CN102305619A - 干式煤气柜活塞倾斜度检测方法及测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气柜倾斜度的在线检测方法，特别是涉及一种橡胶膜干式煤气柜活塞倾斜度检测方法及测量系统。采用两台差压变送器和显示仪表、PLC或工控机实现煤气柜活塞倾斜度检测和判定，具体包括：1）采用四个测量油杯分别固定在煤气柜内活塞圆周的走台上；2）两台差压变送器位于圆形活塞同一直径两端的两个测量油杯下端部的出油口分别通过导压管和三阀组接入一台差压变送器；所述差压变送器连接显示仪表或工控机；3）在煤气柜活塞归位情况下，在线调校两个差压变送器的输出零点，然后投入运行。本发明首次采用差压变送器用于柜位平衡的测量，技术方案简单，成本低，安全可靠，经济实用。使用最少的检测设备，结合专用数学模型，可完成任意点的越限报警。

Description

干式煤气柜活塞倾斜度检测方法及测量系统

技术领域

本发明涉及一种气柜倾斜度检测方法及系统，特别是涉及一种橡胶膜干式煤气柜活塞倾斜度检测方法及测量系统。

背景技术

煤气柜作为钢铁企业重要的设施之一，在贮存煤气、调节煤气管网压力、合理使用能源、减少环境污染等方面发挥着重要作用。目前国内外采用的煤气柜可分为干式煤气柜和湿式煤气柜两种类型。干式煤气柜与湿式煤气柜相比，具有使用寿命长、贮气压力稳定、污染小、操作方便及运转安全等优点。转炉煤气的回收通常采用的威金斯型煤气柜对转炉回收的煤气具有储存、稳压、混合的作用，具有吞吐量大、日常维护及检修工作量少和使用寿命长等优点。

煤气柜的安全运行对转炉煤气的回收利用、降低转炉冶炼能耗作用重大、意义深远。活塞作为威金斯型煤气柜的关键部件之一，在煤气柜工作过程中，活塞的升降垂直度直接影响到气柜正常工作和运行安全。如橡胶布帘破损将造成大量煤气泄漏，给人员和设备的安全带来严重的安全隐患，煤气回收生产将停止，将给活塞飘移量和倾斜度过大的，公司生产造成很大经济损失。活塞在上下升降过程中会出现颤动、扭动等现象，造成橡胶布帘产生皱褶，这是橡胶布帘破损的重要原因。特别是T挡板与柜体侧板之间的活塞飘移量偏大，特别是高柜容时，活塞飘移量经常出现超过最大允许飘移量的情况，致使外圈橡胶布帘在柜体一侧翻卷不畅，甚至发生机械碰撞、挤压现象，这是造成橡胶布帘破损的主要原因。

目前，对于气柜活塞倾斜度的监测一直是依靠一套环形水管系统，采用人工定期监测的方式来进行的。该环形水管系统主要包括环形水管、橡胶软管、透明玻璃管和钢板直尺等零件。具体工作原理为：在活塞外围安装了一环形水管，并将多根竖直的水管均布在活塞周围，各竖直水管与环形水管直接联通。橡胶软管下接竖直水管，上与透明玻璃管连接，透明玻璃管与钢板直尺一同固定在一槽钢上。正常情况下一般每隔一周时间，停止气柜运行4-5小时，岗位工定期地爬上三四十米高的气柜，再从检查孔钻入气柜内部，通过肉眼观察气柜周围竖直水管的水位高度差，从而掌握气柜活塞的倾斜程度。而对于活塞飘移量的检测利用气柜停止运行时，人员进柜目测尺量的方法。这种活塞倾斜度监测方法存在诸多缺点，采集到的数据极为不全，冬季会导致玻璃管水柱结冰而无法测量，存在精度低、误差大(人员循环读数时对活塞平衡产生扰动)、不能及时监测柜位活塞运行情况，无法得出活塞在上下升降过程中运动状态，无法预测橡胶布帘破损事故的发生，造成橡胶布帘破损时有发生。

另外，由于进柜检查时，气柜必须停止回收煤气，造成大量的煤气释放，既浪费能源，又污染环境，缺乏安全性。因此，对活塞倾斜度、飘移量在线监测系统研制，对煤气柜安全的运行具有重要意义。

