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1、5万立方米煤气柜活塞倾斜度监测系统孟涛(杭州钢铁集团公司计量管理处杭州310022)摘要:基于传统液位观测法,结合信息化技术和计算机数据处理方法而设计的煤气柜活塞倾斜度监测系统。现场应用表明该系统具有安全性好、成本低、精度高等优点,能够对微小的倾斜度进行实时在线监测。关键词:气柜活塞;倾斜度;在线监测随之下降Δh。因连通容器内所有连通部分的液位都处在同一水平面上,因此连通管内液位距离连通管顶部的高度从h1变化到h2,可得该处液位变化Δh=h2-h1。同理,若连通系统发生偏移倾斜,液位也将会发生变化。0前言冶金企业煤气柜是靠活塞运动改变气柜容量,当活塞运行过程中倾斜度达到一
2、定程度时,会发生活塞卡轨、柜内煤气过压或欠压,严重的将会发生气柜活塞冲顶或落底,造成重大损失。因此在煤气柜运行过程,需要严格监测气柜活塞的倾斜度。杭钢5万立方米转炉煤气柜为威金斯式,活塞直径达46.59米,最大工作行程31.10米。设备运行要求活塞倾斜度不得大于5度。采用差压传感器实现倾斜度监测系统具有成本低、系统结构简单、精度高、可同时监测多个点或方向,并且能够实现远程监测等优点。图1连通管原理图图2为电容式差压液位传感器结构图,不同位置的两处压力P1、P2分别引入到传感器的高、低压室,两侧不同压力的推动测量膜片移动并在相对应的定极板上产生电荷差。只要对系统输出信号进行
3、处理即能得出被测液位的变化值。本文中所选用的差压液位传感器的型号为EJA110,其量程设置为0～400mm,精度0.065%,响应频率大于8Hz。1测量系统原理1.1连通管原理及压差液位传感器将一个体积大的容器放在位置相对固定的基准点,各连通管固定在测量对象上。如图1所示,当连通管某处发生竖向形变Δh时,该处连通管也图2电容式差压传感器2011年2月第一期5万立方米煤气柜活塞倾斜度监测系统91.2活塞倾斜度的测量模型采用压差液位传感器监测活塞水平倾斜度,即是在活塞上选取若干个点构建一套连通管系统,并用压差液位传感器检测连通管中的液位变化。测量煤气柜活塞平面倾斜度的连通管系
4、统结构可以简化为如图3所示。分别在活塞的东南西北四个方向选取4测量点放置液位底座,因此连通管底座构成一个边长为a=32.95米的正方形。图中A、B、C、D是当传感器底座处于水平状态时对应各连通管道内的液位。由连通管的原理可知,无论活塞状态如何液面会一直保持为水平面,并且与连通管底座所在的水平面平行。因为实际活塞的倾斜度很小,连通管液面可以近似的看作沿着铅锤线方向变化,所以ABCD为一与底座相同的正方形,其边长也为a=32.95米。图3基于连通管的平面倾斜测量原理图若气柜活塞在运行过程中如果出现倾斜,4个液位底座所在平面也会发生倾斜,如图3所示。由上述连通管工作原理可知,4
5、个连通管内的液位平衡时应始终保持在同一水平面上,即A1B1C1D1位于同一水平面内。因此,连通管底座平面与水平面的夹角即为平面ABCD与A1B1C1D1平面的夹角,此夹角即是活塞的倾斜度。因活塞运行中是沿某一直径为轴发生倾斜的,所以活塞上相差180°的两点液位变化成反比关系,即ΔhA+ΔhC=0,ΔhB+ΔhD=0。计算模型如图4所示,此时活塞上P点处在最高位。由立体几何相关知识可知角θ=∠POP′即为水平面(连通管液面)ABCD与连通管底座面(活塞)A′B′C′D′夹角,则活塞的倾斜度可以用θ表示。为便于求该夹角,现建立一原点在活塞中心点,x轴和y轴分别为活塞直径方向的
6、直角坐标系。在计算模型中取传感器A、偏移量最大点P和中心点的夹角为α,取传感器B、偏移量最大P点和中心点的夹角为β。分别从A、A′、向活塞倾斜轴作垂线,垂足落在O′点,则有落在O″则有图4活塞倾斜测量模型R·coβs·sinθ=ΔhB(2)22传感器A、传感器B和中心点所在三角形中则R·coαs·sinθ=ΔhA有(1)22同理分别从B、B′向活塞倾斜轴作垂线,垂足©1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net102011年2月第一期
7、OA′·cosα+β+OB′·cosα+β=A′B′(3)22通过对式(1)～式(2)的推导,可以得到ΔhA=tgα(4)ΔhB因此ΔhA,ΔhB与α的关系得ΔhBα=arctgΔhA再推导方程式(1)可得ΔhAsinθ=22·R·coαs图5检测系统结构图考虑到系统的基准水平面有一H偏移量,可得实际活塞倾斜量:ΔhA=A0-H,ΔhB=B0-H,ΔhC=C0-H,ΔhD=D0-H。又由连通管原理知,ΔhA+ΔhB+ΔhC+ΔhD=0。对上式整理得H=150mm,进而可得ΔhA=32mm,ΔhB=7mm,ΔhC=-32mm,Δ
