淺析鋼鐵企業(yè)煤氣柜檢測儀表及系統(tǒng)

郭秀新，蘆連東

（濟(jì)南伊斯達(dá)自控工程有限公司，山東 濟(jì)南250100）

1 鋼鐵企業(yè)煤氣柜概述

儲存煤氣的氣柜是能源工業(yè)和鋼鐵工業(yè)必不可少的大型設(shè)施。煤氣柜按密封方式有濕式煤氣柜和干式煤氣柜兩種。濕式煤氣柜為用水密封的套筒式圓柱形結(jié)構(gòu)；干式煤氣柜為用?。ǜ桑┯突蛉崮っ芊獾幕钊浇Y(jié)構(gòu)。

干式煤氣柜是具有非水密封且由活塞來平衡外部管網(wǎng)煤氣壓力的煤氣柜，包括干油密封煤氣柜（克隆型柜）、稀油密封型煤氣柜（曼恩型柜）和橡膠膜密封型煤氣柜（維金斯柜），簡稱干式柜或煤氣柜。干式煤氣柜與濕式煤氣柜相比，有儲氣壓力高、壓力穩(wěn)定、使用壽命長、煤氣不增濕、污染少、占地面積小及操作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

按照《鋼鐵企業(yè)煤氣儲存和輸配系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，鋼鐵企業(yè)煤氣儲存設(shè)施應(yīng)選用干式煤氣柜。目前國內(nèi)干式煤氣柜主要分為3種柜型：多邊形稀油密封型煤氣柜；圓筒形稀油密封型煤氣柜；橡膠膜密封型煤氣柜。多邊形稀油密封型煤氣柜是以稀潤滑油作密封介質(zhì)的外殼為正多邊形的儲氣柜，簡稱多邊形稀油柜。圓筒形稀油密封型煤氣柜是以稀潤滑油作密封介質(zhì)的外殼為圓筒形的儲氣柜，簡稱圓筒形稀油柜。橡膠膜密封型煤氣柜是采用橡膠膜作為活塞密封方法的干式柜，具有采用特制橡膠膜的活塞結(jié)構(gòu)和圓筒形的外形特征，簡稱橡膠膜柜，也稱布簾式柜、皮膜柜、卷簾柜。

2 干式煤氣柜檢測儀表系統(tǒng)配置

從儲存介質(zhì)的特性來講，鋼鐵企業(yè)干式柜儲存的是多組份具有?；诽卣鞯目扇蓟旌蠚怏w，人工煤氣存在一氧化碳中毒危害。根據(jù)有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為保證安裝施工質(zhì)量、保障操作運(yùn)行安全，干式柜應(yīng)設(shè)現(xiàn)場控制室，室內(nèi)設(shè)有壓力計、流量計、高度指示計、容積上下限聲光訊號裝置和聯(lián)系電話。還應(yīng)設(shè)活塞升降速度、煤氣出入口閥、煤氣放散閥的狀態(tài)和開度等測定儀，及各種閥的開、關(guān)和故障信號裝置以及與活塞上部操作人員聯(lián)系的通信設(shè)備。一次儀表不得引入操作值班室內(nèi)。

對煤氣柜本體所設(shè)檢測儀表系統(tǒng)配置進(jìn)行總結(jié)如下：

2.1 活塞檢測

以橡膠膜密封型煤氣柜為例，該型干式煤氣柜的外部是一個圓柱體，內(nèi)部的活塞做成球冠形狀，活塞位置指示儲氣量，活塞的上下運(yùn)動指示著氣柜儲氣量的改變，因此柜位是煤氣柜設(shè)計中必須要監(jiān)測的參數(shù)。為保證煤氣柜安全運(yùn)行，必須采用自動化手段對煤氣柜中活塞的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測，并實(shí)現(xiàn)有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過傳感器和智能儀器自動采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)控管理區(qū)域，實(shí)時顯示氣柜活塞的位置、傾斜度和漂移度參數(shù)，從而判斷氣柜的運(yùn)行狀態(tài)，并對異常狀態(tài)實(shí)現(xiàn)預(yù)警或報警，對保障煤氣柜的安全運(yùn)行具有重要意義。