近年来有些同仁在干式煤气柜活塞倾斜度在线监测方面也做了一些研究，一种方法是在活塞上做环形水槽再等分的插入4台电容式液位计，实时的测出4点的水面变化情况，从而得到活塞上4个点倾斜度，通过PLC画面显示，实现干式煤气柜活塞倾斜度在线监测报警。该方法的问题是：1.在活塞上制作环形水槽工程量太大，只有在煤气柜建造时制作，后期增加水槽十分困难，且施工很不安全(煤气柜投运后动火是不允许的，一是易燃易爆，二是焊渣容易烧坏橡胶布帘)；2.冬季会导致水槽中的水结冰而无法测量，其他季节水分易蒸发致使液面降低测量失准；3.电容式液位计的精度低，重复性较差，安装4台成本较高；4.检测到的数据没有充分开发利用，不能做到4点以外其他任意点的倾斜越限报警。另一种方法是柜顶部周边等分的安装4台激光(或编码器)测距仪，在活塞上相对应的位置上安装4个靶子，实时的测出4个靶位点的升降距离变化情况，从而得到活塞上4个靶位点的倾斜度，该方法因它的基准不稳定，测不到真实的数据。据有关实验数据：大型钢结构由于温度变化而引起线性膨胀或收缩，线性膨胀又分为环向膨胀和竖向膨胀。夏季，引起柜体温度变化的主要原因是日光曝晒，气柜向阳侧侧板的温度明显升高，背阳侧及活塞温升则滞后，两侧温差最高可达20℃以上。气柜在环向膨胀的同时，垂直方向也会产生线性膨胀，结果是整个气柜向背阳面发生倾斜，倾斜度随高度的增加而增加。柜体两侧温差为20℃时，10万m3柜倾斜12mm，加上穹顶顶板受热变形，所测得的数据已无法使用，加之该方案成本太高，需要动火而不宜实施。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种干式煤气柜活塞倾斜度检测方法及测量系统，技术方案简单，经济可靠。

本发明所采用的技术方案：

一种干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，采用两台差压变送器和显示仪表、PLC或工控机实现煤气柜活塞倾斜度检测和判定，具体包括：

1)采用四个测量油杯分别固定在煤气柜内活塞圆周的走台上圆形活塞中心上十字交叉位置；

2)两台差压变送器安装在煤气柜内活塞圆周的走台上，位于圆形活塞同一直径两端的两个测量油杯下端部的出油口分别通过导压管和三阀组接入一台差压变送器的正压室和负压室；所述差压变送器连接显示仪表或工控机；

3)在煤气柜活塞归位情况下，在线调校两个差压变送器的输出零点，然后关闭三阀组中的平衡阀投入运行。

所述的干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，四个测量油杯采用相同的规格，导压介质采用硅油或变压器油，所述测量油杯为直径大于80mm、不大于150mm；高度大于800mm、不大于1600mm的开口容器，测量油杯的直径不小于导压管通径的5倍。

所述的干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，通过下述方法，实现气柜活塞任意点倾斜角的判定：

通过两台差压变送器得到气柜相互垂直四个方向对应的两组4个倾斜度数据，则气柜活塞周边两个相邻的测点实测值(相对水平面的最高点)两个数值之间存在如下的关系，以A、C两点为例：

$h_A^2+h_C^2\≥H^2$

式中：h_A——1^#差压变送器A测点的相对水平面的高度；

      H_C——2^#差压变送器C测点的相对水平面的高度；

      H——A、C两测点之间任意点相对水平面的设定阀值高度；

同理，C、B两测点，B、D两测点及D、A两测点之间同样存在上述关系；

测出相邻两点的倾斜高度值，根据上述数学模型，计算出他们之间是否存在倾斜超过规定值的点，从而判定气柜活塞的倾斜度是否超过规定值。

所述的干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，通过在煤气柜内圆形活塞圆周的走台上安装测距仪或物位变送器实现柜体的漂移量检测，采用两台测距仪或物位变送器相互垂直成90°角安装在煤气柜内圆形活塞圆周的走台上，垂直测量活塞与气柜外壁间的间隙，两台测距仪或物位变送器输出信号分别连接显示仪表、PLC或工控机。

