基于壓力變送器的蒸壓釜安全余壓分析

□ 張馳宇 □ 邵東亮 □ 董文利 □ 孫振國 □ 顧海龍 □ 王 科 □ 崔 黎

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院無錫分院 江蘇無錫 214000

1 蒸壓釜事故分析及結(jié)構(gòu)特點

蒸壓釜廣泛用于混凝土、水泥等建材行業(yè),由于其兩端快開門啟閉頻繁,容易造成爆炸事故。以往引起蒸壓釜事故的原因主要是釜蓋未完全閉合到位就加壓,或者在釜內(nèi)壓力未排凈就開蓋。行業(yè)內(nèi)一般把該帶壓開啟門蓋不至于引發(fā)安全事故的壓力稱為安全余壓,傳統(tǒng)安全聯(lián)鎖裝置需要通過壓力表來判斷容器內(nèi)殘余蒸氣是否排凈,確認(rèn)排凈后,方可解鎖蒸壓釜釜門變速齒輪,打開釜蓋。普通壓力表的精度往往無法準(zhǔn)確檢測安全余壓,且該安全聯(lián)鎖裝置不是完全自動化,容易發(fā)生事故。因此,傳統(tǒng)安全聯(lián)鎖裝置結(jié)構(gòu)亟待改造。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的興起,利用智能控制技術(shù)對傳統(tǒng)快開門式壓力容器安全聯(lián)鎖裝置進(jìn)行改造升級,實現(xiàn)智能安全連鎖裝置的數(shù)據(jù)分析、故障報警、自我保護(hù)和智能控制成為可能。

理想的安全余壓值一般較低,從人身安全角度出發(fā),一般將安全余壓定為3.1 kPa,是一個微壓值,筆者將討論微壓值對智能安全聯(lián)鎖裝置中壓力檢測元件的使用所產(chǎn)生的影響。

2 安全余壓設(shè)置

蒸壓釜事故主要發(fā)生在關(guān)門升壓前和釜內(nèi)壓力降為安全余壓前開門階段,可見釜內(nèi)的安全余壓是一個必須控制的重要因素,需要應(yīng)用高精度壓力變送器將該壓力檢測出來,然后再轉(zhuǎn)換成電信號傳給安全聯(lián)鎖裝置進(jìn)行控制。

壓力變送器是目前自動化儀表中重要的一項產(chǎn)品,主要用于壓力參數(shù)的測量和控制,其使用非常廣泛。壓力變送器工作原理為按照一定的規(guī)律將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出,電信號經(jīng)放大,變?yōu)榭蓚魉偷臉?biāo)準(zhǔn)化輸出信號。壓力變送器按感壓原理可分為電容式、諧振式、壓阻式、力/力矩平衡式、電感式、應(yīng)變式等。微壓變送器通常可以檢測小于10 kPa的壓力,其最大量程與最小量程之比范圍較小。

蒸壓釜的使用參數(shù)中,工作壓力為1.0 MPa～1.5 MPa,設(shè)計壓力為1.4 MPa～1.6 MPa,安全閥整定壓力為1.58 MPa,安全余壓為3.1 kPa,設(shè)計溫度為198～204.3 ℃?？紤]到壓力變送器使用時有輸出過大過小、指示異常等故障,這就要求配套的壓力變送器應(yīng)具有使用溫度較高、量程較大的特點,選用時應(yīng)考慮以下幾點。

(1) 壓力。當(dāng)蒸壓釜內(nèi)壓力高于整定壓力時,安全閥會開啟,將壓力降低。安全余壓也是需要嚴(yán)格監(jiān)測的值,當(dāng)釜內(nèi)壓力高于安全余壓時,智能聯(lián)鎖裝置不能解鎖。所以,壓力變送器的選型只需要同時考慮整定壓力和安全余壓值。若壓力變送器的量程上限選的太低,則長期在超壓載荷下工作,壓力變送器容易損壞。如果量程上限選的太高,那么會影響精度。一般壓力變送器的量程比可以選在10∶1范圍內(nèi),如果超出這個范圍時,實際誤差應(yīng)為廠家說明書上提供的誤差加上附加誤差。由于目前技術(shù)的發(fā)展,大量程比壓力變送器也能保持較高的精度,但因為精度通常與滿量程成反比,所以應(yīng)盡量選擇小量程比的壓力變送器來減少誤差。

(2) 精度。精度是描述壓力變送器輸出誤差常用的一個術(shù)語,這些誤差可能來源于非線性、遲滯、零點平衡、校正方法等因素。壓力變送器精度選的太低,會影響監(jiān)測安全余壓的準(zhǔn)確性,選的太高,則不經(jīng)濟(jì)。壓力變送器的精度等級見表1。最大允許誤差和回差以輸出量程的百分比表示。對于3.1 kPa安全余壓標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)選用較高精度等級的壓力變送器。

表1 壓力變送器精度等級

(3) 溫度。蒸壓釜內(nèi)會通蒸汽,其設(shè)計溫度最高為204.3 ℃。正常工作情況下,在一個工作日中釜門啟閉可能達(dá)好幾次,所以釜內(nèi)的溫度通常在0～204.3 ℃之間。高溫環(huán)境下,測量介質(zhì)的溫度往往會超過變送器的正常工作范圍,從而引起誤差。常用的單晶硅芯體壓力變送器測量溫度在-20～60 ℃之間,這時就需要從釜體上焊接引壓管來實現(xiàn)。

3 壓力變送器選型及應(yīng)用

選型有兩種方案。

(1) 安全余壓設(shè)為2 kPa,釜體引出引壓管尺寸取φ25 mm×2.5 mm盤管,長度為1 m,接管與釜體全焊透。壓力變送器與引壓管相連,選擇量程為0～1.6 MPa的單晶硅芯體壓力變送器,精度等級選擇0.075。按此規(guī)格計算,最大誤差為±1.2 kPa,則測量該壓力的最大誤差值范圍為0.8～3.2 kPa,滿足胸部3 ms準(zhǔn)則要求的3.1 kPa。胸部3 ms準(zhǔn)則指作用在上胸部質(zhì)心處的線性加速度超過60g的時間不超過3 ms。

(2) 安全余壓設(shè)為3.1 kPa,釜體引出引壓管尺寸取φ25 mm×2.5 mm盤管,長度為1 m,接管與釜體全焊透。采用雙壓力變送器方式,雙壓力變送器原理如圖1所示。變送器1為0～1.6 MPa,變送器2為0～25 kPa,為單晶硅芯體,精度等級為0.075。兩個壓力變送器合并使用,變送器2下端安裝電磁閥,并與控制器聯(lián)動。以變送器1作為測量基準(zhǔn),當(dāng)壓力大于25 kPa時,關(guān)閉變送器2下方的電磁閥,低于25 kPa時打開變送器2下方的電磁閥,連鎖裝置的界限點使用變送器2,這樣就可以有效提高測量精度至±0.018 75 kPa,此時測量該安全余壓的最大誤差值范圍為3.18 kPa～3.22 kPa,與設(shè)定的安全余壓相差非常小,可以忽略。

▲圖1 雙壓力變送器原理

4 總結(jié)

壓力變送器的使用對蒸壓釜安全余壓的設(shè)定是有影響的,除從人身安全角度考慮安全余壓外,還應(yīng)疊加考慮操作時儀表的測量偏差。

為了減小溫度對測量安全余壓的影響,應(yīng)采用引出管結(jié)構(gòu)。

盡量選用低量程比高精度壓力變送器。

當(dāng)采用單變送器方式時,安全余壓取2 kPa。當(dāng)采用雙變送器方式時,安全余壓取3.1 kPa。