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高速三相卧螺离心机系统的应用与改进

回收的粗焦油含大量水分,使后续的焦油加工生产效率下降,并存在安全问题,严重时会引起管道设备破裂导致火灾,因此焦油必须进行脱水才能蒸馏加工。为此,在回收系统中安装一种能用于给焦油脱水、脱渣的设备势在必行。三相(固—液—液)卧螺离心机系统可以很好地解决这个问题。河南省安阳钢铁有限公司焦化厂自行完成了对此设备引进后的安装调试工作,并针对设备运行中存在的问题进行了维修与改进,效果显著。
卧螺离心机结构原理图
一、离心机系统介绍
1.离心机(图1)。需要分离的物料通过中心供料管进入离心机内,在离心力的作用下,密度大的固体沉降到转鼓壁上。两相密度不同的清液形成同心圆柱,较轻的液相(黄色)处于内层,较重的液相(蓝色)处于外层。不同液体环的厚度可通过调节溢流堰和可变叶轮来改变。沉积在转筒壁上的固体(黑色)由螺旋输送器传送到转筒体的锥体端,从排料口排入固体积料箱。排出固体的含水率和液体的澄清度可通过以下方式改变。
(1)调节堰板,改变液池深度。增大堰板直径,排水区域增大,固体含水率可下降;减小堰板直径,液池深度增大,清液中固体含量可下降。
(2)改变转筒速度。固体颗粒越细,转筒速度就要越高,以达到满意的分离效果。
(3)改变螺旋差速。转筒与螺旋的差速越小,排出固体的含水率也越低;进料固体含量越高,所需差速越高。注意:机器运行最佳参数设置需经调试后才能确定。
2.离心机控制系统。离心机控制系统采用西门子S7-300系列的PLC,主要由机架、CPU处理模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块等组成。PLC采集外部信号:(1)PLC主要采集的DI信号有三通阀状态、清洗用电磁阀状态、离心机振动报警、齿轮油位、驱动电机超温报警(两个)、急停按钮报警、螺旋差速、转鼓转速、变频器故障、空气开关状态信号等。(2)PLC主要输出的DO信号有螺旋启动、转鼓启动、三通阀启动、清洗用电磁阀启动信号。(3)PLC主要采集的AI信号(4~20mA)有螺旋驱动扭矩、转鼓驱动功率、进料温度。(4)PLC主要输出的AO信号(4~20mA)有螺旋驱动设定、转鼓驱动设定信号。
该控制系统的结构组成分为:(1)离心机电控柜。包括空气开关、变频器、交流接触器、中间继电器、变压器、可编程控制器(PLC)以及操作面板(OP)。(2)离心机现场防爆柜。它是高速三相卧螺离心机的主要操作单元,它的操作直接影响到离心机的正常稳定运行。(3)离心机外围控制元件。包括温度传感器、三通阀、清洗阀、振动探头、速度探头、油位开关等。
 
二、运行期间出现的问题
1.三通阀找不到离心机的进料位置,即一部分料走旁通,一部分料走离心机,不能对所有焦油完全处理。
2.离心机本体的转鼓驱动电机不运行。
3.离心机正常运行过程中遇到突发故障后,从排渣管“漏焦油”,造成环境污染。
 