所述的干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，根据工艺要求确定测距仪或物位变送器的量程，设测距仪或物位变送器的量程为W，通过零点迁移，调整测距仪或物位变送器的测量范围为-1/2W～1/2W，则测距仪或物位变送器的输出电流4～20mA分别对应于测距仪或物位变送器的零点、中间点及量程。

所述的干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，首先通过二台测距仪或物位变送器的配合测量柜位各个方向的漂移量，然后通过下述方法，实现活塞上任意点漂移量的判定：通过测距仪或台物位变送器得到气柜活塞漂移量相互垂直四个方向对应的两组4个数据，则气柜活塞周边两个相邻的测点漂移量实测值(两点区间内缝隙的最小点)两个数值之间存在下面的关系：

$\left\{\begin{array}{c}{h}_A=\sqrt{r^2-{\cos }^2\mathrm{\θ}\·h^2+2\mathrm{hr}}-(r+\cos \mathrm{\θ}\·h)\\ h_B=\sqrt{r^2+{\sin }^2\mathrm{\θ}\·h^2+2\mathrm{hr}}-(r+\sin \mathrm{\θ}\·h)\end{array}\right.$

式中：h_A——1^#物位变送器A测点的相对中心点的位移量；

      h_B——2^#物位变送器B测点的相对中心点的位移量；

      r——活塞的半径；

      h——A、B两测点之间圆周上任意点最小间隙的设定阀值；

     θ——圆周上两点区间内两点之间最小间隙点与A测点的半径夹角；

同理，A、B_反，B、A_反及A_反、B_反三组数值同样存在上述关系；

根据上述数学模型，按固定的半径夹角计算出h_A和h_B一一对应的值建立数据库，然后根据测得的相邻两测点的漂移量值(取绝对值)，与数据库中h_A和h_B的对应值比对，得出他们之间是否存在漂移量超过规定值的点。

一种实现前述干式煤气柜活塞倾斜度检测方法的气柜活塞倾斜度测量系统，含有气柜活塞倾斜度检测变送装置，信号显示或报警装置，所述信号显示或报警装置采用显示仪表、PLC或工控机，所述气柜活塞倾斜度检测变送装置采用两台差压变送器，和两台差压变送器配套设四个测量油杯，四个测量油杯分别固定在煤气柜内活塞圆周的走台上圆形活塞中心上十字交叉位置，位于圆形活塞同一直径两端的两个测量油杯下端部的出油口分别通过导压管和三阀组接入一台差压变送器正压室和负压室，两台差压变送器安装在煤气柜内活塞圆周的走台上，差压变送器输出信号分别连接显示仪表、PLC或工控机。

所述的干式煤气柜活塞倾斜度测量系统，测量油杯为直径大于80mm、不大于150mm，高度大于800mm、不大于1600mm的开口容器，测量油杯的直径不小于导压管通径的5倍；导压管路采用快速连接管件连接并用金属绑扎带固定，可实现不动火焊接的快速安装方式。

所述的干式煤气柜活塞倾斜度测量系统，含有气柜漂移量检测变送装置，所述气柜漂移量检测变送装置采用测距仪或物位变送器，采用两台测距仪或物位变送器分别安装在煤气柜内圆形活塞圆周的走台上相互垂直成90°角位置，两台测距仪或物位变送器输出信号分别连接显示仪表、PLC或工控机。

所述的干式煤气柜活塞倾斜度测量系统，现场检测变送装置差压变送器、测距仪或物位变送器采用两线制本安型防爆仪表，控制室和现场检测变送装置差压变送器、测距仪或物位变送器之间配用防爆型安全栅，本安型防爆仪表的输出信号经屏蔽电缆在煤气柜顶防爆接线箱汇集，经过垂直屏蔽拖缆、防爆型安全栅和显示仪表、PLC或工控机连接，或者现场检测变送装置差压变送器、测距仪或物位变送器采用现场总线通讯方式和控制室通讯连接，组成现场总线控制系统。

