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密閉電石爐加料倉料位測量方式的比較及優化

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摘要：通過對電石企業環形加料機底下料倉的料位檢測方式:γ 射線料位開關、射頻導納料位開關、阻旋料位計、重錘料位計、雷達料位計及微波開關等的使用優缺點進行比較，指出了采用改進安裝方式的微波開關是目前最好的測量方式，值得在電石行業推廣使用。

前言

密閉電石爐環型加料機下的料倉料位測量是困擾行業的一大難題。密閉電石爐一般采用 γ 射線料位開關。一臺電石爐一般有 12 個料倉，每個料倉都要安裝料位檢測儀表，且一個料倉至少安裝兩臺，所以一臺電石爐至少安裝 24 臺 γ 射線料位開關。一般的電石廠至少有三臺電石爐，這種料位測量的儀表數量是驚人的。隨著國家對放射性物質的管制加強，γ 射線料位計在審批、使用、維護及回收等環節極為繁瑣，且存在不安全因素，工業應用已經逐漸減少和淘汰。通過實際測試和應用，采用改進安裝方式的微波開關在原先安裝 γ射線料位計位置實現替代，取得了滿意的效果。

1 目前國內使用該料位計的測量方式

1.1 γ 射線料位開關

其工作原理是在料庫的一側設置同位素源，在另一側設置探測器，同位素源向探測器定向發射 γ射線，若庫內料面低于它，探測器檢測得出料空信號;若庫內料面高于它，則物料遮擋、吸收 γ 射線，探測器檢測得出料滿信號。其特點是運維工作量小，操作簡單，但存在 γ 射線料位計放射源污染環境，長時間使用后放射源的衰減使料位控制不可靠，廢源需要專業部門回收且支付巨額費用等不足。我國剛引進國外電石爐時基本上都是這種測量方式。

1.2 射頻導納料位開關

射頻導納料位開關發射一定的高頻無線電波作用于探頭上，以此分析和確定容器內物位的變化。其對所探材料的不同，無線電波的頻率也隨之改變。其探頭和容器壁構成了一個間距固定的電容兩級，探頭的絕緣材料和周圍的空氣提供絕緣介質。空氣被其他介質所取代時，探頭與容器壁所構成的電容量將改變，引起作用于射頻導納開關探頭的無線電波的變化。此測量方式在行業上使用較多。但存在的問題有:①射頻導納元件溫度雖然有高溫型的(耐溫最高可達 600 ℃)，但其測量元件容易被塊料碰壞;②低位料層發生燃燒時，高溫狀態下介電常數變化很大，料位計不能正常工作。

1.3 阻旋料位計

主要原理是采用機電位控原理接觸測量料位。料倉內葉片部位無料時，料位計通電，調試指示燈亮，葉片逆時針旋轉;料倉內葉片部位有料時，葉片旋轉受阻，控制開關信號輸出。優點是比較簡單，價格低。缺點是:①接觸物料的探桿為彈性軟軸 (曲變鋼索)，經常處于彎曲狀態，久之會無法復位。②料倉料位處于限位的時間相對較少，料位計電動機大部分時間處于運轉狀態，影響使用壽命;且電動機發生故障時可能會發熱，給料倉安全造成影響［5］。③下料時的粉塵可能使旋轉機構卡住而引發誤報或損壞。④在料層發生燃燒時會損壞測量儀表。因其故障率較高，已經逐漸淘汰。

1.4 重錘料位計

其對料倉的連續料位檢測有比較好的效果，比較適用于粉料測量。但在電石料倉中測量時其鋼帶及伺服電機等容易出故障，下料時重錘可能被埋住，而且價格相對昂貴，維護量較大。測量周期也不太容易確定。某集團新疆公司在石灰石旋轉料倉使用測量時常出現電動機故障。

1.5 雷達料位計

其通過檢測雷達回波測量料位。由于料倉直徑一般為 1.5～3 m，料倉內結構復雜，有中心料管，工況時有大量粉塵和進出料，容易受到干擾回波的影響，宜采用導波雷達，且安裝在料倉邊。某集團新疆分公司采用這種形式來測量，前期無法使用，切除中心料管漏斗部分邊沿，增加立管和反吹裝置后勉強能用，有時仍然波動較大。反吹需要消耗大量的空氣或氮氣，如果空氣帶水，入爐將會影響生產，甚至會因氫高引起安全事故。帶立管及反吹雷達粒位計如圖 1 所示。

1.6 微波料位開關

微波能量束從發送器傳送到單獨的接收器。如果從發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，則接收器將無法檢測到微波能量信號。智能開關根據信號在接收器端的出現或者消失來控制繼電器，以實現指示或者控制目的，見圖 2、圖 3。其測量方式與 γ 射線料位開關的工作原理相似，屬于非接觸式測量方法。不同的是，微波開關用的是微波能量束，不存在放射性同位素的問題。

微波開關具有寬的波束方向特性，易于定向。測量范圍寬，最小可達 0.3 m，最大范圍可以達到260 m。相對價格也比較便宜。

2 微波料位開關的測量方式優化

由于電石加料倉產生高溫的可能性比較大，導致儀表的損害概率增加，如果沒有很好地處理，儀表將無法正常使用。山東某電石公司在采用微波開關測量初期，由于貼近倉壁安裝，在電石生產不正常時，料倉溫度很高，導致一百多臺儀表無法正常工作，甚至燒毀。后來某集團內蒙分公司也采用這種安裝方式，還延長了安裝法蘭［9］，但也發生了同樣的問題，儀表波動大，無法工作，也有幾臺儀表燒毀。

針對這種情況通過改進安裝方式來解決散熱的問題，設計了一個簡易的降溫支架:即用四顆較長的雙頭螺栓再加一塊安裝板將微波開關的發射器和接收器延伸至料倉壁外一定的距離，進行調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是儀表與料倉及其附件不直接接觸，當料倉溫度異常升高時，熱氣可以直接排空而不燙傷儀表，在發生火災時螺栓可以燒脫，儀表受損的機率減少，同時不存在同位素儀表的安全問題。在雙頭螺栓的外邊緣纏幾道鐵絲網，可以防止外部固體偶爾進入發射器或接收器的干擾。該降溫支架可自行制作，成本低。缺點是安裝精度不易調準，調試的難度比較大，時間較長。后期與生產廠家設計了一個延長型的帶散熱孔的安裝支架，如圖 5 所示，儀表的安裝更加簡單和方便，同時可以防止外來因素(固體物件進入測量通道)的干擾而導致誤動作。采用這種安裝方式的微波開關已經大量用于某集團青海和新疆的分公司，儀表運行穩定可靠，起到了保障安全生產的作用。