酸循環(huán)原理及液位計(jì)異常的改善

鄒 貴

（河鋼邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

1 綜述

邯鋼冷軋廠新推拉式酸洗線（PPL）于2014年2月投產(chǎn)，這條線是由邯鋼冷軋廠完全自主設(shè)計(jì)、安裝的，設(shè)備也基本都是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，創(chuàng)下3個(gè)月安裝、10個(gè)月熱試車的歷史記錄。這條生產(chǎn)線主要工藝就是酸洗，而酸罐液位計(jì)是工藝段酸循環(huán)的“眼睛”，它工作的正常與否，直接關(guān)系到酸循環(huán)是否可以正常運(yùn)行。但是酸的高腐蝕性及揮發(fā)性，對(duì)液位計(jì)有很高的要求，顯示不準(zhǔn)確就會(huì)導(dǎo)致酸循環(huán)異常，進(jìn)而產(chǎn)生欠酸洗、停車斑等生產(chǎn)缺陷。本文簡(jiǎn)要介紹了酸循環(huán)的過程，主要介紹通過對(duì)程序改進(jìn)、設(shè)備維護(hù)使液位計(jì)顯示正常，酸循環(huán)正常運(yùn)行，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省成本。

2 酸洗原理及酸循環(huán)

新酸洗線是根據(jù)奧地利ANDRITZ（安德里茨）的推拉式酸洗線（PPL)原型，自主設(shè)計(jì)安裝的。

鋼材經(jīng)熱軋及后續(xù)冷均會(huì)有銹皮生成，其組成由內(nèi)而外依序大致為：FeO、Fe3O4、Fe2O3,由于含氧量的不同，F(xiàn)e2O3在最外層、Fe3O4居中、FeO在最內(nèi)層[1]。

此種銹皮頗為細(xì)密，具有保護(hù)底材不受氧化腐蝕之作用。銹皮與鹽酸的反應(yīng)中，F(xiàn)eO反應(yīng)速率最快，F(xiàn)e3O4次之，F(xiàn)e2O3最慢。進(jìn)行酸洗時(shí)，酸液會(huì)經(jīng)由銹皮縫隙、孔洞等缺陷，到達(dá)內(nèi)部先行溶解FeO，當(dāng)FeO溶解后，酸液建立起Fe/酸液/Fe3O4局部電池，使Fe3O4進(jìn)行還原溶解，同時(shí)若有大面積之底材裸露，將和酸液反應(yīng)產(chǎn)生H2，氫氣之壓力發(fā)生剝離作用，使外層銹皮脫離而達(dá)成酸洗之目的。其反應(yīng)式如下：

因此，于靜態(tài)酸洗過程中，內(nèi)層銹皮的酸洗是靠溶解來進(jìn)行，而外層銹皮則一部分利用剝離作用來完成，另一部分以溶解方式進(jìn)行。

其中工藝段的主要組成是六個(gè)酸罐分別對(duì)應(yīng)六個(gè)酸槽，6#酸罐位于出口位置，一號(hào)酸罐在入口。酸再生產(chǎn)生的新酸首先打到6#酸罐，然后在6#與5#兩個(gè)酸罐之間有通過的閥，以及打酸泵；在生產(chǎn)過程中，打酸泵是始終開啟的，當(dāng)打開閥門時(shí)，酸就會(huì)從6#酸罐向5#酸罐打酸，后面的四個(gè)酸罐以次類推，都是由閥門的開閉控制酸從上一級(jí)流向下一級(jí)；最后雜質(zhì)酸從1#酸罐回到酸再生[2]。

其中，為了達(dá)到最好的酸洗質(zhì)量和對(duì)最低的酸使用成本，我們?cè)O(shè)定了從前一級(jí)酸罐向下一級(jí)酸罐打酸開閥的基準(zhǔn)，一般是在本酸罐達(dá)到53%～59%之間開始向下一級(jí)打酸；或者下一級(jí)酸液位小于35%時(shí)，向上一級(jí)酸罐要酸（也就是打開從上一級(jí)向下一級(jí)酸罐的流酸閥）。

這條酸洗線酸罐液位的檢測(cè)，用的是E+H的雷達(dá)液位計(jì)。

3 雷達(dá)液位計(jì)工作原理

發(fā)射—反射—接收是雷達(dá)液位計(jì)的基本工作原理。

雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射電磁波信號(hào)，發(fā)射波在被測(cè)物料表面產(chǎn)生反射，反射回來的回波信號(hào)仍由天線接收。發(fā)射及反射波束中的每一點(diǎn)都采用超聲采樣的方法進(jìn)行采集。信號(hào)經(jīng)智能處理器處理后得出介質(zhì)與探頭之間的距離，送終端顯示器進(jìn)行顯示、報(bào)警、操作等。

假設(shè)，E－空槽（罐）的高度；F—滿槽（罐）的高度；D—探頭至介質(zhì)表面的距離；L—實(shí)際物位。

圖1 雷達(dá)液位工作原理

雷達(dá)脈沖信號(hào)從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)間與探頭到介質(zhì)表面的距離D成正比，即：D=v×2/t

式中，t-脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間隔；v-波形傳播速度。

因空槽距離E已知，故實(shí)際物位的距離L為：L=E-D

式中，E的基準(zhǔn)點(diǎn)是過程連接的底部。

在發(fā)射的時(shí)間間隔里，天線系統(tǒng)作為接收裝置使用。儀表分析、處理運(yùn)行時(shí)間小于十億分之一秒的回波信號(hào)，并在極短的一瞬間分析處理回波。

雷達(dá)傳感器利用特殊的時(shí)間間隔調(diào)整技術(shù)將每秒的回波信號(hào)進(jìn)行放大、定位，然后進(jìn)行分析處理。因此雷達(dá)傳感器可以在0.1s內(nèi)精確細(xì)致地分析處理這些被放大的回波信號(hào)，無須花費(fèi)很多時(shí)間來分析頻率。