本发明的有益积极效果：

1、本发明干式煤气柜活塞倾斜度检测方法及测量系统，首次采用差压变送器用于柜位平衡的测量，技术方案简单，成本低，安全可靠，经济实用，适用于对所有干式煤气柜活塞运行状态进行监测。本发明使用最少的检测设备，结合专用数学模型，可完成任意点的越限报警。不仅可以对干式煤气柜活塞运行状态进行实时监控确保煤气柜的安全运行，而且还可作为活塞平衡配重系统调整的主要基准和依据，减少劳动强度和工作量，大大缩短调试周期。

2、本发明干式煤气柜活塞倾斜度检测方法及测量系统，能够产生良好的经济效益和社会效益，具有很好的行业推广前景。威金斯型煤气柜如造成橡胶布帘破损事故，仅用于橡胶布帘的维修投资就200万元人民币，其社会效益就更可观了。一旦柜位活塞倾斜度超出安全范围、柜内橡胶膜划破而造成大量的CO泄漏，中断生产，无法实现转炉气的回收而造成煤气放散，不但造成能源的浪费，而且会污染大气，甚至对操作人员的人身安全造成潜在的危险。经济效益仅回收转炉煤气产值一项就非常可观：正常生产情况下，转炉平均每天产钢45炉，每炉150吨，吨钢产生90m³转炉气，一立方米转炉气价值0.21元人民币，一天的产值为：45×150×90×0.21＝127575≈12.76(万元人民币)。而该套柜位活塞平衡实时在线检测装置(不含PLC硬件)的成本仅2～5万元人民币。

3、本发明干式煤气柜活塞倾斜度检测方法及测量系统，含有气柜漂移量检测变送装置，可以同时实现气柜漂移数据的自动检测采集。利用测距仪或物位变送器垂直测量活塞与气柜外壁间的间隙，通过二台测距仪或物位变送器的配合可测量煤气柜位向各个方向的漂移量。

附图说明

图1：本发明干式煤气柜活塞倾斜度检测方法差压变送器安装示意图；

图2：本发明干式煤气柜活塞倾斜度检测方法测量原理示意图；

图3：本发明干式煤气柜活塞倾斜度检测测量油杯结构示意图；

图4：本发明干式煤气柜活塞倾斜度检测方法PLC程序控制流程图；

图5：本发明干式煤气柜气柜漂移量检测方法测距仪安装、测量原理示意图；

图6：本发明干式煤气柜气柜漂移量检测方法PLC程序控制流程图。

具体实施方式

实施例一：参见图1，本发明干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，采用两台差压变送器和显示仪表、PLC或工控机实现煤气柜活塞倾斜度检测和判定，具体包括：1)采用四个测量油杯分别固定在煤气柜内活塞圆周的走台上圆形活塞中心上十字交叉位置；

2)两台差压变送器安装在煤气柜内活塞圆周的走台上，位于圆形活塞同一直径两端的两个测量油杯下端部的出油口分别通过导压管和三阀组接入一台差压变送器的正压室和负压室；所述差压变送器连接显示仪表或工控机；

3)在煤气柜活塞归位情况下，在线调校两个差压变送器的输出零点，然后关闭三阀组中的平衡阀投入运行。

如图2所示，本发明干式煤气柜活塞倾斜度检测方法及测量系统设计及工作原理通俗上讲就是在圆形活塞中心十字交叉(相互垂直成90°角)位置放上两把大的水平尺，如果圆形活塞产生了倾斜，那么两把水平尺就显示出各自倾斜的情况，它们的读数与活塞倾斜度存在着一定的对应关系，如能将这些数据实时检测并采集到计算机或仪表，就能对煤气柜活塞运动情况实时在线监控。根据上述的工作原理，我们利用差压变送器通过液位测量平衡的原理实现数据的自动检测采集，安装方法如图1所示。在柜内活塞圆周的走台上安装两台微差压变送器，通过二台变送器的配合测量柜位各个方向的倾斜度。当柜内活塞发生倾斜时，所对应的差压变送器将检测出差压并输出相应的电流信号，电流信号由控制系统输入模块转换成与之相对应的活塞倾斜度位移并在上位机监视画面显示，来监视活塞运行状态，具体的倾斜度大小由h值决定。

