前言

        密閉電石爐環(huán)型加料機(jī)下的料倉(cāng)料位測(cè)量是困擾行業(yè)的一大難題。密閉電石爐一般采用 γ 射線(xiàn)料位開(kāi)關(guān)。一臺(tái)電石爐一般有 12 個(gè)料倉(cāng)，每個(gè)料倉(cāng)都要安裝料位檢測(cè)儀表，且一個(gè)料倉(cāng)至少安裝兩臺(tái)，所以一臺(tái)電石爐至少安裝 24 臺(tái) γ 射線(xiàn)料位開(kāi)關(guān)。一般的電石廠(chǎng)至少有三臺(tái)電石爐，這種料位測(cè)量的儀表數(shù)量是驚人的。隨著國(guó)家對(duì)放射性物質(zhì)的管制加強(qiáng)，γ 射線(xiàn)料位計(jì)在審批、使用、維護(hù)及回收等環(huán)節(jié)極為繁瑣，且存在不安全因素，工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)逐漸減少和淘汰。通過(guò)實(shí)際測(cè)試和應(yīng)用，采用改進(jìn)安裝方式的微波開(kāi)關(guān)在原先安裝 γ射線(xiàn)料位計(jì)位置實(shí)現(xiàn)替代，取得了滿(mǎn)意的效果。

 

1 目前國(guó)內(nèi)使用該料位計(jì)的測(cè)量方式

1.1 γ 射線(xiàn)料位開(kāi)關(guān)

        其工作原理是在料庫(kù)的一側(cè)設(shè)置同位素源，在另一側(cè)設(shè)置探測(cè)器，同位素源向探測(cè)器定向發(fā)射 γ射線(xiàn)，若庫(kù)內(nèi)料面低于它，探測(cè)器檢測(cè)得出料空信號(hào);若庫(kù)內(nèi)料面高于它，則物料遮擋、吸收 γ 射線(xiàn)，探測(cè)器檢測(cè)得出料滿(mǎn)信號(hào)。其特點(diǎn)是運(yùn)維工作量小，操作簡(jiǎn)單，但存在 γ 射線(xiàn)料位計(jì)放射源污染環(huán)境，長(zhǎng)時(shí)間使用后放射源的衰減使料位控制不可靠，廢源需要專(zhuān)業(yè)部門(mén)回收且支付巨額費(fèi)用等不足。我國(guó)剛引進(jìn)國(guó)外電石爐時(shí)基本上都是這種測(cè)量方式。

 

1.2 射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)

        射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)發(fā)射一定的高頻無(wú)線(xiàn)電波作用于探頭上，以此分析和確定容器內(nèi)物位的變化。其對(duì)所探材料的不同，無(wú)線(xiàn)電波的頻率也隨之改變。其探頭和容器壁構(gòu)成了一個(gè)間距固定的電容兩級(jí)，探頭的絕緣材料和周?chē)�的空氣提供絕緣介質(zhì)。空氣被其他介質(zhì)所取代時(shí)，探頭與容器壁所構(gòu)成的電容量將改變，引起作用于射頻導(dǎo)納開(kāi)關(guān)探頭的無(wú)線(xiàn)電波的變化。此測(cè)量方式在行業(yè)上使用較多。但存在的問(wèn)題有:①射頻導(dǎo)納元件溫度雖然有高溫型的(耐溫最高可達(dá) 600 ℃)，但其測(cè)量元件容易被塊料碰壞;②低位料層發(fā)生燃燒時(shí)，高溫狀態(tài)下介電常數(shù)變化很大，料位計(jì)不能正常工作。

 

1.3 阻旋料位計(jì)

        主要原理是采用機(jī)電位控原理接觸測(cè)量料位。料倉(cāng)內(nèi)葉片部位無(wú)料時(shí)，料位計(jì)通電，調(diào)試指示燈亮，葉片逆時(shí)針旋轉(zhuǎn);料倉(cāng)內(nèi)葉片部位有料時(shí)，葉片旋轉(zhuǎn)受阻，控制開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出。優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單，價(jià)格低。缺點(diǎn)是:①接觸物料的探桿為彈性軟軸 (曲變鋼索)，經(jīng)常處于彎曲狀態(tài)，久之會(huì)無(wú)法復(fù)位。②料倉(cāng)料位處于限位的時(shí)間相對(duì)較少，料位計(jì)電動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，影響使用壽命;且電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)可能會(huì)發(fā)熱，給料倉(cāng)安全造成影響 ［5］ 。③下料時(shí)的粉塵可能使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)卡住而引發(fā)誤報(bào)或損壞。④在料層發(fā)生燃燒時(shí)會(huì)損壞測(cè)量?jī)x表。因其故障率較高，已經(jīng)逐漸淘汰。

 

1.4 重錘料位計(jì)

        其對(duì)料倉(cāng)的連續(xù)料位檢測(cè)有比較好的效果，比較適用于粉料測(cè)量。但在電石料倉(cāng)中測(cè)量時(shí)其鋼帶及伺服電機(jī)等容易出故障，下料時(shí)重錘可能被埋住，而且價(jià)格相對(duì)昂貴，維護(hù)量較大。測(cè)量周期也不太容易確定。某集團(tuán)新疆公司在石灰石旋轉(zhuǎn)料倉(cāng)使用測(cè)量時(shí)常出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)故障。

