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電磁流量計等各自動化儀表在有色冶煉循環水系統中的選型應用 *

來源:作者:發表時間:2017-09-14 09:48:57

 摘 要:簡述了循環水系統的儀表選型基本原則,總結了循環水系統中常遇到的幾種儀表的設計選擇,比較了它們的工作原理、儀表性能和安裝方式。

 
        在現代工業生產中,每一個生產過程總是與相應的儀表及自控技術密不可分的。儀表能連續檢測各工藝參數,根據這些參數的數據進行手動或自動控制,從而協調各部門、各系統和供需之間的關系,以便使各種設備得到充分、合理的使用。同時,由于檢測儀表測定的數值與設定值可連續進行比較,發生偏差時,立即進行調整,從而保證生產工藝過程的順利進行。在循環水中,根據儀表測量的參數,能進一步自動調節和控制補給供水量,保證水泵的正常運行,使管理更加科學化,達到經濟運行的目的。由于儀表具有連續檢測、越線報警的功能,便于及時處理事故,儀表是實現計算機控制的前提條件,在現代工業有色金屬冶煉過程中自動化儀表具有非常重要的作用。
 
        雖然循環水系統在整個有色金屬冶煉項目中的投資比例并不大,但是作用卻是很大。在冶煉過程中,需要大量的水對設備進行冷卻,這其中包括高壓水、中壓水及除塵系統用水。其中高壓水、中壓水冷卻后流回蓄水池,屬內部循環水,是生產過程中用量最大、最重要的冷卻水。因此通過儀表對循環水系統進行有效、準確的檢測及控制非常必要的。
 
1 循環水系統常用儀表分類及選型要求
 
        循環水系統所用儀表一般可分為兩大類:一類屬于檢測循環水生產過程基本物理參數的儀表,如溫度、壓力、液位、流量等。另一類屬于檢測循環水質的分析儀表,如在硫酸循環水中檢測水的 pH 值等。檢測儀表的好壞直接關系到循環水自動化的效果。在工程設計過程中,一般從儀表的性能、質量、價格、備件情況、售后服務等方面進行反復比較,采用進口儀表和國產儀表相結合的方式,在選型時需要考慮以下幾個方面:
 
        (1)精確度:是指在正常使用條件下,儀表測量結果的準確程度,誤差越小,精確度越高。一般生產過程物理檢測儀表的精確度為 ±1%,水質分析儀表的精確度為 ±2%。
        (2)響應時間:當對被測量對象進行測量時,儀表指示值總要經過一段時間才能顯示出來,這段時間即為儀表的響應時間。一只儀表能不能盡快反應出參數變化的情況,是很重要的指標。
        (3)儀表的防護等級應滿足所在環境的要求,一般應不低于 IP65。
        (4)四線制的儀表電源多為220 VAC、50 Hz,兩線制的儀表電源為 24 VDC。
        (5)檢測儀表為了方便現場巡視,一般選用數顯儀。
        (6)儀表的工作電源應獨立,不應和計算機共用電源,以保證發生故障和檢修時電源互不干擾,使各自都能穩定可靠地運行。
        (7)應選擇能夠提供可靠服務和有豐富經驗的儀表生產廠商。
 
2 循環水系統的常用儀表
2.1 溫度類儀表
        溫度檢測儀表按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。在工業循環水系統中,水溫不高。當前均采用接觸式溫度計,比較簡單、測量精度也較高。溫度測量儀表按設備的集成方式可以分為一體化和分體式兩類。循環水處理系統中一般使用一體化溫度計,分為熱電阻和熱電偶型兩種類型。這兩種溫度計具有結構簡單,節省引線,輸出信號大,抗干擾能力強,線性好,顯示儀表簡單,固體模塊抗振防潮,有反接保護和限流保護,工作可靠等優點。在工業循環水系統中,溫度檢測多選用可靠的鎧裝熱電阻,保護套管材質根據介質不同進行選擇,采用法蘭或螺紋方式連接。
 
2.2 壓力類儀表
        在循環水系統中,壓力表設于循環給水、回水總管、水泵出水管以及過濾器、換熱器等設備的進出水管上。壓力表主要由測壓元件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過程連接件等組成。它能將接收的液體等壓力信號轉變成標準的電流電壓信號,以供給指示報警儀、記錄儀、調節器等二次儀表進行測量、指示和過程調節。在一般情況下,選用智能壓力變送器,采用直接安裝方式。
 
2.3 流量類儀表
        流量檢測參與構成控制,以達到提高生產自動化水平、改善生產工藝條件、提高產品質量和產量的目的。流量分為瞬時流量和累積流量兩種,在水循環系統中,常需要檢測在一定時間內流過管道某一界面的水的總量,因而在選型時常選用帶累計(積算)功能的流量計,使用比較多的有電磁流量計和超聲波流量計。
 