实施例二：参见图1～图4。本实施例干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，进一步详细公开了其具体实施方式：

1、气柜活塞倾斜度检测：

根据工艺监控要求、结合转炉煤气柜现场生产的实际情况，从合理性、经济性、安全可靠性及可行性等方面反复论证，形成了切实可行的柜位活塞倾斜度的设计及实施在线监控方案。报警标准为D/1000mm(D为气柜直径)，安全连锁标准为D/500mm，活塞直径取60m时：当柜位活塞上任意(周边)点倾斜超过60mm时，在中控室PLC控制系统发出声光报警提示，当柜位活塞上任意(周边)点倾斜超过120mm时，可通过PLC控制系统联锁风机房发送拒绝信号，停止煤气回收，对转炉煤气通过放散塔进行放散。

根据工艺要求选择智能差压变送器的量程为1kPa，将变送器的零点迁至-0.5kPa，即变送器的测量范围为-0.5kPa～0.5kPa，对应变送器的输出电流为4～20mA；

根据ΔP＝ρgΔH得： $\mathrm{\ΔH}=\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ρg}};$

其中，ΔH---柜位活塞倾斜位移(mm)；

ΔP---变送器产生的差压(Pa)；

ρ---变压器油的密度(kg/m³)；

g---重力加速度(m²/s)。

对应于变送器零点、中间点及量程，柜位活塞倾斜的位移分别为：

$\frac{-500}{9.81\×0.81}=-62\left(\mathrm{mm}\right),$ 对应于变送器输出为4mA；

$\frac{0}{9.81\×0.81}=0\left(\mathrm{mm}\right),$ 对应于变送器输出为12mA；

$\frac{500}{9.81\×0.81}=62\left(\mathrm{mm}\right),$ 对应于变送器输出为20mA。

无论活塞是否发生倾斜，测量油杯里的油位都不会发生变化，只有当与变送器正负压室相连接的两个传压油杯的相对高度发生变化，造成正负压室的压力不平衡而产生差压时，变送器才有测量信号输出。

具体的工作原理有以下两种情况(大气压不计)：

第一种情况：当活塞处于水平位置时(以直径为A-B方向的变送器为例)。变送器的差压：ΔPAB＝PA-PB＝HAρg-HBρg＝0

其中：HA＝HB＝h＝0

此时变送器的输入差压为0kPa，对应的输出电流为12mA DC，对应的倾斜度为0mm。

第二种情况：活塞不在水平位置，如图2所示以直径为A-B方向的变送器2为例，1)当活塞由A向B方向倾斜时，

ΔPAB＝PA-PB＝HAρg-HBρg＝(H+h)ρg-(H-h)ρg＝2ρgh

此时变送器1产生的差压大于0kPa，输出的电流大于12mA DC，上位机显示活塞的倾斜度为正值，具体的倾斜度大小由h值决定。

反之，当活塞由B向A方向倾斜时，

ΔPAB＝PA-PB＝HAρg-HBρg＝(H-h)ρg-(H+h)ρg＝-2ρgh

此时变送器1产生的差压小于0kPa，输出的电流小于12mA DC，上位机显示活塞的倾斜度为负值，具体的倾斜度大小由h值决定。

同理，当活塞由C向D方向倾斜时，

ΔPCD＝PC-PD＝HCρg-HDρg＝(H+h)ρg-(H-h)ρg＝2ρgh

此时变送器2产生的差压大于0kPa，输出的电流大于12mA DC，上位机显示活塞的倾斜度为正值，具体的倾斜度大小由h值决定。

反之，当活塞由D向C方向倾斜时，

ΔPCD＝PC-PD＝HCρg-HDρg＝(H-h)ρg-(H+h)ρg＝-2ρgh

此时变送器2产生的差压小于0kPa，输出的电流小于12mA DC，上位机显示活塞的倾斜度为负值，具体的倾斜度大小由h值决定。

2)当活塞由AC向BD方向倾斜时，此时变送器1和变送器2产生的差压都大于0kPa，输出电流大于12mADC，上位机显示活塞的倾斜度都为正值，具体的倾斜度大小由h值决定。

