扭轉振蕩式黏度計的調校維護及故障處理

張 靜

(中國石化上海石油化工股份有限公司公用事業部，上海 200540)

扭轉振蕩式黏度計的調校維護及故障處理

張 靜

(中國石化上海石油化工股份有限公司公用事業部，上海 200540)

在聚酯切片連續生產過程中，黏度控制地好壞直接影響成品質量，一旦發生黏度超標，產品質量就會降等，造成嚴重的經濟損失。根據扭轉振蕩式(TOV)黏度計原理，掌握正確調校、維護經驗數據和方法，以實現快速判斷和處理TOV黏度計故障，確保特性黏度控制穩定的目的。

扭轉振蕩式黏度計 調校 故障處理

在聚酯生產中,熔體黏度是一個十分重要的參數,通常在熔體泵的出口安裝在線黏度計用于檢測，并與末端反應釜真空控制回路組成串級回路實現控制。但是由于該扭轉振蕩式(TOV)黏度計結構復雜、調校步驟繁多，涉及聚酯行業操作經驗數據，儀表維護人員難以掌握，發生故障后處理難度大。

1 TOV黏度計常見故障

由于TOV黏度計集成度較高，在日常運行維護中，無論卡板硬件故障或者調校不當，都可能出現儀表故障現象，造成TOV黏度儀表計控制或指示異常[1]。TOV黏度計的一種常見故障是指示異常，表現為無指示或長時間維持異常偏高或偏低數值。這一現象的發生，較為普遍的原因是硬件故障，包括儀表線路、供電電源、信號輸入和輸出卡件及信號檢測部件故障等。而TOV黏度計另一種更普遍的故障表現為：黏度控制不穩定、黏度指示不能正確反應真實黏度變化趨勢，這種故障往往不易察覺，對裝置產品質量影響最大。此種故障的發生，通常是對黏度計的調校及維護不到位、控制參數設置不恰當所致。

2 TOV黏度計介紹

2.1 TOV黏度計的工作原理

TOV黏度計由帶法蘭的探頭(Probe)和轉換器(Transducer)兩大部分組成(見圖1)。探頭直接安裝在熔體管線上，球型的探頭浸在工藝介質中，以其諧振頻率等幅振蕩，由轉換器供給探頭的電源以啟動并維持其等幅振蕩，工作原理如圖2所示。當黏性介質流過探頭時，由于介質的黏性拖住探頭而使其振幅衰減，介質黏度越高，拖力越大，為維持探頭等幅振蕩所需的電能越多。TOV轉換器能檢測到系統中補充電能的變化，并將它轉換成與介質黏度成比例的4～20 mA直流信號至集散控制系統(DCS)參與控制[2]。

圖1 TOV黏度計接線

圖2 TOV探頭原理

2.2 TOV黏度計信號傳輸流程

(1)TOV黏度計的黏度信號檢測和傳輸的過程為：由探頭檢測器、前置放大器、J11輸入卡、J17脈沖/驅動卡及驅動線圈組成一個反饋回路。當介質黏度增大時，探頭振蕩阻力增大，探頭檢測器檢測到信號將減弱，此信號經前置放大器放大后送到J11卡輸入，在J11卡內信號經過校正并且轉換成放大的信號，然后與設定的電壓進行比較，其偏差送到控制器，控制器輸出將增大，繼續送到J17卡，以生成一個新的增大的電流輸出去驅動線圈，以維持探頭等幅振蕩。由J11卡接收到的原始信號，同時也送到J13卡和J15卡用作調整。

(2)J15卡一方面輸出未補償黏度信號到J19卡，然后轉換成4～20 mA直流信號，另一方面輸出壓力補償信號。

(3)J13卡一方面接受來自探頭的溫度信號RTD，然后輸出溫度信號送到J19卡，并轉換成4～20 mA信號；另一方面把溫度補償后的黏度信號再綜合壓力補償，然后送到J21卡，并轉換成4～20 mA信號。

2.3 壓力補償對黏度測量的影響

TOV黏度計壓力補償范圍為-4.9～4.9 MPa，即由于熔體過濾器逐漸變臟，引起過濾器前壓力變化時，TOV黏度計也將補償其壓力變化對黏度測量的影響。當壓力補償已不能夠完全消除壓力變化對黏度測量的影響，必須合理安排熔體過濾器切換，消除壓力變化引起的黏度測量誤差。

