5萬(wàn)立方米煤氣柜活塞傾斜度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、5 萬(wàn)立方米煤氣柜活塞傾斜度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)孟濤(杭州鋼鐵集團(tuán)公司計(jì)量管理處杭州310022)摘要 :基于傳統(tǒng)液位觀測(cè)法 ,結(jié)合信息化技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方法而設(shè)計(jì)的煤氣柜活塞傾斜度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明該系統(tǒng)具有安全性好 、成本低 、精度高等優(yōu)點(diǎn) ,能夠?qū)ξ⑿〉膬A斜度進(jìn)行實(shí)時(shí)在 線監(jiān)測(cè) 。關(guān)鍵詞 :氣柜活塞 ;傾斜度 ;在線監(jiān)測(cè)隨之下降 h 。因連通容器內(nèi)所有連通部分的液位都處在同一水平面上 ,因此連通管內(nèi)液位距離連通 管頂部的高度從 h1 變化到 h2 ,可得該處液位變化 h = h2 - h1 。同理 ,若連通系統(tǒng)發(fā)生偏移傾斜 ,液 位也將會(huì)發(fā)生變化 。0前言冶金企業(yè)煤氣柜是靠活塞運(yùn)動(dòng)改變氣柜

2、容量 ,當(dāng)活塞運(yùn)行過(guò)程中傾斜度達(dá)到一定程度時(shí) ,會(huì)發(fā)生活塞卡軌 、柜內(nèi)煤氣過(guò)壓或欠壓 ,嚴(yán)重的將會(huì)發(fā)生 氣柜活塞沖頂或落底 ,造成重大損失 。因此在煤氣柜運(yùn)行過(guò)程 ,需要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)氣柜活塞的傾斜度 。 杭鋼 5 萬(wàn)立方米轉(zhuǎn)爐煤氣柜為威金斯式 ,活塞直徑達(dá) 46 . 59 米 ,最大工作行程 31 . 10 米 。設(shè)備運(yùn) 行要求活塞傾斜度不得大于 5 度 。采用差壓傳感 器實(shí)現(xiàn)傾 斜 度 監(jiān) 測(cè) 系 統(tǒng) 具 有 成 本 低 、系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn)單 、精度高 、可同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)點(diǎn)或方向 ,并且能夠?qū)?現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn) 。圖 1連通管原理圖圖 2 為電容式差壓液位傳感器結(jié)構(gòu)圖 ,不同位 置的兩處壓力 P

3、1 、P2 分別引入到傳感器的高 、低壓室 ,兩側(cè)不同壓力的推動(dòng)測(cè)量膜片移動(dòng)并在相對(duì)應(yīng) 的定極板上產(chǎn)生電荷差 。只要對(duì)系統(tǒng)輸出信號(hào)進(jìn) 行處理即能得出被測(cè)液位的變化值 。本文中所選 用的差壓液位傳感器的型號(hào)為 EJA110 ,其量程設(shè)置 為 0400mm ,精度 0 . 065 % ,響應(yīng)頻率大于 8 Hz 。1 測(cè)量系統(tǒng)原理1 . 1連通管原理及壓差液位傳感器將一個(gè)體積大的容器放在位置相對(duì)固定的基 準(zhǔn)點(diǎn) ,各連通管固定在測(cè)量對(duì)象上 。如圖 1 所示 , 當(dāng)連通管某處發(fā)生豎向形變 h 時(shí) ,該處連通管也圖 2電容式差壓傳感器2011 年 2 月第一期5 萬(wàn)立方米煤氣柜活塞傾斜度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)91 .

4、2 活塞傾斜度的測(cè)量模型采用壓差液位傳感器監(jiān)測(cè)活塞水平傾斜度 ,即 是在活塞上選取若干個(gè)點(diǎn)構(gòu)建一套連通管系統(tǒng) ,并用壓差液位傳感器檢測(cè)連通管中的液位變化 。測(cè) 量煤氣柜活塞平面傾斜度的連通管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以 簡(jiǎn)化為如圖 3 所示 。分別在活塞的東南西北四個(gè) 方向選取 4 測(cè)量點(diǎn)放置液位底座 ,因此連通管底座 構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)為 a = 32 . 95 米的正方形 。圖中 A 、B 、C 、D 是當(dāng)傳感器底座處于水平狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)各連通管道內(nèi)的液位 。由連通管的原理可知 ,無(wú)論活塞狀 態(tài)如何液面會(huì)一直保持為水平面 ,并且與連通管底座所在的水平面平行 。因?yàn)閷?shí)際活塞的傾斜度很 小 ,連通管液面可以近似的看作沿