應(yīng)設(shè)檢測參數(shù)有：活塞位置、活塞升降速度、活塞傾斜度、活塞旋轉(zhuǎn)、對稀油柜還應(yīng)設(shè)活塞油溝油位高度檢測、橡膠膜柜則可設(shè)活塞漂移量（密封間距）檢測。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定干式柜應(yīng)設(shè)置機(jī)械柜位計和電子式柜位計各1套。對橡膠膜柜在工藝附屬設(shè)施的設(shè)計中應(yīng)設(shè)帶柜位發(fā)訊裝置的機(jī)械式柜容指示器和電子式柜容指示器，當(dāng)工藝設(shè)計配置不全時應(yīng)補(bǔ)全設(shè)備。宜選正交4點(diǎn)在線檢測活塞傾斜測量值。

2.2 煤氣安全檢測

干式柜活塞上部應(yīng)設(shè)置固定式煤氣濃度監(jiān)測裝置，其監(jiān)測信號應(yīng)送到干式柜的控制室并設(shè)置聲、光報警的顯示和記錄。在活塞上部應(yīng)設(shè)不少于4點(diǎn)固定式一氧化碳檢測報警裝置。

2.3 調(diào)試及運(yùn)行檢測

干式煤氣柜安裝完成后，要進(jìn)行活塞走行試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)?；钊凶咴囼?yàn)是對活塞傾斜、導(dǎo)輪壓力、密封裝置、柜位計等進(jìn)行綜合考核。氣密性試驗(yàn)時，先向柜內(nèi)充氣，充氣量為柜內(nèi)容量的90%左右，然后擱置7晝夜，每天當(dāng)氣溫穩(wěn)定（一般在日出前）時測量其壓力、體積和溫度。按照計算，其泄漏率以不超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為合格。儲氣柜工藝總調(diào)試質(zhì)量需要檢測的內(nèi)容有：氣柜高度約1/2處的大氣壓力；柜內(nèi)氣體溫度，活塞中部人孔處測1點(diǎn)，外側(cè)人孔處測2點(diǎn)；柜內(nèi)氣體含水量；柜內(nèi)氣體壓力。

現(xiàn)有的煤氣柜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測主要有壓力、容量、熱力參數(shù)等的監(jiān)測。煤氣柜的檢測和控制項目內(nèi)容，應(yīng)符合下面規(guī)定：煤氣柜應(yīng)設(shè)煤氣溫度、密封油溫度、儲氣壓力、儲氣量。其中儲氣壓力、儲氣量等數(shù)值應(yīng)遠(yuǎn)傳到操作值班室或遠(yuǎn)程控制中心的計算機(jī)上顯示。稀油柜還應(yīng)設(shè)置底部油溝油位及水位在線檢測裝置。

綜上所述，根據(jù)干式柜調(diào)試的安全考核指標(biāo)及調(diào)試和運(yùn)行要求，柜本體檢測點(diǎn)及數(shù)量見表1。

表1 煤氣柜本體檢測點(diǎn)及數(shù)量配置

橡膠膜密封干式柜活塞漂移量規(guī)范未明確規(guī)定檢測，工藝總調(diào)試質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的密封間距需用到該參數(shù)。

2.4 活塞檢測儀表原理及選型

（1）活塞水平旋轉(zhuǎn)量：位移測量法。采用位移傳感器測量滑塊和防回轉(zhuǎn)立柱之間的距離，直接讀取位移量。可以選用激光位移傳感器進(jìn)行測量。一般煤氣柜活塞扭轉(zhuǎn)量不超過±50 mm，安裝于煤氣柜內(nèi)。

（2）活塞傾斜量：位移檢測運(yùn)算法。第一種方法是連通器液位測量運(yùn)算法，選用4個測量筒連通，安裝4個高精度液位傳感器，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算得活塞傾斜量最大值。此種方法亦可以用多個活塞位置檢測儀表的測量結(jié)果來實(shí)現(xiàn)。亦可采用4個電子式柜位計檢測參數(shù)經(jīng)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。

A、B、C、D四個測量點(diǎn)分別設(shè)置在活塞的平面坐標(biāo)軸上，沿圓周分布，半徑為R?；钊麅A斜時，將沿活塞圓上某一直徑旋轉(zhuǎn)。已知hA，hB，hC，hD，求H（∠γ），∠ψ。計算過程如下：