3 TOV黏度計的調校及維護

3.1 TOV黏度計的離線調校

3.1.1 TOV黏度計探頭安裝前檢測

安裝前檢測的主要內容為：探頭開箱后，儀表安裝人員應核對卡件是否完整，包括任選卡件；將TOV黏度計探頭置于專用工作臺上，特別注意保護探頭；確保電源開關關閉；置轉換器面板上“Comp.,Visc Course Zero”置于P3位置(黏度計零位粗調位對聚酯產品而言就是P3，只有改產品時才調)；對照探頭啟動表，檢查各卡件電位器及跨接線的設置是否正常；檢查探頭與轉換器之間的連線,轉換器與DCS連線可暫不接，壓力變送器連線也可暫不接；設定J11卡/電位器P0的阻值為300 Ω，調J11卡電位器P3，使J11卡TP7電壓為0 V(調平衡)；檢查J11卡的TP4電壓是否在-5～7.5 V的正常工作電壓范圍(如不在此范圍內則檢查接頭與轉換器之間接線，特別是驅動線圈F、G、H是否接反)。以上各項確認完好后，可初步確認探頭完好、動作正常。

3.1.2 TOV黏度探頭安裝后檢測

當探頭已裝到工藝管線上，探頭到轉換器的接線已完成，電源線已接入，轉換器到DCS的連線也已完成，工藝介質尚未引入管線，這時儀表安裝人員需進行再一次檢查。安裝后檢測的主要內容為：檢查設定J11卡P0電位器阻值為300 Ω，調正J11卡P3電位器，使J11卡TP7電壓為0 V；檢查J11卡TP4的電壓在-5～7.5 V的正常工作電壓范圍；觀察J17卡上發光二極管(LED)燈,當探頭在空氣中時，呈暗紅色；檢查設定J13卡SPAN電位器到7(對聚酯產品而言，經驗值是7，改變SPAN就是改變增益，減少SPAN意味著增大增益，增大SPAN意味著減少增益)；按J13卡上“Temp.Comp.Set Point”按鈕1 s，然后松開，此時J13卡TP2的電壓為0 V，說明溫度補償工作正常。

采用SPSS11.0統計軟件進行分析,計量資料以(±s)描述,采用兩獨立樣本t檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

通過以上檢測，說明探頭和轉換器之間連線正確，探頭動作正常，有關電位器設定只是開始，在今后在線調整時可以再做調整。

3.2 TOV黏度計的在線調校

探頭已裝在管線上，所有接線均已完成，探頭檢查完畢，溫度調整完成后，此時工藝流程已打通、黏度穩定、達到正常操作溫度，可以進行TOV黏度計在線校準。在線調校的好壞直接決定黏度計在線控制效果的優劣，調校要點包括以下幾方面。

3.2.1 TOV黏度計的開機檢測

黏度計開機主要檢查以下幾方面：通過J13卡P3電位器(調平衡)，調節J11卡TP7電壓為0 V；調節J17卡TP 11電壓為2～3 V，通過調J11卡P0(調靈敏度)，也可用示波器查看J11上TP1和TP 12波形，其正弦波清晰，說明此時靈敏度適中；檢查J13卡SPAN為7(系經驗值,也作為初始值)；檢查J13卡的T/V為8(系經驗值,也作為初始值)。

3.2.2 溫度補償調整

當熔體溫度發生變化后，黏度計的輸出值應及時反映溫度黏度的變化，出現黏度變化滯后時調整J17卡上電位器P2，使黏度計輸出反應及時，直到溫度與黏度變化吻合為止。黏度計J13卡上T/V電位器是用于調整溫度補償的，T/V電位器的初始值為8。當熔體溫度發生變化時，若沒有溫度補償，DCS上黏度示值就會降低，此時需要通過調整J13卡上T/V電位器，使黏度計示值返回到基準測量溫度下的水平。

3.2.3 壓力補償調整

當熔體過濾器干凈時，熔體過濾器入口壓力最低，此時須做壓力補償調整：調節TOV設定值時，應確保TOV處在就地控制；將電源調節開關(DVM)上電壓選擇開關切換(型號為TOVM1.0)或選擇(型號為TOVM2.0)到2～10 V。設定J15卡電位器P2的值為5(此值為經驗值)；調節J15卡P1電位器(平衡壓力補償電路)，使TP4的電壓值為0 V。

當熔體過濾器臟時，入口壓力升高，DCS上黏度示值逐漸下降，調節J15卡P2電位器(朝增大方向)，直至壓力補償后的黏度回到原來的值。一旦壓力改變，須再次完成上述步驟，以在新的運行壓力下重新平衡補償電路。

3.2.4 TOV黏度計的維護

裝置停車時，需及時關掉TOV電源，再次開車后，待聚合物完全熔化2～3 h后，才能將TOV電源接通。TOV黏度計探頭置于管道腔體內直接與熔體物料接觸，若管道內熔體沒有排空，熔體冷卻后凝固，而TOV探頭仍在振蕩，儀表電路仍企圖維持其等幅振蕩，這時就容易損壞探頭。