5、著鉛錘線方向變 化 ,所以 ABCD 為一與底座相同的正方形 , 其邊長(zhǎng) 也為 a = 32 . 95 米 。圖 3基于連通管的平面傾斜測(cè)量原理圖若氣柜活塞在運(yùn)行過(guò)程中如果出現(xiàn)傾斜 ,4 個(gè)液位底座所在平面也會(huì)發(fā)生傾斜 ,如圖 3 所示 。由 上述連通管工作原理可知 ,4 個(gè)連通管內(nèi)的液位平 衡時(shí)應(yīng)始終保持在同一水平面上 , 即 A1B1 C1D1 位 于同一水平面內(nèi) 。因此 ,連通管底座平面與水平面 的夾角即為平面 ABCD 與 A1B1 C1D1 平面的夾角 ,此 夾角即是活塞的傾斜度 。因活塞運(yùn)行中是沿某一 直徑為軸發(fā)生傾斜的 ,所以活塞上相差 180°的兩點(diǎn) 液位變化成反比關(guān)

6、系 ,即 hA + hC = 0 , hB + hD= 0 。計(jì)算模型如圖 4 所示 ,此時(shí)活塞上 P 點(diǎn)處在 最高位 。由立體幾何相關(guān)知識(shí)可知角= POP即 為水平面 ( 連通管液面) ABCD 與連通管底座面 ( 活 塞) ABCD夾角 ,則活塞的傾斜度可以用表示 。為便于 求 該 夾 角 , 現(xiàn) 建 立 一 原 點(diǎn) 在 活 塞 中 心 點(diǎn) ,x 軸和 y 軸分別為活塞直徑方向的直角坐標(biāo)系 。 在計(jì)算模型中取傳感器 A 、偏移量最大點(diǎn) P 和中心 點(diǎn)的夾角為,取傳感器 B 、偏移量最大 P 點(diǎn)和中心點(diǎn)的夾角 為。分 別 從 A 、A、向 活 塞 傾 斜 軸 作 垂 線 ,垂足落在 O點(diǎn) ,

7、則有落在 O則有圖 4活塞傾斜測(cè)量模型R·cos ·sin = hB(2)22傳感器 A 、傳感器 B 和中心點(diǎn)所在三角形中則R·cos ·sin = hA有(1)22同理分別從 B 、B向活塞傾斜軸作垂線 , 垂足© 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 102011 年 2 月第一期OA·cos + OB·cos += AB(3)22通過(guò)對(duì)式 (1) 式 (2) 的推導(dǎo) ,可以得到hA= tg(

8、4)hB因此 hA ,hB 與的關(guān)系得hB= arctg hA再推導(dǎo)方程式 (1) 可得hAsin =22·R·cos圖 5檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖考慮到系統(tǒng)的基準(zhǔn)水平面有一 H 偏移量 ,可得 實(shí)際活塞傾斜量 : hA = A0 - H ,hB = B0 - H ,hC= C0 - H ,hD = D0 - H 。又由連通管原理知 ,hA+ hB + hC + hD = 0 。對(duì)上式整理得 H = 150mm ,進(jìn)而可得 hA = 32 mm ,hB = 7mm , hC = - 32mm ,hA arcsin 2·R·cos(5)因傳感器構(gòu)成正方形的邊長(zhǎng) a

9、和活塞半徑 R均為已知常數(shù) ,所以由式 ( 5) 可知活塞傾斜度是 隨著 hA ,hB 的變化而變化 。hA ,hB 是傳感器 的偏移量 ,任意一點(diǎn)偏移量等于該點(diǎn)當(dāng)前值減去該 點(diǎn)基準(zhǔn)值 。在實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)中 ,系統(tǒng)基準(zhǔn)參考點(diǎn)的初始值一般不為 0 ,即原參考水平面 ABCD 會(huì)有一 常量為 H 的偏移 ,因此在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中需要考慮 常量 H 。h = - 7mm 。再根據(jù)式 (5) 可以算出= 3 . 19°,此D值即為該時(shí)刻活塞的水平傾斜度 。3結(jié)語(yǔ)基于差壓式液位傳感器的活塞傾斜度監(jiān)測(cè)系2測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)處理測(cè)量系統(tǒng)的原理如圖 5 所示 ,各傳感器通過(guò)信統(tǒng)已經(jīng)在杭鋼 5 萬(wàn)立方米轉(zhuǎn)爐煤氣柜穩(wěn)定 運(yùn) 行 。實(shí)踐證明 ,該氣柜活塞傾斜度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有安全 、 經(jīng)濟(jì) 、實(shí)用和精確度高等優(yōu)點(diǎn) 。通過(guò)對(duì)活塞傾斜度 的在線監(jiān)測(cè) ,確保了值班人員對(duì)氣柜運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí) 掌控 ,為煤氣生產(chǎn)提供了安全保障 。號(hào)隔離器將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī) ,然后對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 。表 1 中列出了活塞上升 、下降時(shí)監(jiān)測(cè) 到的各 1 組傳感器讀數(shù) 。表 1活塞運(yùn)行傾斜量值mm收稿日期 :