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            寧鋼水處理液位計選型以及液位監測系統的應用完善

            來源: 作者: 發布日期:2021-04-22

             【摘 要】 根據寧鋼不同水系統液位計使用情況,總結出各種液位計用于不同場合的利弊,并通過對液位監測系統的陸續改造,確定了液位監測系統要根據不同的水系統、生產的重要性、工藝聯鎖條件等因素來綜合選定。通過近幾年液位監測系統的不斷改進、完善及精心維護,現有的水處理液位監測系統運行穩定,能夠滿足現場實際需求。

            前言

            寧鋼水處理主要包括煉鐵水處理、煉鋼水處理、軋鋼水處理、中央污水處理 4 大水處理系統,每個水處理系統中都設有不同的子系統構成,每個子系統里都設有儲水池。根據工藝要求儲水池又分為敞開式、封閉式和半封閉式,在項目初期設計階段,儲水池的液位計全部是超聲波液位計。在敞開式儲水池上,超聲波液位計的測量精度受周邊環境及現場安裝因素的影響相對較;而在封閉式儲水池和半封閉式儲水池上,超聲波液位計的測量精度受兩者的影響比較大。經常發生液位計的測量數值出現頻繁波動、示值不變、虛假值等異,F象,曾發生過多起因液位計測量值錯誤導致儲水池抽空、水泵進氣、異常的聯鎖啟動、液位異常報警等現象。此類故障給整個水系統的正常生產帶來了極大隱患,也給主生產線帶來了一定程度的損失。

            1、現場存在的問題

            寧鋼水處理系統 2003年開工建設,2007年各系統陸續建成投產。非常初出現故障現象較多的是液位監測數值的異常波動,后面陸續出現液位計監測數值死值,所測數值與水池液位實際值不符等現象。當儲水池液位計突然出現異常,會導致水池不能自動補水,水井水位低至送水泵吸入口,水泵進氣無法送水;液位過低也會導致水泵出力不足,無法正常調節水量;液位監測數值與實際水池實際液位不符,導致液位計與水池補水閥聯鎖異常啟動,水池補水全部溢流,液位異常報警,F場不同儲水池液位計安裝示意見圖1。

            現場不同儲水池液位計安裝示意圖

            1.1 全封閉儲水池

            中央、污水系統中的清水池和軟水池就是全封閉儲水池。超聲波液位計如圖 1(a)所示安裝。非常初出現問題的是軟水池的液位計。故障現象為后臺監控畫面 HMI 上的液位示值一直異常波動,起初判斷是現場儀表信號受到干擾,但控制系統的其它儀表信號都顯示正常;到達現場后,將液位計儀表井打開現場檢查超聲波液位計電壓及顯示正常,檢查到液位計探頭時,發現液位計探頭上凝結著密密麻麻的水珠,擦拭水珠后,液位計測量示值正常。為了排除現場信號干擾所致,將液位計里“抑制干擾信號”功能投入,在 PLC 的信號輸入端增設信號隔離器,同時對儀表的接地重新進行拆接,但后期又陸陸續續發生過多次同類故障。

            1.2 半封閉式儲水池

            軋鋼水系統中層流泵站的熱水井、煉鐵水系統煤氣洗滌水的冷水井如圖 1(b)所示,屬于半封閉式儲水池,此處超聲波液位計也出現過液位測量示值波動的情況,儀表維護人員將探頭上的水珠擦拭后,該故障現象消除。所以排除了液位計信號受到干擾導致的測量示值異常波動。

            層流泵站的熱水井液位計也因同樣問題,導致生產操作人員沒有及時增開水泵,水位溢出水池后,淹掉了整個層流泵站的所有儀表和電氣設備,造成軋鋼停機2 h。

            1.3 敞開式儲水池

            煉軋鋼水系統的二沉池如圖 1(c)所示,屬于敞開式儲水池,同樣采用的超聲波液位計,液位計運行相對穩定,很少出現過液位計測量值與實際值不符、測量數值異常波動等情況。