三、维修与改进
1.三通阀找不到离心机的进料位置。手动控制三通阀打到进料位置(进离心机)或旁通位置(回流管)时,阀芯始终朝一个方向旋转,并且两个位置都找不到(以现场操作盘上的位置指示灯为准)。打开阀盖对控制部分进行剖析,分别对进料(open)、旁通(close)两个可调旋钮的位置进行调整,把三通阀摇到离心机进料位置,判别方法是从三通阀进料管进冲洗用的热氨水,手摇三通阀的调节手轮,使三通阀阀杆上的一个红点对准离心机的进料方向,用手触摸进离心机的料管,若不烫手,保持一个方向继续摇手轮,按每90°为一个过程,直到进离心机料管有烫手的感觉,即为离心机进料位置,观察另外一个红点(两个红点间的夹角为90°)的位置,并记住此两个红点的位置,便于今后可以从外观上确认进料位置。打开三通阀的上盖,按所标识的方向调节进料位置(open)旋钮,直到现场防爆操作柜上的三通阀进料开启灯亮,说明进料位置及其信号调试成功;再把三通阀摇到旁通位置(判别方法如上述,但是另外一个红点要对准旁通方向),按所标识的方向调节旁通位置(close)旋钮,直到现场防爆操作柜上的三通阀进料关闭灯亮,说明旁通位置及其信号调试成功。调整好两个位置及其信号后,按现场防爆操作柜上的三通阀进料开启或关闭按钮,三通阀就可以自动找到进料位置或旁通位置(相应的进料开启或关闭指示灯亮)。此时三通阀找不到离心机进料位置的问题解决。但是离心机运行一段时间后旧病复发,判断是两个到位开关出现了问题,把三通阀的机械限位部分打开,发现到位开关没有问题,经过仔细观察,发现此开关带有两组接点,三通阀原来使用的一组接点需要把开关顶到底才能接通,而另外一组接点只需要把开关顶到一半位置就可以接通,因此把两组接点并接到一起,比原来使用的一组接点灵敏、可靠,重新调整好三通阀两个位置的到位信号后,三通阀找不到离心机进料位置的问题得到彻底解决。
2.转鼓的驱动电机不运行。在现场看到螺旋驱动电机可以旋转,按转鼓启动按钮后,转鼓驱动电机不动作,操作面板报警为S1——螺旋变频器已启动,反馈接点故障(变频器没有启动),打开螺旋变频器面板,检查反馈接点接触良好,说明变频器已得到PLC输出模板的启动指令,并且反馈接点接触良好,但是对应的DI模块上的对应通道有输入信号(24V),而通道指示灯不亮,打开程序进行在线监测(离心机系统驱动电机启动的顺序是先螺旋后转鼓,PLC程序中检测不到螺旋变频器已启动反馈接点信号,认为螺旋变频器没有启动,不会执行转鼓启动指令),发现输入信号传输不过去,说明输入通道坏,把输入信号改接到另一备用通道,并改写程序中的通道地址后,再次按转鼓启动按钮,转鼓的驱动电机开始运行。
3.离心机正常运行过程中遇到突发故障停车后从排渣管漏焦油问题。离心机系统运行过程中,出现扭矩过大等故障时,三通阀会自动打到旁通位置,清洗阀自动打开进行冲洗(15min),用于冲洗的热氨水通过离心机的排水孔从排水管道流入机械化澄清槽,离心机系统工艺流程如图2所示。
离心机系统工艺流程
如果焦油从排渣管漏出,原因有:
(1)离心机系统出现扭矩过大等重大故障时三通阀不能及时自动打到旁通位置,并且差转速较大,焦油会从离心机固体集料箱顺排渣管流出。
(2)堰板调节的位置不合适。
(3)排水管的管径细,冲洗的热氨水及离心机内剩余的焦油排不及,通过排烟管的连通管(排水管与排渣管之间),从排渣管排出。
经过现场操作人员的确认,(1)、(2)两种原因被排除,为避免今后出现从排渣管冲出热氨水及离心机内剩余的焦油,调整手动阀门减小热氨水的进量,切断了排水管与排渣管之间连通管,并增加了转鼓低限速(<3200r/min)报警,以及时提示操作人员对现场进行查看。采取这些措施后杜绝了从排渣管漏焦油的现象。
 
四、结论
焦化厂对离心机系统设备的安装及改进工作收到了很好的效果, 如省时、节能、减排、减污、提高生产效率、改善产品质量等。输送焦油的管道到冬天没有发生堵塞现象, 减轻了维修人员的工作量, 焦油加工工序不用经常清理焦油大槽底部的油渣, 节约了人力物力, 并为焦化厂创效降耗作出贡献。