 

1.5 雷達(dá)料位計(jì)

        其通過(guò)檢測(cè)雷達(dá)回波測(cè)量料位。由于料倉(cāng)直徑一般為 1.5～3 m，料倉(cāng)內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有中心料管，工況時(shí)有大量粉塵和進(jìn)出料，容易受到干擾回波的影響，宜采用導(dǎo)波雷達(dá)，且安裝在料倉(cāng)邊。某集團(tuán)新疆分公司采用這種形式來(lái)測(cè)量，前期無(wú)法使用，切除中心料管漏斗部分邊沿，增加立管和反吹裝置后勉強(qiáng)能用，有時(shí)仍然波動(dòng)較大。反吹需要消耗大量的空氣或氮?dú)猓�如果空氣帶水，入爐將會(huì)影響生產(chǎn)，甚至?xí)�因氫高引起安全事故。帶立管及反吹雷達(dá)粒位計(jì)如圖 1 所示。

1.6 微波料位開(kāi)關(guān)

        微波能量束從發(fā)送器傳送到單獨(dú)的接收器。如果從發(fā)送器到接收器之間的傳輸路徑被任何吸收或者反射微波能量的物體或者材料阻擋，則接收器將無(wú)法檢測(cè)到微波能量信號(hào)。智能開(kāi)關(guān)根據(jù)信號(hào)在接收器端的出現(xiàn)或者消失來(lái)控制繼電器，以實(shí)現(xiàn)指示或者控制目的，見(jiàn)圖 2、圖 3。其測(cè)量方式與 γ 射線(xiàn)料位開(kāi)關(guān)的工作原理相似，屬于非接觸式測(cè)量方法。不同的是，微波開(kāi)關(guān)用的是微波能量束，不存在放射性同位素的問(wèn)題。

微波開(kāi)關(guān)具有寬的波束方向特性，易于定向。測(cè)量范圍寬，最小可達(dá) 0.3 m，最大范圍可以達(dá)到260 m。相對(duì)價(jià)格也比較便宜。

2 微波料位開(kāi)關(guān)的測(cè)量方式優(yōu)化

        由于電石加料倉(cāng)產(chǎn)生高溫的可能性比較大，導(dǎo)致儀表的損害概率增加，如果沒(méi)有很好地處理，儀表將無(wú)法正常使用。山東某電石公司在采用微波開(kāi)關(guān)測(cè)量初期，由于貼近倉(cāng)壁安裝，在電石生產(chǎn)不正常時(shí)，料倉(cāng)溫度很高，導(dǎo)致一百多臺(tái)儀表無(wú)法正常工作，甚至燒毀。后來(lái)某集團(tuán)內(nèi)蒙分公司也采用這種安裝方式，還延長(zhǎng)了安裝法蘭 ［9］ ，但也發(fā)生了同樣的問(wèn)題，儀表波動(dòng)大，無(wú)法工作，也有幾臺(tái)儀表燒毀。

 

        針對(duì)這種情況通過(guò)改進(jìn)安裝方式來(lái)解決散熱的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的降溫支架:即用四顆較長(zhǎng)的雙頭螺栓再加一塊安裝板將微波開(kāi)關(guān)的發(fā)射器和接收器延伸至料倉(cāng)壁外一定的距離，進(jìn)行調(diào)試后就可以正常工作了，如圖 4 所示

        該安裝方式最大的特點(diǎn)是儀表與料倉(cāng)及其附件不直接接觸，當(dāng)料倉(cāng)溫度異常升高時(shí)，熱氣可以直接排空而不燙傷儀表，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)螺栓可以燒脫，儀表受損的機(jī)率減少，同時(shí)不存在同位素儀表的安全問(wèn)題。在雙頭螺栓的外邊緣纏幾道鐵絲網(wǎng)，可以防止外部固體偶爾進(jìn)入發(fā)射器或接收器的干擾。該降溫支架可自行制作，成本低。缺點(diǎn)是安裝精度不易調(diào)準(zhǔn)，調(diào)試的難度比較大，時(shí)間較長(zhǎng)。后期與生產(chǎn)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)了一個(gè)延長(zhǎng)型的帶散熱孔的安裝支架，如圖 5 所示，儀表的安裝更加簡(jiǎn)單和方便，同時(shí)可以防止外來(lái)因素(固體物件進(jìn)入測(cè)量通道)的干擾而導(dǎo)致誤動(dòng)作。采用這種安裝方式的微波開(kāi)關(guān)已經(jīng)大量用于某集團(tuán)青海和新疆的分公司，儀表運(yùn)行穩(wěn)定可靠，起到了保障安全生產(chǎn)的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)比在類(lèi)似塊料及粉料，特別是同時(shí)可能出現(xiàn)高溫情況下的料位實(shí)際測(cè)量情況，γ 射線(xiàn)料位開(kāi)關(guān)、射頻導(dǎo)納料位開(kāi)關(guān)、阻旋料位計(jì)、重錘料位計(jì)、雷達(dá)料位計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。改進(jìn)安裝方式的微波開(kāi)關(guān)是目前最可靠和經(jīng)濟(jì)、方便的一種料位測(cè)量方式，值得借鑒和推廣。