            2 原因分析

            2.1 安裝位置

            儀表的現場安裝位置不合理。由于超聲波位計是利用聲波反射原理實現液位測量的,安裝現場如果有障礙物會影響超聲波發射和接受,造成信號丟失,影響測量效果。

            2.2 接線盒密封

            儀表內部電路板受潮導致信號異常。雖然超聲波液位計的防護等級是 IP67,但儀表井內長期積水,潮氣有可能會順著電纜進線口處浸入。

            2.3 故障排查

            超聲波液位計本身的故障基本可以排除。因為整個處理過程中未對液位計本身、電源等進行處理,只是將探頭上的水珠擦拭干凈。

            2.4 信號干擾

            線路干擾,也基本可以排除。線路干擾導致PLC 后臺數據顯示滿量程,對超聲波液位計本身的接地和信號電纜的屏蔽接地都重新進行了拆接,且加信號隔離器和不加信號隔離器,故障現象無實質變化。

            2.5 其它原因

            外部原因導致液位測量錯誤。出現問題較多的是封閉式儲水池和半封閉儲水池上的液位計,它們都是安裝在水井上面的人孔內或儀表井內,外加鐵皮罩防雨,如圖2。

            液位計安裝位置

            水井水溫一般維持在 35 ℃左右,而環境溫度隨著季節變換,春、秋、冬季晝夜溫差較大,在液位計安裝的人孔中不斷有蒸汽冒出,內外溫差造成液位計探頭凝露,影響了水位的測量,從而造成儲水池

            液位測量不準。

            綜上所述,造成超聲波液位計測量數值不準、信號異常波動的主要原因是:超聲波液位計探頭上有凝露,聲波的發射和接收受到影響,從而造成液位計的測量值出現異常波動和死值現象。超聲波液位計探頭上易凝露也是其設備本身不能解決的一個問題,所以改善液位計現場的安裝條件、用其他類別的液位計替代超聲波液位計是可行的解決方案。

            3 改進完善措施

            為了解決超聲波液位計在上述場合探頭上經常凝露的問題,保證液位計正常工作測量,根據行業主流液位計的測量應用和現場實際環境,我們計劃采用兩種不同類型的液位計,接觸式液位計和非接觸式液位計進行現場更替,同時對液位計的周圍的環境進行改善。如將儀表井內沉積的雨水直接排到池子里,并提高液位計的安裝支架;儀表本體的電纜進線口加強密封。

            通過對儀表本身的價格和現場實際環境、是否參與工藝聯鎖等進行綜合考慮,非常終確定液位計的型號;如液位參與工藝聯鎖,還需加裝電容式液位開關,提高液位測量的安全性。

            (1)接觸式液位計,主要以電容式液位計靜壓式液位計為主。電容式液位計根據儀表自身的工作性質,它只適合于軟水系統和凈循環水系統中,靜壓式液位計雖然適合濁環水系統的液位測量,但其在濁環水系統中的維護量大,需定期對其探頭進行維護,且濁環水系統中的沉積物必須及時清理,如果探頭被沉積物淹沒,靜壓液位計也不能正常工作,因此不適合濁環水系統。

            (2)非接觸式液位計,以超聲波液位計和雷達液位計為主。雷達液位計通過天線系統發射并接收能量很低的極短的微波脈沖。以光速運行的雷達波,其運行時通過電子部件被轉換成物位信號,它比超聲波的抗干擾能力強,但價格較高,所以它主要用在有設備聯鎖和比較重要的生產場所;其它場所可以選定超聲波液位計。比如在敞開式儲水池中,超聲波液位計運行相對穩定。

            實際運行中如有液位聯鎖,且該液位的測量在運行中又至關重要,我們在該液位計的安裝位置同時又加裝電容式液位開關做低液位報警。如果液位測量值低于安全水位,電容式液位開關的探頭露出水面,液位開關觸發啟動聲光報警器,提示生產運行人員需要到現場進行確認,解決了儲水池被抽空的生產事故。

            寧鋼水處理液位計選型條件參考表

            表1是寧鋼水處理液位計選型參考表

            注:參與、重要打√,表中的超聲波液位計、雷達液位計、靜壓液位計、電容式液位計在表中填寫時,將“液位計”三字省略掉,均用超聲波、雷達、靜壓、電容式表示;液位開關選用的是電容式液位開關。

            4 結束語

            此方案解決了寧鋼水處理液位計在實際運行中所遇到的一些問題。通過對液位計的合理選型,減少了不同液位計自身缺點不能適應現場工況的問題,同時也大大提高了寧鋼水處理液位監測系統的穩定性,對整個鋼鐵行業水處理的液位選型也具有參考意義。

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