反之，当活塞由AC向BD方向倾斜时，此时变送器1和变送器2产生的差压都小于0kPa，输出电流都小于12mADC，上位机显示活塞的倾斜度都为负值，具体的倾斜度大小由h值决定。

同理，当活塞由AD向BC方向倾斜时，此时变送器1产生的差压大于0kPa，变送器2产生的差压小于0kPa，上位机显示活塞的倾斜度为一正一负，具体的倾斜度大小由h值决定。

反之，当活塞由BC向AD方向倾斜时，此时变送器1产生的差压小于0kPa，变送器2产生的差压大于0kPa，上位机显示活塞的倾斜度为一负一正，具体的倾斜度大小由h值决定。

2、一次元件(即测量油杯)与取压管路的设计：

一次元件：在柜位活塞的直径AB方向的圆周走台上分别垂直安装两个直径均为φ100mm，高度H′＝1500mm测量油杯，见图3所示。四个测量油杯采用相同的规格，测量油杯直径大于80mm、不大于150mm；高度大于800mm、不大于1600mm。变送器固定于与AB方向成90°角的柜位圆周走台上，将变送器的正、负压室经三阀组与测量油杯A、B的底部分别通过φ20mm(φ15mm或φ25mm)铝塑管(导压管)连通，在两个油杯中加入硅油或25号变压器油进行传压，变送器投运前，先将活塞归位，调校好零点，然后关闭平衡阀投入运行。同样的方法安装第二套差压变送器测量装置，使其两个测量油杯C、D所在的柜位活塞直径与测量油杯A、B所在的柜位活塞直径垂直。

用硅油或25#变压器(特别寒冷区用45#变压器)由代替水作为测量液，是从测量液体要具备防冻、膨胀系数小、粘度小、不易挥发、可流动性好等方面考虑的；设置油杯是为了减小变压器油热胀冷缩引起的测量误差，油杯的直径是导压管路通经的5倍之多，其体积比相差更大，这样因热胀或冷缩所引起油的体积变化被较粗的油杯吸收的，测量油杯内的液柱高度变化就很小，可以忽略不计，因此，测量油杯的结构测量方式可大大提高系统的测量精度。煤气柜投运后动火是不允许的，一是易燃易爆，二是焊渣容易烧坏橡胶布帘，三是边角料等叫锐利的废弃料遗落在气柜内极容易划伤橡胶布帘。整套装置的导压管路安装采用快速连接管件连接并用金属绑扎带固定，实现施工过程中不用动火焊接的快速安装方式，特别适宜改造项目安装施工。

3、活塞上任意点倾斜角的判定：

因为只安装了两台差压变送器，可得到俩俩对应的两组4个数据，如果活塞的倾斜正好在两台差压变送器的各自测量方向上，那么活塞倾斜角的很好判断，只要判断这4个数据中是否有大于对于设定值的数值就可以了；如果活塞倾斜角不是正好在这两个方向上，而是任意方向上的倾斜，就需要根据实际测量值之间的关系，建立和推导出数学模型来判定活塞的倾斜是否超过规定值，从而采取相应的操作。

通过几何等的分析、研究推导，活塞的周边上两两个相邻的实测值，它们之间(圆周上两点区间内)的相对水平面的最高点，与这两对数值(以A、C为例)之间存在下面的数学关系式：

$h_A^2+h_C^2\≥H^2$

式中：h_A——1^#差压变送器A测点的相对水平面的高度；

      H_C——2^#差压变送器C测点的相对水平面的高度；

      H——A、C两测点之间任意点相对水平面的设定阀值高度；

同理，C、B两测点，B、D两测点及D、A两测点之间同样存在上述关系；

测出相邻两点的倾斜高度值，根据上述数学模型，计算出他们之间是否存在倾斜超过规定值的点，从而判定气柜活塞的倾斜度是否超过规定值，从而采取不同的规定措施。倾斜角检测PLC程序流程图如图4所示。

