一種重介質(zhì)選煤用壓差式密度計(jì)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王海港

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 長(zhǎng)治 046600）

1 霍爾辛赫選煤廠及其選煤用密度計(jì)概況

霍爾辛赫選煤廠屬于型煉焦煤選煤廠，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5.0 Mt/a，主選采用無(wú)壓給料三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選+尾煤濃縮浮選的聯(lián)合工藝，入選原煤全部來(lái)自于霍爾辛赫礦井。主要分選設(shè)備采用三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器進(jìn)行洗選。重介質(zhì)密控系統(tǒng)主要用于測(cè)量重介質(zhì)的洗選密度，通過(guò)PLC 的PID 調(diào)節(jié)來(lái)控制清水閥的開(kāi)度，保證重介質(zhì)懸浮液的密度趨近于設(shè)定密度。重介質(zhì)懸浮液的密度是否穩(wěn)定將直接影響原煤的分選，決定產(chǎn)品的灰分和生產(chǎn)率。

目前，霍爾辛赫選煤廠測(cè)量重介質(zhì)懸浮液的密度采用的是同位素密度計(jì)。同位素密度計(jì)是利用γ射線穿過(guò)被測(cè)物體后，其強(qiáng)度的變化而相應(yīng)地變化的規(guī)律，來(lái)測(cè)定密度。但是在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中由于密度計(jì)考支架固定在管道上，如果周圍環(huán)境震動(dòng)大，就會(huì)造成支架松動(dòng)，接收器位置變化，導(dǎo)致測(cè)量的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，另一個(gè)原因是同位素密度計(jì)本身具有輻射，如果操作不當(dāng)會(huì)造成工作人員受到輻射和污染周圍環(huán)境。

2 壓差式密度計(jì)的工作原理及構(gòu)造

壓差式密度計(jì)沒(méi)有輻射源，它可以直接測(cè)量和顯示實(shí)時(shí)的密度值，具有抗震動(dòng)、測(cè)量誤差小、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的壓差式密度計(jì)利用阿基米德原理，其工作原理是一定高度的液柱產(chǎn)生的壓力與該液體的密度成正比，即：

式中：P 為一定高度的液柱產(chǎn)生的壓力；ρ 為該液體的密度；g 為測(cè)量地重力加速度；h 為液柱的高度。

差壓密度計(jì)的壓力部分主要由兩個(gè)膜盒密封裝置和壓力差壓變送器組成，來(lái)自管道不同高度的膜盒密封裝置經(jīng)導(dǎo)壓管直接作用于壓力變送器，通過(guò)變送器上的傳感元件將壓力差轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)終端設(shè)備根據(jù)截至在一定垂直距離上的差壓值計(jì)算出介質(zhì)的密度，然后轉(zhuǎn)化為4～20 mA 電流信號(hào)接入到PLC 中。

3 壓差式密度計(jì)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

霍爾辛赫選煤廠重介密度檢測(cè)裝置仍采用I 代阿姆德?tīng)枖?shù)字密度計(jì)。一方面，該密度計(jì)內(nèi)部零部件老化嚴(yán)重、性能下降，有的部件無(wú)法購(gòu)買；另一方面，該密度計(jì)攜帶放射源Cs-173，輻射強(qiáng)，危害大，容易泄露，存在巨大的安全隱患。針對(duì)這一情況，經(jīng)研究分析，為了提高密度檢測(cè)、控制水平，減少對(duì)人身危害，選用FMD78-MBA7F21B51AS 型差壓變送器取代阿姆德?tīng)枖?shù)字密度計(jì)。選煤廠重介質(zhì)懸浮液上料管的流速一般都很快，會(huì)造成大的測(cè)量誤差和測(cè)量的不穩(wěn)定性，甚至無(wú)法測(cè)量，所以需要控制好流速，才能穩(wěn)定測(cè)量?？刂屏魉?，考慮旁通安裝，這樣便于選擇小管徑的密度計(jì)，節(jié)約材料成本。密度計(jì)測(cè)量室與膜片之間有足夠?qū)挼木嚯x，喇叭狀弧形焊接，這種結(jié)構(gòu)的好處除了介質(zhì)不會(huì)直接沖刷膜片保證產(chǎn)品的壽命外，也能防止顆粒介質(zhì)或起泡集聚所帶來(lái)的誤差（見(jiàn)圖1）。改造期間，為保證生產(chǎn)秩序的正常進(jìn)行，在不影響現(xiàn)有密度計(jì)的使用前提下，將原有測(cè)量磁性物含量的管道拆除，經(jīng)測(cè)量、制作、安裝新管道，把差壓變送器安裝于其上。

圖1 差壓密度計(jì)安裝示意圖

差壓變送器就是測(cè)量被測(cè)介質(zhì)的壓強(qiáng)差，即△P=ρg△h，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器運(yùn)算，被轉(zhuǎn)化為 4～20 mA信號(hào)輸出到PLC。利用PLC 內(nèi)部PID 運(yùn)算進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)接收現(xiàn)場(chǎng)密度計(jì)返回的4～20 mA 電流信號(hào)與外部設(shè)定密度值進(jìn)行比較，通過(guò)模擬量模塊輸出4～20 mA 信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)閥門電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作控制閥門的開(kāi)度，當(dāng)測(cè)量密度高于設(shè)定密度時(shí)，控制步進(jìn)閥打開(kāi)，清水進(jìn)入313 桶，密度降低；當(dāng)測(cè)量密度低于設(shè)定密度時(shí)，步進(jìn)閥動(dòng)作，閥門關(guān)閉，密度升高至設(shè)定密度，達(dá)到自動(dòng)平衡。（見(jiàn)圖2）通過(guò)PLC 的自動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)了密度的自動(dòng)跟蹤無(wú)需干預(yù)，保證了生產(chǎn)所需的合格重介質(zhì)懸浮液[1-3]。

圖2 密度控制原理圖

4 效果

方案實(shí)施后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)分析，壓差式密度計(jì)的測(cè)量精度達(dá)到了0.007 g/cm3，測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定、波動(dòng)小，測(cè)量的準(zhǔn)確度不受周圍磁選機(jī)、脫介篩、離心機(jī)等設(shè)備帶來(lái)震動(dòng)的影響；線路通過(guò)加裝信號(hào)隔離模塊，杜絕了其他電磁信號(hào)的干擾，保證了密度計(jì)和PLC 模塊正常運(yùn)行，通過(guò)一系列的改造，確保了產(chǎn)品的各個(gè)指標(biāo)，為客戶提供了合格的煉焦煤，最大限度地保證了霍爾辛赫選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益，如表1 所示。

表1 運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與人工采樣對(duì)比圖

5 效益及推廣應(yīng)用

密度控制系統(tǒng)檢測(cè)裝置投入運(yùn)用以來(lái)，運(yùn)行正常，既減少了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，又有效地降低了材料配件的消耗，減少材料配件的費(fèi)用30 萬(wàn)元。目前，317ABC密度自動(dòng)控制系統(tǒng)檢測(cè)裝置成功運(yùn)用，霍爾辛赫選煤廠所有密度檢測(cè)裝置也可以做同樣的改造，從而徹底杜絕密度控制水平低、安全隱患大的現(xiàn)象。