在TOV黏度計運行時，不能調J11卡上P0電位器，否則將引起黏度示值的漂移，并且改變探頭的靈敏度。對聚酯工藝而言，黏度計調整增益的J13卡SPAN電位器，其經驗值為7；溫度補償調整電位器J13-T/V為0.5；壓力補償調整J15卡P2電位器為5，J15卡P4電位器為7；當操作溫度偏離原先的正常值比較多時，或進行產品品種調整時，TOV黏度計指示值會發生漂移，需要按一下J13卡上“Temp.comp.set point#”按鈕，該按鈕可將溫度偏移補償到標準狀態時的溫度，然后微調J20卡P3電位器，使DCS示值為50%。

3.3 TOV黏度計的生產應用

流程聚酯切片生產線選用了美國MANSCO公司TOV黏度計，TOV黏度計與終聚反應釜真空系統組成串級回路，真空系統1%的變化就會造成黏度讀取值1%的變化(見圖3)。該裝置溫度為281～290 ℃，真空度為100～300 Pa，反應釜出口液位120～300 mm，產量為14.1 t/h，黏度控制指標為0.680 dL/g。

圖3 TOV黏度計控制原理

從圖3可以看出：現場黏度計將黏度信號輸送到TOV轉換器，通過轉換器將補償后的黏度測量信號送到DCS系統，在DCS系統內部與終聚釜真空壓力控制組態為串級控制[3]。現場檢測黏度發生變化時，通過調節真空調節閥改變反應釜真空壓力，保持黏度控制穩定，如圖4所示。

圖4 TOV黏度計控制回路

4 TOV黏度計故障分析及處理

4.1 TOV黏度計指示異常

(1)故障分析

發生異常的黏度計現場使用已近20年，經檢查一次表探針頭無振動，二次表電源供電正常，J11信號輸入線路板上的電壓為14 V，信號屬于異常飽和狀態。可能的原因為：測量探頭或振蕩線圈故障；線圈與銜鐵之間的間隙距離不當，造成信號輸入異常。

(2)故障處理

黏度計切到就地控制，斷開電源，用萬用表測振蕩線圈及測量線圈阻值，驅動線圈標準阻值約為4.4 Ω，測量線圈阻值為0.7～1 kΩ。經測量發現有一組驅動線圈開路，打開TOV探頭發現振蕩線圈耐高溫線脫落，重新剝開高溫線外絕緣層，采用噴燈銀焊后驅動線圈正常，通上電源調試各管腳電壓后，投入正常使用。

4.2 TOV黏度計指示異常漂移

(1)故障分析

該條生產線安裝有A、B兩臺黏度計，一用一備，出現此故障現象時化驗室黏度分析值穩定，而一臺黏度計測量趨勢變化也較穩定，故判斷發生異常漂移的黏度計指示出現了故障。根據黏度計工作原理判斷，該黏度計故障原因主要有線路松動或接觸不良；黏度計內部線路存在干擾信號；溫度或壓力補償參數不符合當前工況。

(2)故障處理

黏度計切到就地控制，斷開電源，首先檢查黏度計所有回路的接線部分，對所有信號電纜的絕緣檢查、接線端子緊固、線路板的接插件檢查緊固。線路確認后，該故障現象未消除，排除了線路故障的情況。此外，通過降低預放大器靈敏度和增加黏度測量回路處理時間常數，以提高回路抗干擾能力。具體方法如下：先調整J13線路板上的P5旋鈕，順時針調整180度從而增加黏度測量回路處理時間常數；再調整J15線路板上的P2旋鈕從10K調到1K，減少壓力的補償，調整好后黏度計指示回歸正常曲線指示。

5 結語

TOV黏度計在國內聚酯生產裝置中使用廣泛，該儀表設備具有集成度較高、安裝方便、使用簡單、故障率低等優點，但是日常維護及故障處理難度較大，對儀表維護檢修人員要求較高，需要熟練掌握該儀表結構和控制原理，不斷豐富現場維護和故障處理經驗，確保黏度計可靠運行，保證聚酯產品質量。

[1] 高驥，邱慧玲.TOV黏度計的應用[J].聚酯工業，2004(5)：14-17.

[2] 王淑紅，莊侃，郭強.振動式在線黏度計在合成橡膠生產中的應用[J].石油化工自動化，2005(4)：62-64.

[3] 章新友，周旭清，章青.黏度計測量原理分析與改進[J].大學物理，2007，26(2)：35-38.

Calibration and Maintenance of TOV Viscometer

Zhang Jing

(PublicUtilitiesDepartment,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

IIn the process of continuous production of polyester chips,the viscosity control has a direct impact on the quality of finished products.If the viscosity exceeds standards,the product quality will be degraded,resulting in serious economic loss.This paper introduces the experience data and methods in correct adjustment and maintenance of viscometer based on the principle of viscometer,so as to to achieve rapid judgment and treatment of viscometer failure,and ensure the stability of the intrinsic viscosity control.

TOV viscometer,calibration,fault handling

2017-03-20。

張靜，男，1982年出生，2006年畢業于武漢理工大學電氣工程及其自動化專業，工程師，長期從事儀表管理工作。

1674-1099 (2017)03-0047-04

TH836

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