压力变送器

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浅析多功能测厚仪压力变送器的寿命延长技术

作时间:2019-10-16  来源:  作者:
   
摘要:压力变送器是测厚仪的重要组成部件,当其损坏后,如果轧制的是汽车板、高牌号硅钢等高质量要求的钢板,则必须立刻更换备件,所需时间较长,有时每月故障长达 3 h 以上,严重影响钢产量。同时,造成钢坯在加热炉中加热的时间延长,氧化铁皮、烧损增加,影响产品质量和成材率。针对如何延长测厚仪压力变送器的使用寿命,介绍了酸洗、水洗等切实有效的手段,对钢铁产品质量的保障有非常重要的意义。
为满足公司产品质量不断提高的要求,多功能测厚仪的使用能大大提高钢材轧制的数据精准度和稳定性。测厚仪工作时需要产生高压以激发产生 X 射线用于钢带厚度测量,而设备在高电压、低电流工作时对系统绝缘性能要求极高。条材、热轧区域由于测厚仪 C 型架工作环境温度高、粉尘大,高压达 160 kV,压力变送器、高压电缆、X 射线管连接部位极易由于绝缘下降导致放电,造成电弧拉伤,损坏压力变送器、X 射线管等部件,对温度控制和密封要求尤其高。压力变送器是测厚仪的重要组成部件,整体更换费用昂贵,德国 IMS 公司报价近 3 万欧元,折合人民币约 30万元。为了减少测厚仪压力变送器的损坏,响应公司降成本增效益的号召,满足用户对高端产品的质量需求,开展延长压力变送器使用寿命的研究势在必行。
1 多功能测厚仪高压系统的基本原理
多功能测厚仪的高压系统主要由三部分组成:压力变送器、高压电缆、X 射线管。由于钢厂生产的钢板厚度不一,非常厚的钢板达到 25 mm,所以,多功能测厚仪采用 160 kV 的高压,以产生足够强度的 X 射线穿透钢板。在这么高的电压下,对高压系统元器件的质量、绝缘等要求都很高。多功能测厚仪高压系统控制结构图如图 1 所示。
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X 射线管用于产生 X 射线,它由阴极(负极)和阳极(正极)组成。阳极接地,负高压加在阳极和阴极之间。阴极包括一个在高压的轰击下发出电子的加热灯丝,被加热到炙热的灯丝有助于电子的发射。电子又通过高压加速射向阳极,与阳极发生碰撞后电子速度降低,从而产生 X 射线。高压发生系统由高压变送器和一个调整并加倍高压的高压串级组成。产生的高压反馈给高压控制器 RSG100。除了产生高压之外,压力变送器还包括一个温度控制器和温度补偿器用于由于温度波动引起的补偿。高压系统产生的 160 kV 高电压激发 X 射线管,从而产生 X 射线。X 射线穿过带钢时被带钢吸收一部分,剩余的 X 射线被电离室接收。被吸收的射线的能量与带钢厚度成比例,电离室又将接收到的 X 射线转换为微电流(I m )信号,该信号经由测量放大器放大,并转换成电压信号,再通过小信号切除电路、模数转换(A/D)及相关处理形成符合 TCP/IP 协议的数字信号送至 CPU,由 CPU 进行数模运算,给出带钢厚度。如图 2 所示,其中对连接 X 射线管、压力变送器的高压电缆要求较高,其绝缘、耐高温、抗扰度、接地都有严格的标准。
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2 原压力变送器易损坏的原因
针对热轧线轧制时生产环境温度高的特点,在多功能测厚仪运行时,对压力变送器的表面温度进行检测,发现压力变送器的表面温度达到55 ℃以上。可以推断,压力变送器内部的温度更高。由于压力变送器内的元器件被变压器油浸泡,氧的存在是使变压器油产生劣化反应的根源。氧主要来源于变压器油里的空气。在压力变送器的制作过程中,即使采用高真空脱气法将变压器油注入压力变送器中,也不能将油中的氧彻底消除,仍有一定量的氧气存在于变压器内部。而温度是变压器油劣化反应的加速剂,油与氧的化学反应速度取决于压力变送器运行时的工作温度(即油温)。一般温度从 60 ℃起,每增加 10 K 变压器油氧化速度约增加 1 倍,温度的升高与变压器油的劣化速度并不是按比例增加而是呈几何级数增加。变压器油发生氧化、裂解等化学反应,会不断变质,生成大量的过氧化物及醇、醛、酮、酸等氧化产物,它们会增加变压器油的导电性,降低变压器油的绝缘性能。