实施例三：参见图5。本实施例干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，与实施例一或实施例二不同的是：通过在煤气柜内圆形活塞圆周的走台上安装测距仪或物位变送器实现柜体的漂移量检测，采用两台测距仪或物位变送器相互垂直成90°角安装在煤气柜内圆形活塞圆周的走台上，垂直测量活塞与气柜外壁间的间隙，两台测距仪或物位变送器输出信号分别连接显示仪表、PLC或工控机。

利用测距仪(物位变送器)垂直测量活塞与气柜外壁间的间隙的原理实现数据的自动检测采集，在柜内活塞圆周走台上相互垂直成90°角的安装两台测距仪(物位变送器)，通过二台变送器的配合可测量柜位各个方向的漂移量。根据工艺要求确定测距仪或物位变送器的量程，设测距仪或物位变送器的量程为W，通过零点迁移，调整测距仪或物位变送器的测量范围为-1/2W～1/2W，则测距仪或物位变送器的输出电流4～20mA分别对应于测距仪或物位变送器的零点、中间点及量程。

安装方法及测量原理如图5所示。根据工艺要求选择测距仪(物位变送器)的量程为360mm，将变送器的零点迁至-180mm，即变送器的测量范围为-180mm～180mm，对应变送器的输出电流为4～20mA，对应于变送器零点、中间点及量程，柜位活塞漂移量的位移分别为：-180mm时对应于变送器输出为4mA；0mm时对应于变送器输出为12mA；180mm时对应于变送器输出为20mA。

以变送器A为例：

当变送器输出为4mA≤IA≤12mA时，活塞向左漂移了正常位置；

当变送器输出为12mA≤IA≤20mA时，活塞向右漂移了正常位置；

当变送器输出分别为4mA或20mA时，说明活塞向左或向右位移已贴到了气柜的外壁或T型挡板上，发生了机械碰撞、挤压现象，将造成橡胶布帘破损。同理变送器B也依然。

依据上述的工作原理当柜内活塞发生漂移时，所对应的测距仪(物位变送器)将检测出位移并输出相应的电流信号，电流信号由控制系统输入模块转换与之相对应的活塞漂移量位移并在上位机监视画面显示，来监视活塞运行状态，具体的漂移量大小由h值决定。

实施例四：参见图5、图6。本实施例干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，与实施例三不同的是：通过二台测距仪或物位变送器的配合测量柜位各个方向的漂移量，通过下述方法，实现活塞上任意点漂移量的判定：

因为只安装了两台物位变送器，可得到俩俩对应的两组4个数据(各自反方向延长线)，如果活塞的漂移正好在两台物位变送器的各自测量方向上(包括各自反方向延长线)，那么活塞漂移量的很好判断，只要判断这4个数据中是否有大于对于设定值的数值就可以了；如果活塞漂移量不是正好在这两个方向上，而是任意方向上的漂移，就需要根据实际测量值之间的关系，建立和推导出数学模型来判定活塞的倾斜是否超过规定值，从而采取相应的操作。通过几何等的分析、研究推导，活塞的周边上亮两个相邻的实测值，它们之间(圆周上两点区间内)缝隙的最小点，与这两对数值之间存在下面的数学关系式：

$\left\{\begin{array}{c}{h}_A=\sqrt{r^2-{\cos }^2\mathrm{\θ}\·h^2+2\mathrm{hr}}-(r+\cos \mathrm{\θ}\·h)\\ h_B=\sqrt{r^2+{\sin }^2\mathrm{\θ}\·h^2+2\mathrm{hr}}-(r+\sin \mathrm{\θ}\·h)\end{array}\right.$

式中：h_A——1^#物位变送器A测点的相对中心点的位移量；

      h_B——2^#物位变送器B测点的相对中心点的位移量；

      r——活塞的半径；

      h——A、B两测点之间圆周上任意点最小间隙的设定阀值；

      θ——圆周上两点区间内两点之间最小间隙点与A测点的半径夹角；

同理，A、B_反，B、A_反及A_反、B_反三组数值同样存在上述关系；

由上数学模型可知，先按固定的半径夹角(角度的步进值可根据工艺的需求精度来定)代入上述数学方程式，计算出h_A和h_B一一对应的值建立数据库，然后根据测得的相邻两测点的漂移量值(取绝对值)，一组组与数据库中h_A和h_B的对应值比对，就可判断出他们之间是否存在位移过规定值的点，从而采取不同的规定措施进行操作。漂移量检测PLC程序流程图如图6所示。

