寧鋼水處理液位監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用完善

張建蓉，趙 鵬

（寧波鋼鐵股份有限公司，浙江寧波 315800）

前言

寧鋼水處理主要包括煉鐵水處理、煉鋼水處理、軋鋼水處理、中央污水處理4大水處理系統(tǒng)，每個水處理系統(tǒng)中都設(shè)有不同的子系統(tǒng)構(gòu)成，每個子系統(tǒng)里都設(shè)有儲水池。根據(jù)工藝要求儲水池又分為敞開式、封閉式和半封閉式，在項目初期設(shè)計階段，儲水池的液位計全部是超聲波液位計。在敞開式儲水池上，超聲波液位計的測量精度受周邊環(huán)境及現(xiàn)場安裝因素的影響相對較小；而在封閉式儲水池和半封閉式儲水池上，超聲波液位計的測量精度受兩者的影響比較大。經(jīng)常發(fā)生液位計的測量數(shù)值出現(xiàn)頻繁波動、示值不變、虛假值等異常現(xiàn)象，曾發(fā)生過多起因液位計測量值錯誤導(dǎo)致儲水池抽空、水泵進(jìn)氣、異常的聯(lián)鎖啟動、液位異常報警等現(xiàn)象。此類故障給整個水系統(tǒng)的正常生產(chǎn)帶來了極大隱患，也給主生產(chǎn)線帶來了一定程度的損失。

1 現(xiàn)場存在的問題

寧鋼水處理系統(tǒng)2003年開工建設(shè)，2007年各系統(tǒng)陸續(xù)建成投產(chǎn)。最初出現(xiàn)故障現(xiàn)象較多的是液位監(jiān)測數(shù)值的異常波動，后面陸續(xù)出現(xiàn)液位計監(jiān)測數(shù)值死值，所測數(shù)值與水池液位實際值不符等現(xiàn)象。當(dāng)儲水池液位計突然出現(xiàn)異常，會導(dǎo)致水池不能自動補(bǔ)水，水井水位低至送水泵吸入口，水泵進(jìn)氣無法送水；液位過低也會導(dǎo)致水泵出力不足，無法正常調(diào)節(jié)水量；液位監(jiān)測數(shù)值與實際水池實際液位不符，導(dǎo)致液位計與水池補(bǔ)水閥聯(lián)鎖異常啟動，水池補(bǔ)水全部溢流，液位異常報警。現(xiàn)場不同儲水池液位計安裝示意見圖1。

圖1 現(xiàn)場不同儲水池液位計安裝示意圖

1.1 全封閉儲水池

中央、污水系統(tǒng)中的清水池和軟水池就是全封閉儲水池。超聲波液位計如圖1（a）所示安裝。最初出現(xiàn)問題的是軟水池的液位計。故障現(xiàn)象為后臺監(jiān)控畫面HMI上的液位示值一直異常波動，起初判斷是現(xiàn)場儀表信號受到干擾，但控制系統(tǒng)的其它儀表信號都顯示正常；到達(dá)現(xiàn)場后，將液位計儀表井打開現(xiàn)場檢查超聲波液位計電壓及顯示正常，檢查到液位計探頭時，發(fā)現(xiàn)液位計探頭上凝結(jié)著密密麻麻的水珠，擦拭水珠后，液位計測量示值正常。為了排除現(xiàn)場信號干擾所致，將液位計里“抑制干擾信號”功能投入，在PLC的信號輸入端增設(shè)信號隔離器，同時對儀表的接地重新進(jìn)行拆接，但后期又陸陸續(xù)續(xù)發(fā)生過多次同類故障。

1.2 半封閉式儲水池

軋鋼水系統(tǒng)中層流泵站的熱水井、煉鐵水系統(tǒng)煤氣洗滌水的冷水井如圖1（b）所示，屬于半封閉式儲水池，此處超聲波液位計也出現(xiàn)過液位測量示值波動的情況，儀表維護(hù)人員將探頭上的水珠擦拭后，該故障現(xiàn)象消除。所以排除了液位計信號受到干擾導(dǎo)致的測量示值異常波動。

層流泵站的熱水井液位計也因同樣問題，導(dǎo)致生產(chǎn)操作人員沒有及時增開水泵，水位溢出水池后，淹掉了整個層流泵站的所有儀表和電氣設(shè)備，造成軋鋼停機(jī)2 h。

1.3 敞開式儲水池

煉軋鋼水系統(tǒng)的二沉池如圖1（c）所示，屬于敞開式儲水池，同樣采用的超聲波液位計，液位計運(yùn)行相對穩(wěn)定，很少出現(xiàn)過液位計測量值與實際值不符、測量數(shù)值異常波動等情況。

2 原因分析

2.1 安裝位置

儀表的現(xiàn)場安裝位置不合理。由于超聲波液位計是利用聲波反射原理實現(xiàn)液位測量的，安裝現(xiàn)場如果有障礙物會影響超聲波發(fā)射和接受，造成信號丟失，影響測量效果。

2.2 接線盒密封

儀表內(nèi)部電路板受潮導(dǎo)致信號異常。雖然超聲波液位計的防護(hù)等級是IP67，但儀表井內(nèi)長期積水，潮氣有可能會順著電纜進(jìn)線口處浸入。