所以tgψ=（hD/hA）·（R2-hA2）0.5/（R2-hD2）0.5；

則ψ=arctg［（hD/4A）·（R2-hA2）0.5/（R2-hD2）0.5］；

因?yàn)閠gγ=hA/a=hA/{（R2-hA2）0.5·cos arctg［（hD/

則H=R·tgγ=R··cos arctg［（hD/

γ=arctg{hA/·cos arctg［（hD/hA）·（R2-

此法為根據(jù)活塞傾斜對水平面的位移，求得最大傾斜量和傾斜角。

第二種方法，利用傾斜儀式檢測傾斜角度后進(jìn)行換算，得到活塞最大傾斜量及其角度。

X-Y平面為活塞平面，活塞半徑為R。已知∠α，∠β（設(shè)最大傾斜時為h），求∠γ（H），∠ψ。計算過程如下：

可知tgγ=n/y’=m/x’；

則tgψ=tgα/tgβ；

所以ψ=arctg（tgα/tgβ）；

則tgγ=m/x’=R·sinα/（R·cosα·cosψ）=tgα/cos［arctg（tgα/tgβ）］；

所以γ=arctg{tgα/cos［arctg（tgα/tgβ）］}；

H=R·tgα/cos［arctg（tgα/tgβ）］。

此法為已知傾斜角度，求得最大傾斜角和傾斜量。

（3）活塞快降速度：位置檢測微分法。利用柜容位置編碼器和活塞位置檢測儀表，可以分析計算測量活塞升降速度。

（4）活塞位置：位移檢測。機(jī)械柜位計安裝在柜體上，醒目顯示柜容量（活塞位置）。由于機(jī)械柜位計的活塞利用繩輪機(jī)構(gòu)和指針指示儀表相連，可以在儀表齒輪箱中加裝多圈絕對值編碼器來進(jìn)行電氣轉(zhuǎn)換并接入PLC系統(tǒng)進(jìn)行柜位信號處理。電子式柜位計還可以采用雷達(dá)物位計或激光柜位計等長距離非接觸式位移測量產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)。并且利用4點(diǎn)活塞位置測量可以實(shí)現(xiàn)活塞最大傾斜量的運(yùn)算。

（5）活塞漂移量檢測：位移檢測運(yùn)算法。位于活塞平面坐標(biāo)軸上的4個測量點(diǎn)A、B、C、D分別檢測出活塞對柜殼的距離：活塞穩(wěn)定時距離相等為固定值，活塞漂移后距離分別為a、c、a’、c’。活塞的漂移改變了活塞與柜殼之間的距離，活塞的最大漂移量計算：選測量最大值a，其對邊測量值為a；垂直邊測量值為c，c’。則活塞中心沿AC軸的漂移量為（a-a’）/2；沿BD軸的漂移量為（c-c’）/2。因此活塞中心的最大漂移距離為［（a-a’）2+（c-c’）2］0.5/2；漂移角為arctg［（c-c’）/（a-a’）］。

2.5 煤氣柜檢測儀表原則

煤氣柜檢測儀表的設(shè)置應(yīng)以安全需要為原則、保證工作可靠并兼顧經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行，所以在優(yōu)先應(yīng)用成熟的產(chǎn)品基礎(chǔ)上要做出經(jīng)濟(jì)分析對比，以達(dá)到系統(tǒng)的性價比最優(yōu)。煤氣柜內(nèi)測量儀表由于工作環(huán)境惡劣，其工作可靠性對設(shè)備選擇尤其重要。

傾斜儀的對比：利用連通器液位測量原理，安裝復(fù)雜調(diào)試繁瑣，但是造價低；利用多柜位計測量，由于柜位計造價高，傾斜儀整體造價偏高，在柜頂外安裝，調(diào)試方便。

由于煤氣柜的檢測儀表的配置要充分考慮安全性，因此儀表的工作可靠性尤為重要，在儀表選用時應(yīng)以可靠性優(yōu)先，其次才考慮投資成本。

3 結(jié)語

鋼鐵企業(yè)煤氣柜大多為活塞式，活塞的安全運(yùn)行成為生產(chǎn)安全重點(diǎn)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對其檢測儀表進(jìn)行配置。本研究對幾個關(guān)鍵參數(shù)的測量方法進(jìn)行了探討，提出了煤氣柜檢測儀表的選型原則，可供生產(chǎn)和工廠設(shè)計參考。