重介質旋流器堵塞報警系統的研究

李 鵬

（霍州煤電集團呂梁山煤電公司洗煤廠，山西 呂梁 033100）

引言

由于我國煤炭分布范圍廣，各個區域的煤炭特性存在著較大的差異性，因此選煤廠需要對煤炭進行分選。特別是隨著各類化工行業對煤炭品質要求的不斷提升，對煤炭的分選精度和效率提出了更高的需求。重介質旋流器是一種廣泛應用在煤炭分選中的設備，其分選效率和穩定性直接決定了對煤炭分選的可靠性和經濟性。通過對重介質旋流器故障情況的分析，其連接管堵塞已經成為影響分選效率和穩定性的主要因素，重介質旋流器連接管的堵塞是一個漸進的過程，由于缺乏監測手段，在堵塞前期往往難以發現，直到堵塞嚴重、影響分選工作的時候才能變現出來，嚴重影響了煤炭的分選效率和分選精度。

通過對重介質旋流器堵塞情況的分析，在堵塞過程中旋流器入口的壓力會發生一定的變化，不同的堵塞情況下其壓力情況不一致，因此通過對其入口壓力變化情況進行監測，即可判斷出連接管的堵塞情況。本文提出了一種重介質旋流器堵塞報警系統，該系統能夠對重介質旋流器在工作時的壓力變化情況進行實時監測，當超出警戒壓力后及時進行報警，提醒工作人員及時進行清理。根據實際應用表明，該系統的報警精確性達99.89%，能夠有效提升重介質旋流器的運行穩定性。

1 重介質旋流器工作原理

當懸浮液進入到旋流器后，在旋流器作用下從入料口到旋流器的內，表面處產生一個向上的外螺旋渦流，在旋流器的軸心位置形成一個向下旋轉的內螺旋流，在內螺旋流的作用下使旋流器內形成一個局部負壓，進而不斷地從入料口處吸附原煤和空氣。在旋流器內部高速旋轉的作用下，在旋流器內部會形成一個具有不同密度分布的密度場。當密度場大于旋流器所產生的分離密度時，向著外螺旋方向偏移，當密度場小于旋流器所產生的分離密度時，則向著內螺旋方向偏移。最終密度較低的精煤從旋流器中間的出口處流出。密度較大的中煤及煤矸石則從旋流器上側的分離口進入到二段分離器進一步的分離，最終分離形成中煤和煤矸石，重介質旋流器的工作原理如圖1 所示[1]。

圖1 重介質旋流器工作原理示意圖

2 連接管堵塞原因

旋流器連接管堵塞的原因分為多種，通過對其堵塞原因的統計分析，主要原因包括入料粒度過大、雜物堵塞、煤質變化，以上三類原因占據了連接管堵塞原因的95%以上[2]。

1）入料粒度過大。目前旋流器一般要求入料的煤炭顆粒直徑不大于50 mm，當多個粒度過大的顆粒集聚在連接管處時就會形成一個堵塞體，最終逐漸地堵塞整個連接管。對該類型的堵塞可以通過控制破碎機煤粒度并在進入旋流器前進行篩分，來降低因入料粒度過大而導致的堵塞。

2）雜物堵塞。雜物堵塞是指煤炭中含有鐵絲、線絨等，這些物體能夠纏繞在一起，形成一個大塊的堵塞體，導致連接管堵塞。

3）煤質變化。煤質對旋流器的工作穩定性影響極大，當進入到旋流器內的煤炭精煤量降低后，單位時間內產生的中煤和煤矸石的混合體數量增加，因此就會影響到連接管的通暢率，導致堵塞。

在旋流器工作的時候，隨著分流的進行，在入料口處會形成一定的壓力，若連接管出現堵塞，則入料口處的壓力將會發生變化，而且壓力變化情況將隨著入料口堵塞程度的不同呈現出顯著的差異性，因此只需要對入料口處的工作壓力進行監測，即可對入料口的堵塞情況進行準確判斷。

3 堵塞報警控制系統結構

為了滿足對旋流器入料口壓力變化情況的監測，本文提出了一種新的壓力聯動監測系統[3]，在重介質旋流器入料口的水平段設置一個范圍為0～0.5 MPa的壓力表，在監測時以電流信號來對應壓力信號的變化，通過屏蔽電纜將系統各個儀表設備進行連接，形成一個閉環反饋控制系統，該堵塞報警控制系統結構如圖2 所示，圖中KINGVIW 表示組態王控制軟件。

圖2 堵塞報警控制系統結構示意圖

由圖2 可知，該控制系統中壓力表用于對入料口處的工作壓力變化情況進行監測，將監測結果傳輸給西門子300PLC 控制系統，同時控制系統調取數據庫內的“壓力-堵塞”情況匹配表[4]，對連接管處的堵塞情況進行判斷，當超過系統設定的警戒值后，開始進行報警。若系統的堵塞情況繼續升高超過系統設定的停機點后，自動控制重介質旋流器停止運行，以保證設備的運行安全性。

在該堵塞報警控制系統中，還加入了組態王控制軟件[5]，能夠對監測過程中的壓力顯示曲線進行記錄、實時調取，同時能夠定期輸出旋流器運行狀態分析報告，對運行過程中的堵塞異常進行分析，從而為從源頭解決堵塞、提高旋流器運行可靠性奠定基礎。

4 重介質旋流器控制邏輯及應用

為了保證重介質旋流器堵塞報警系統的工作，系統采用了“電流-壓力”轉換控制邏輯[6]，在系統內設置了不同階段的預警值，不同的數據存儲在不同的存儲器內，從而能夠有效提升數據的提取效率和便捷性。在系統內設置了數據的存儲屬性[7]，便于每次關機再啟動后能夠保持前一次的數據設定情況。在控制邏輯中加入了超低限壓力判斷邏輯，以持續的低壓力情況作為觸發停機控制邏輯。在上位機界面內設置壓力信號轉換控制程序，將系統壓力實時轉換為動態的邏輯存儲信號，便于追溯在監測期間重介質旋流器的工作情況。

目前該重介質旋流器堵塞監測報警系統已經投入使用，根據實際監測，該系統在1 839 次報警中，有2 次報警為入料口入料情況波動導致的誤報警，其他報警狀態均與實際相符，報警準確性達到了99.89%，極大地提升了重介質旋流器的運行穩定性和可靠性。

5 結語

1）旋流器連接管堵塞的原因包括入料粒度過大、雜物堵塞、煤質變化，三類原因占據了連接管堵塞原因的95%以上。

2）重介質旋流器壓力監測報警系統，能夠對入料口處的壓力變化情況進行實時監測和預警，監測準確率高達99.89%，能夠有效提升重介質旋流器的運行穩定性。