2.3 故障排查

超聲波液位計本身的故障基本可以排除。因為整個處理過程中未對液位計本身、電源等進(jìn)行處理，只是將探頭上的水珠擦拭干凈。

2.4 信號干擾

線路干擾，也基本可以排除。線路干擾導(dǎo)致PLC后臺數(shù)據(jù)顯示滿量程，對超聲波液位計本身的接地和信號電纜的屏蔽接地都重新進(jìn)行了拆接，且加信號隔離器和不加信號隔離器，故障現(xiàn)象無實質(zhì)變化。

2.5 其它原因

外部原因?qū)е乱何粶y量錯誤。出現(xiàn)問題較多的是封閉式儲水池和半封閉儲水池上的液位計，它們都是安裝在水井上面的人孔內(nèi)或儀表井內(nèi)，外加鐵皮罩防雨，如圖2。

圖2 液位計安裝位置

水井水溫一般維持在35 ℃左右，而環(huán)境溫度隨著季節(jié)變換，春、秋、冬季晝夜溫差較大，在液位計安裝的人孔中不斷有蒸汽冒出，內(nèi)外溫差造成液位計探頭凝露,影響了水位的測量，從而造成儲水池液位測量不準(zhǔn)。

綜上所述，造成超聲波液位計測量數(shù)值不準(zhǔn)、信號異常波動的主要原因是：超聲波液位計探頭上有凝露，聲波的發(fā)射和接收受到影響，從而造成液位計的測量值出現(xiàn)異常波動和死值現(xiàn)象。超聲波液位計探頭上易凝露也是其設(shè)備本身不能解決的一個問題，所以改善液位計現(xiàn)場的安裝條件、用其他類別的液位計替代超聲波液位計是可行的解決方案。

3 改進(jìn)完善措施

為了解決超聲波液位計在上述場合探頭上經(jīng)常凝露的問題，保證液位計正常工作測量，根據(jù)行業(yè)主流液位計的測量應(yīng)用和現(xiàn)場實際環(huán)境，我們計劃采用兩種不同類型的液位計，接觸式液位計和非接觸式液位計進(jìn)行現(xiàn)場更替，同時對液位計的周圍的環(huán)境進(jìn)行改善。如將儀表井內(nèi)沉積的雨水直接排到池子里，并提高液位計的安裝支架；儀表本體的電纜進(jìn)線口加強(qiáng)密封。

通過對儀表本身的價格和現(xiàn)場實際環(huán)境、是否參與工藝聯(lián)鎖等進(jìn)行綜合考慮，最終確定液位計的型號；如液位參與工藝聯(lián)鎖，還需加裝電容式液位開關(guān)，提高液位測量的安全性。

(1)接觸式液位計,主要以電容式液位計和靜壓式液位計為主。電容式液位計根據(jù)儀表自身的工作性質(zhì)，它只適合于軟水系統(tǒng)和凈循環(huán)水系統(tǒng)中，靜壓式液位計雖然適合濁環(huán)水系統(tǒng)的液位測量，但其在濁環(huán)水系統(tǒng)中的維護(hù)量大，需定期對其探頭進(jìn)行維護(hù)，且濁環(huán)水系統(tǒng)中的沉積物必須及時清理，如果探頭被沉積物淹沒，靜壓液位計也不能正常工作，因此不適合濁環(huán)水系統(tǒng)。

（2）非接觸式液位計，以超聲波液位計和雷達(dá)液位計為主。雷達(dá)液位計通過天線系統(tǒng)發(fā)射并接收能量很低的極短的微波脈沖。以光速運(yùn)行的雷達(dá)波，其運(yùn)行時通過電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號，它比超聲波的抗干擾能力強(qiáng)，但價格較高，所以它主要用在有設(shè)備聯(lián)鎖和比較重要的生產(chǎn)場所；其它場所可以選定超聲波液位計。比如在敞開式儲水池中，超聲波液位計運(yùn)行相對穩(wěn)定。

實際運(yùn)行中如有液位聯(lián)鎖，且該液位的測量在運(yùn)行中又至關(guān)重要，我們在該液位計的安裝位置同時又加裝電容式液位開關(guān)做低液位報警。如果液位測量值低于安全水位，電容式液位開關(guān)的探頭露出水面，液位開關(guān)觸發(fā)啟動聲光報警器，提示生產(chǎn)運(yùn)行人員需要到現(xiàn)場進(jìn)行確認(rèn)，解決了儲水池被抽空的生產(chǎn)事故。

表1是寧鋼水處理液位計選型參考表。注：參與、重要打√，表中的超聲波液位計、雷達(dá)液位計、靜壓液位計、電容式液位計在表中填寫時，將“液位計”三字省略掉，均用超聲波、雷達(dá)、靜壓、電容式表示；液位開關(guān)選用的是電容式液位開關(guān)。

表1 寧鋼水處理液位計選型條件參考表

4 結(jié)束語

此方案解決了寧鋼水處理液位計在實際運(yùn)行中所遇到的一些問題。通過對液位計的合理選型，減少了不同液位計自身缺點(diǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)場工況的問題，同時也大大提高了寧鋼水處理液位監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對整個鋼鐵行業(yè)水處理的液位選型也具有參考意義。