高精度智能儀表在電石爐檢漏系統中的應用

蘭志平

摘 要： 近年來隨著有機合成工業的迅速發展，電石的需求量也在不斷地增加，電石工業的迅猛發展帶動電石爐設備向大型、節能及環保方向發展。電石爐是將電能轉化為熱能的設備，這就決定了它時刻處在高溫環境狀態下運行。在電石生產過程中，因電石爐爐面的溫度非常高（1200℃以上），為保證電爐安全運行，延長電石爐各部件的使用壽命，通常采用循環水冷卻系統對夾套進行降溫。本文主要結合Endress+Hauser三參數流量高精度智能儀表在電爐檢漏系統中的實際應用，提出相應的解決方案。了為保障電石爐的正常運行提供重要的數據支撐

關鍵詞：安全、爆炸、智能儀表、自動控制

電石爐檢漏系統主要解決人的本質化安全問題。通過自動化改造，降低安全作業風險，將生產現場粗放型的經驗管理進一步轉化為精細化的數據管理，在生產運行過程中，不斷總結完善，形成一套具有可操作性的的數據化管控模式。近年來，由于電石爐漏水導致的燃爆事故不斷頻繁，對企業的安全發展提出了更高要求。如何提高漏水事故的預判性，是降低電石生產風險的重要舉措之一。

碳化鈣（CaC2）俗稱電石，在其生產過程中，電弧和電阻所產生的熱把爐料加熱至1900-2200℃，其總的化學反應式為：CaO+3C=CaC2+CO+10800千卡。

通過以上反應式不難發現，在正常電石生產過程中將產生大量的熱能，熱能通過設置在電石爐二樓水分配器進行對應水冷壁和各元件的通水部件進行循環冷卻降溫，循環水進回水溫度一般為28℃～53℃之間。由于電石遇水極易發生劇烈反應，產生大量爆炸性氣體。在電石生產過程中一旦發生大量漏水情況時將造成安全事故。

本方案主要利用Endress+Hauser Picomag IO-LINK高精度智能流量儀表提高電石生產過程中對傳統的開式循環水的預判能力，第一時間發現爐內漏水情況，及時采取相應的應急措施，防止大量積水與高溫電石反應造成閃爆事故。通過在每路冷卻水回水管路上安裝一臺多參數流量檢測儀表，實時采集回水側每一趟管路的流量、溫度變化量，并結合入口側的壓力值，綜合預判管路中的水流變化情況。安裝示意圖如下：

由于冷卻水管線的進出口溫度不同，密度也不盡相同。為了對測量值進行修正，必須將測量的體積值進行溫度補償，轉化為標準體積。只有這樣，才能真正體現出進出口所檢測的體積變化。

控制系統采用西門子S7-1500系列PLC控制系統，一改傳統的模擬量數據采集控制方式，將先進的IO-link通訊技術首先應用于常規的電石行業當中，通過抗干擾能力更強的通訊數字信號代替成本高，受干擾影響大的模擬量信號采集技術。其網絡組織架構如下：

通過實驗數據，在3.98°C 以及1313，25 mbar壓力下，水的最大密度為999，975 kg/m? 。系統中，壓力所導致的密度變化沒有被考慮進去，應為每增加1000mbar的壓力密度僅有0，046 kg/m? 的變化。

當電石爐爐內氫氣含量超過16%以上時（以某4萬電石爐C3密封套測量流量為基準，正常運行流量為11.378m?/h ，進水總管壓力為0.35MPa，溫度35℃），通過改變各參數變化量綜合評定檢漏系統的精度值：

通過上述數據發現，回水管線溫度和流量成一定比例關系，對該時段生產裝置的運行情況進行分析，當電石爐處理料面時，C3密封套的溫度和流量都將產生一個較為明顯的波動。隨后，在1個小時后溫度和流量值上升至正常水平。隨后對量程值變小后的幅值進行放大分析，歸檔曲線的幅值降低至0.036m?/h。在一定程度上提高了泄露分辨率。

綜合上述驗證性實驗課得出如下結論：采用0.8級電磁流量計對電石爐二樓回水流量變化情況可進行實時測量，其測量閥值為0.1m?/h;當進水總管壓力不發生變化時，回水管線泄露量達到1.7L/min時，可通過上位機的歸檔曲線預判出管路的漏水情況。隨著循環水管路的運行時間增長，水冷夾套中的阻力增加，回水流量將呈現出一個較為平穩的趨勢。而當發生漏水時，回水流量將在短時間內流量減小，直至設備補焊完畢后恢復正常流量。

結束語：通過上述實驗數據可知，在不增加儀表自身的測量精度的情況，盡量縮小流量變化區間值以及電流輸出值，可明顯反應處水流的變化情況。例如，本次安裝的某電石C3密封套的水流長時間工作在11.6m?/h區間內。當流量量程為0-20m?/h時，脈動幅值為0.158m?/h，泄露量低于本值時將無法檢測到夾套漏水情況。當流量量程變更為10.5-12.5m?/h時，脈動幅值為0.036m?/h。檢漏精度提高到77%左右。考慮到電石爐的經濟適用性，和實際運行過程中的水流的脈動情況。采用0.8級電磁流量計可將檢漏精度提高至0.1m?/h。安全方面，當某一管路發生大量漏水時，系統自動關閉對應冷卻水進口管路氣動閥門，防止大量冷卻水流入電石爐內，與高溫熔融電石產生劇烈反應造成爆炸事故。

參考文獻：

[1]熊漠遠.電石生產及其深加工產品[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2]熊漠遠.電石生產工藝學[M].成都科技大學出版社，1988.

[3]莊肅霞，張勇.用密閉電石爐尾氣生產甲醇聯產合成氨工藝[J].氮肥技術，2011，32（2）：10-14.