4 液位計(jì)故障處理及日常維護(hù)

在前面我們介紹了，酸循環(huán)的原理以及液位計(jì)的重要性。而實(shí)際生產(chǎn)中，液位計(jì)的故障會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的生產(chǎn)問題。

從調(diào)試階段開始一直到后面正常生產(chǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)液位顯示的跳變、虛報(bào)等問題。導(dǎo)致打酸泵突然停止（當(dāng)液位低于20%時(shí)，酸泵在保護(hù)程序下自己停止，防止酸泵空載運(yùn)轉(zhuǎn)被損壞，由于是純進(jìn)口酸泵，成本非常高）；酸循環(huán)異常始終從酸再生打酸（液位始終顯示低，酸再生來酸閥始終開啟），但是酸罐已經(jīng)滿了，溢出到污水坑，產(chǎn)生大量酸性污水，即污染環(huán)境又形成酸的浪費(fèi)；同時(shí)液位計(jì)顯示跳變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致酸循環(huán)無法開啟，全線停車，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生停車斑、過酸洗等質(zhì)量問題，出現(xiàn)生產(chǎn)事故。

在電氣專業(yè)技術(shù)主管的帶領(lǐng)下，經(jīng)過反復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)觀察，網(wǎng)上查資料，多次拆卸液位計(jì)檢查，總結(jié)出以下幾點(diǎn)問題及改進(jìn)方法。

4.1 測(cè)量值明顯失真

故障表現(xiàn)為液位變化而測(cè)量值恒為常數(shù)，當(dāng)儲(chǔ)罐排空或?qū)M時(shí)儀表保持一個(gè)明顯的假料位，也或者表現(xiàn)為槽罐內(nèi)物料將滿時(shí)顯示彈回一個(gè)低值。造成這類故障的通常是以下原因：

（1）天線結(jié)疤。厚而濕的結(jié)疤會(huì)對(duì)微波產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射，使儀表測(cè)量值保持一個(gè)恒定的高液位值。

（2）料排空時(shí)天線或附近的凝聚物產(chǎn)生干擾回波。

（3）物料排空時(shí)槽罐內(nèi)固定組件引起強(qiáng)烈回波。

針對(duì)上述情況應(yīng)采取以下方法進(jìn)行解決：

（1）仔細(xì)清理天線和天線附近的附著物。

（2）激活并合理地設(shè)置“窗口抵制”距離?！按翱谝种啤币卜Q為“近現(xiàn)場(chǎng)抑制”，此功能用以消除安裝法蘭焊縫、天線或其附近掛料對(duì)測(cè)量的影響。它通過設(shè)定近現(xiàn)場(chǎng)抑制距離，儀表將此范圍內(nèi)的回波注冊(cè)為干擾回波不進(jìn)行測(cè)量。

槽內(nèi)物料將滿時(shí)儀表顯示一個(gè)較低的料位，是由于液面升高槽內(nèi)多重回波增加，程序處理時(shí)將一束時(shí)間行程較長(zhǎng)的回波錯(cuò)誤地識(shí)別為測(cè)量回波，從而計(jì)算出較大的上空距離。針對(duì)這種情況，應(yīng)修改近現(xiàn)場(chǎng)抑制距離，以消除多重回波的影響。

4.2 測(cè)量值波動(dòng)

在罐內(nèi)由于介質(zhì)表面劇烈起伏，或是因?yàn)樗嵫h(huán)回流臨時(shí)性干擾回波增強(qiáng)，從而測(cè)量值波動(dòng)。除了改善應(yīng)用參數(shù)，激活近現(xiàn)場(chǎng)抑制，增大輸出阻尼外，還應(yīng)檢查儀表的安裝位置，或是考慮安裝更大規(guī)格的天線。

4.3 維護(hù)及解決方法

此外，我們還在電腦界面，從程序中加入酸的流向監(jiān)控。也就是通過流量計(jì)，連入數(shù)據(jù)庫(kù)，用累加的程序，記錄生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)的來酸（從酸再生打來新酸）情況與去酸（廢酸打到酸再生）情況，隨時(shí)監(jiān)控，如有異常到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)實(shí)際情況作出相應(yīng)措施。

除了在故障發(fā)生時(shí)，及時(shí)的解決方案外，日常維護(hù)也是必不可少的。

（1）檢查供電是否正常。在日常維護(hù)中，最關(guān)鍵的幾個(gè)檢查點(diǎn)是輸出電流、電源電壓和表體溫度。通電后，儀表在幾分鐘左右即可正常工作，若儀表出現(xiàn)異常，無正常輸出，則應(yīng)檢查是否真正接上電源，保險(xiǎn)絲有無燒壞。

（2）檢查通訊是否正常。若通訊正常時(shí)，可通過安裝了雷達(dá)調(diào)試軟件的手提電腦、雙向調(diào)制/解調(diào)器接入現(xiàn)場(chǎng)通訊單元，在操作界面上可讀取雷達(dá)的組態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)射波、反射波強(qiáng)度等所有數(shù)據(jù)。若讀不到，則通訊出現(xiàn)故障。這時(shí)可用這些設(shè)備到雷達(dá)頭處接入信號(hào)線，以準(zhǔn)確判斷故障所在。

（3）清理清潔。在停車檢修時(shí)，檢查用于檢測(cè)返回信號(hào)的天線下面是否有水珠，或是否沾上物料或臟物。針對(duì)這種情況，用水清洗或者干凈的棉布擦拭即可解決。在擦拭時(shí)，不能選用堿性溶劑，擦干凈后，重新安裝固定法蘭，以避免發(fā)生泄露。