚴(yán)重、性能下降，有的部件無法購買；另一方面，該密度計攜帶放射源Cs-173，輻射強(qiáng)，危害大，容易泄露，存在巨大的安全隱患。針對這一情況，經(jīng)研究分析，為了提高密度檢測、控制水平，減少對人身危害，選用FMD78-MBA7F21B51AS 型差壓變送器取代阿姆德爾數(shù)字密度計。選煤廠重介質(zhì)懸浮液上料管的流速一般都很快，會造成大的測量誤差和測量的不穩(wěn)定性，甚至無法測量，所以需要控制好流速，才能穩(wěn)定測量?？刂屏魉?，考慮旁通安裝，這樣便于選擇小管徑的密度計，節(jié)約材料成本。密度計測量室與膜片之間有足夠?qū)挼木嚯x，喇叭狀弧形焊接，這種結(jié)構(gòu)的好處除了介質(zhì)不會直接沖刷膜片保證產(chǎn)品的壽命外，也能防止顆粒介質(zhì)或起泡集聚所帶來的誤差（見圖1）。改造期間，為保證生產(chǎn)秩序的正常進(jìn)行，在不影響現(xiàn)有密度計的使用前提下，將原有測量磁性物含量的管道拆除，經(jīng)測量、制作、安裝新管道，把差壓變送器安裝于其上。

圖1 差壓密度計安裝示意圖

差壓變送器就是測量被測介質(zhì)的壓強(qiáng)差，即△P=ρg△h，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換器運(yùn)算，被轉(zhuǎn)化為 4～20 mA信號輸出到PLC。利用PLC 內(nèi)部PID 運(yùn)算進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，通過接收現(xiàn)場密度計返回的4～20 mA 電流信號與外部設(shè)定密度值進(jìn)行比較，通過模擬量模塊輸出4～20 mA 信號，驅(qū)動步進(jìn)閥門電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作控制閥門的開度，當(dāng)測量密度高于設(shè)定密度時，控制步進(jìn)閥打開，清水進(jìn)入313 桶，密度降低；當(dāng)測量密度低于設(shè)定密度時，步進(jìn)閥動作，閥門關(guān)閉，密度升高至設(shè)定密度，達(dá)到自動平衡。（見圖2）通過PLC 的自動功能實(shí)現(xiàn)了密度的自動跟蹤無需干預(yù)，保證了生產(chǎn)所需的合格重介質(zhì)懸浮液[1-3]。

圖2 密度控制原理圖

4 效果

方案實(shí)施后，經(jīng)過一段時間的數(shù)據(jù)分析，壓差式密度計的測量精度達(dá)到了0.007 g/cm3，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定、波動小，測量的準(zhǔn)確度不受周圍磁選機(jī)、脫介篩、離心機(jī)等設(shè)備帶來震動的影響；線路通過加裝信號隔離模塊，杜絕了其他電磁信號的干擾，保證了密度計和PLC 模塊正常運(yùn)行，通過一系列的改造，確保了產(chǎn)品的各個指標(biāo)，為客戶提供了合格的煉焦煤，最大限度地保證了霍爾辛赫選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益，如表1 所示。

表1 運(yùn)行實(shí)時監(jiān)控與人工采樣對比圖

5 效益及推廣應(yīng)用

密度控制系統(tǒng)檢測裝置投入運(yùn)用以來，運(yùn)行正常，既減少了職工的勞動強(qiáng)度，又有效地降低了材料配件的消耗，減少材料配件的費(fèi)用30 萬元。目前，317ABC密度自動控制系統(tǒng)檢測裝置成功運(yùn)用，霍爾辛赫選煤廠所有密度檢測裝置也可以做同樣的改造，從而徹底杜絕密度控制水平低、安全隱患大的現(xiàn)象。