2. 3. 1 電磁流量計
        電磁流量計的工作原理是應用法拉第電磁感應定律,由傳感器和轉換器組成。在測量中,液體本身為導體,磁場通過安裝在管路中的兩個線圈產生。線圈由交流或直流電源勵磁,磁場作用于管道內流動的液體,在管道中產生一個與被測流體平均流速V 相對應的電壓,且該電壓與流體的流速分布無關。與管道絕緣的兩個電極監測液體的感應電壓。磁場方向、流體流向及兩個檢測電極的相對位置三者互相垂直。
 
        電磁流量計的優點有:(1)測量不受被測液體的溫度、壓力或粘度的影響。(2)能連續測量,測量精確度高。(3)口徑范圍和測量范圍大,測量范圍連續可調。(4)穩定性好,輸出為標準化信號,可方便地進入自控系統。(5)變送器導管內壁有襯里材料,具備良好的耐腐、耐磨性。(6)轉換器體積小,消耗功率小,抗干擾性能強,便于現場觀察。安裝電磁流量計時應注意遠離外界的電磁場源,以免影響傳感器的工作磁場及流量信號。變送器應安裝在符合其防護等級要求的場所,在滿足安裝環境、使用要求的前提下,變送器與傳感器之間的距離和連接電纜越短越好,以節約投資,減少可能產生的強電信號的干擾。
 
2. 3. 2 超聲波流量計
        超聲波流量計的工作原理是在測量管道上安裝兩個換能器,因順流與逆流流速差別的影響,測量從發射到接收而產生的時間差,據此測出流速。
        超聲波流量計的主要優點:(1)安裝維護方便。隨著夾裝式傳感器的廣泛使用,在安裝和維護超聲波流量計時不需在管道上打孔或切斷流量,就可在已存在的應用場合很方便地進行安裝,尤其適用于大口徑管道檢測系統。(2)口徑范圍大,且價格不受管徑影響。(3)測量可靠性高。(5)不受流體參數影響。(6)輸出標準化直流信號,可方便地進入自控系統。
 
        選用超聲波流量計要特別注意傳感器的安裝誤差、管道內壁結垢、防腐層均勻與否,這些因素對測量結果影響很大。另據超聲波流量計的測量原理,只有流速分布均勻時才能保證測量的精確度,所以在流量計的上下游要有足夠的直管段,參考各種資料及流量計的使用手冊,要求上游最少不小于 10D,下游大于 5 D。
 
        循環水系統在流量計選型時需要綜合水質、管徑、儀表安裝環境、價格等因素考慮。如軟化水循環水的電導率極低,應采用超聲波流量計。當管徑較小時,超聲波流量計的價格比電磁流量計高,安裝的直管段比電磁流量計長,因而常選用電磁流量計。而大口徑管道上因流量計拆裝比較困難,且電磁流量計的前后須安裝檢修切斷閥門,大口徑管道通常為循環供水的總干管,因此大口徑管道上可選用超聲波流量計。
 
2.4 液位類儀表
        循環水系統的運行過程中,需要連續準確對液位上、下限進行報警或連鎖。水循環系統中常采用的有浮球液位計、超聲波液位計和靜壓式液位計。
2. 4. 1 浮球液位計
        浮球液位計可用機械或電的方法來測得浮球的位移,在系統中主要用于與潛水泵相聯鎖,控制集水坑中潛水泵的運行與停止。它結構簡單,價格較低,但不適用于高粘度的液體。
 
2. 4. 2 超聲波液位計
        超聲波液位計的傳感器由一對發射、接收換能器組成。此類儀表精度高、反應快,無機械可動部分,屬于非接觸測量,且不受液體的黏度、密度等影響,但成本高、維護維修困難。超聲波液位計應安裝在最高水面以上,在一定范圍內向下至水面不得有任何障礙物(包括池壁),防止障礙物反射聲波干擾測量數值。因此一般安裝在冷熱水池、污泥槽或污泥濃縮池等構筑物上方,安裝時應考慮便于檢修,必要時應設置檢修平臺。超聲波液位計適用于各循環水構筑物,如冷水池、熱水池、純水或軟化水補水池等。
 
2. 4. 3 靜壓式液位計
        靜壓式液位計將壓力信號經過處理后,轉換成與水位變化相對應的模擬量信號直流 4 ~20 mA 輸出,傳送給數字顯示儀表顯示出相對應的水位。此類儀表安裝簡單,工作可靠,維護量小,不受介質氣泡、沉積物的影響,尤其適用于遠傳信號和監控。但有大風引起的氣壓變化將影響測量精度,不能用于測量介質分層儲罐。靜壓式液位計成本低,使用方便,效果好,易維護,特別適用于波動不是特別大的液位檢測。采用靜壓式液位計能滿足循環水生產工藝的要求。
 
3 結束語
        要實現循環水系統的現代化生產,必須使用自動化儀表。作為設計人員應站在用戶的角度上,為用戶著想,在設計和儀表選型時盡量做到穩定可靠,操作簡單,安裝方便,物美價廉,連續測量,反應靈敏,互換性強,便于維護相結合。這就要求設計人員在平時應注意技術資料的收集、整理,以便于消化吸收。在正式投產、儀表正常使用后,也應多下現場,對儀表的使用情況做跟蹤調查,了解儀表的工作情況,及時總結經驗,以利于今后的設計工作日趨完善。