结合对压力变送器内部组成结构的检查和分析,判断出压力变送器的损坏原因主要是其安装在多功能测厚仪的 C 型架内部,生产现场环境温度高、压力变送器自身发热等原因,造成压力变送器内的变压器油劣化和变质引起绝缘下降,从而引发压力变送器故障。压力变送器内部绝缘下降后造成放电,又影响 X 射线管、高压电缆的正常运行,X 射线管、高压电缆也相继损坏。
3 延长压力变送器寿命的措施
3. 1 酸洗板式换热器
由于板式换热器采用毛细管束方式进行热交换,使用时间长,容易堵塞。经查阅相关资料,在甲酸清洗液中加入缓冲剂和表面活性剂,清洗效果很好,并可降低清洗液对换热器板片的腐蚀,板式换热器如图 3 所示。
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(1) 反冲冼。酸洗前,通过在板式换热器出水口加水的方式对换热器进行开式反冲洗,尽可能冲净换热器内部的泥、垢等杂质,这样既能提高酸洗的效果,也可降低酸洗的耗酸量,减少对换热板片的腐蚀。
(2) 将甲酸清洗液倒入清洗盒中,然后通过压力泵注入板式换热器中。
(3) 酸洗。将注满甲酸溶液的换热器静态浸泡1 h,然后连续动态循环1 ~2 h,其间每隔0. 5 h进行正反交替清洗一次。
(4) 水洗。酸洗结束后,用清洁的软化水反复对换热器进行冲洗0. 5 h,将换热器内的残渣彻底冲洗干净。
3. 2 增加板式换热器的水流量
加大板式换热器的外循环水流量也能显著提高换热效果。由于板式换热器的外循环水是采用生产现场的进水、回水管道进行循环,即由现场进水管道进水,经过板式换热器后,经回水管道流回回收管网。由于生产现场所提供的进水、回水管网压差小,导致板式换热器的外循环水流量较小,换热效果不好。通过在进水管道上安装加压泵的方式提高了进、回水的压差,加大了板式换热器的水流量,提高了换热效果。
3. 3 提高 C 型架内吹风机换热效率
内循环水经过板式换热器冷却后,流回 C 型架,经压力变送器仓内的吹风机吸收压力变送器仓的热量。该吹风机采用片式换热器形式,类似于窗式空调的换热原理。对吹风机的换热叶片进行清洗、除尘,提高了吹风机的换热效率,降低了压力变送器仓的环境温度。
3. 4 加大压缩空气换气量
多功能测厚仪将压缩空气吹入 C 型架各仓室,使 C 型架内的各仓室保持微正压,一方面可以带走部分热量,另一方面也可以避免生产现场的灰尘进入 C 型架内部。适度加大了压缩空气吹扫阀管径,使之带走压力变送器仓内更多的热量。
3. 5 安装冷却风扇
在采取以上四项措施后,为进一步降低压力变送器的温度,防止变压器油过早劣化,在多功能测厚仪的 4 台压力变送器的上部各安装了 1 台12038 型的冷却风扇,对压力变送器进行空冷,以保证变压器油的上部油温低于80 ℃的行业标准。实践证明,该措施有效地降低了压力变送器的温度,对压力变送器的长期稳定运行起到了积极作用。
4 应用效果及推广价值
现场的工作环境温度比较高,加上夏天的室外高温,由于测厚仪为关键停机设备,而测厚仪 C形架底部的外面是测量区域,此时 C 形架底部离800 ~900 ℃带钢的下部距离只有300 mm,这时 C形架底部检测温度在冬天为 42 ℃ 左右、夏天为46 ℃左右,长时间工作在这样高的环境温度下对测量设备和压力变送器的寿命有着严重的影响,射线管的压力变送器容易烧坏,不能正常工作。经过统计,2016 年热轧厂多功能测厚仪故障有 23次,造成故障时间 488 min。
通过对多功能测厚仪进行改进,避免了压力变送器等设备损坏期间所造成的轧线停轧,减少了停轧造成的钢坯氧化铁皮和烧损,提高了轧线作业率。改造之前,经常出现射源口烧损,改造之后射源口光洁如新,如图 4。本次改造提高了多功能测厚仪的功能完好率,避免了由于多功能测厚仪无凸度测量引起的板形质量问题,提高了产品实物质量。
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5 结语
以武钢二热轧多功能测厚仪为例,从 2017 年至今,压力变送器和 X 射线管故障时间为零,因高压系统故障造成的停机时间大幅减少,多功能测厚仪的功能完好率得到大幅提升,高压器件工作寿命大大延长。本次改进后,备件消耗大大下降,技术攻关取得了显著效果。该技术方案已在钢厂多条生产线进行推广实施,对提高多功能测厚仪的功能完好率、防止由于多功能测厚仪无凸度测量引起的板形质量问题及提高产品实物质量有着重要意义。
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