实施例五：参见图1，本实施例为实现前述干式煤气柜活塞倾斜度检测方法的气柜活塞倾斜度测量系统，含有气柜活塞倾斜度检测变送装置，信号显示或报警装置，所述信号显示或报警装置采用显示仪表、PLC或工控机，所述气柜活塞倾斜度检测变送装置采用两台差压变送器(差压变送器1和差压变送器2)，和两台差压变送器配套设四个测量油杯，四个测量油杯分别固定在煤气柜内活塞圆周的走台上圆形活塞中心上十字交叉位置，位于圆形活塞同一直径两端的两个测量油杯下端部的出油口分别通过导压管和三阀组接入一台差压变送器正压室和负压室，两台差压变送器安装在煤气柜内活塞圆周的走台上，差压变送器输出信号分别连接显示仪表、PLC或工控机。

实施例六：参见图1、图5，本实施例干式煤气柜活塞倾斜度测量系统，其与实施例五不同的是：含有气柜漂移量检测变送装置，所述气柜漂移量检测变送装置采用测距仪或物位变送器，采用两台测距仪或物位变送器分别安装在煤气柜内圆形活塞圆周的走台上相互垂直成90°角位置，两台测距仪或物位变送器输出信号分别连接显示仪表、PLC或工控机。

本发明干式煤气柜活塞倾斜度测量系统的电气连接与安全设计：由于煤气柜及煤气输配系统是一个复杂和容易受到外界因素影响的系统，由于存在各种易燃易爆气体及其混合物，雷击电磁脉冲、雷雨云的静电感应等雷电的间接危害等都会影响系统的正常运行，对人们的正常生活和工业的正常生产造成危害。因此，设计中所选用的现场仪表一般采用两线制本安型仪表，配用防爆型安全栅，它一方面是向两线制变送器提供电源并限制控制室可能出现的危险能量传导至现场(易燃易爆危险场所)，另一方面它把两线制变送器来的直流4～20mA信号转换成与之隔离的直流1～5V或直流4～20mA信号输出。本安防爆型变送器的输出信号经屏蔽电缆线在煤气柜顶防爆接线箱汇集，经过垂直屏蔽拖缆、安全栅和PLC的I/O模块进入控制系统，也可以用现场总线传输信号，组成现场总线控制系统，可节省电缆资源。对于雷电多发区域应在信号传输环节增加防雷器来加强煤气柜的安全运行。

Claims (10)

1.一种干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，其特征是：采用两台差压变送器和显示仪表、PLC或工控机实现煤气柜活塞倾斜度检测和判定，具体包括：

1）采用四个测量油杯分别固定在煤气柜内活塞圆周的走台上圆形活塞中心上十字交叉位置；

2）两台差压变送器安装在煤气柜内活塞圆周的走台上，位于圆形活塞同一直径两端的两个测量油杯下端部的出油口分别通过导压管和三阀组接入一台差压变送器的正压室和负压室；所述差压变送器连接显示仪表或工控机；

3）在煤气柜活塞归位情况下，在线调校两个差压变送器的输出零点，然后关闭三阀组中的平衡阀投入运行。

2.根据权利要求1所述的干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，其特征是：四个测量油杯采用相同的规格，导压介质采用硅油或变压器油，所述测量油杯为直径大于80mm、不大于150 mm；高度大于800mm、不大于1600mm的开口容器，测量油杯的直径不小于导压管通径的5倍。

3.根据权利要求1或2所述的干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，其特征是：通过下述方法，实现气柜活塞任意点倾斜角的判定：

通过两台差压变送器得到气柜相互垂直四个方向对应的两组4个倾斜度数据，则气柜活塞周边两个相邻的测点实测值（相对水平面的最高点）两个数值之间存在如下的关系，以A、C两点为例：

式中： h_A——1^#差压变送器A测点的相对水平面的高度；

H_C——2^#差压变送器C测点的相对水平面的高度；

H——A、C两测点之间任意点相对水平面的设定阀值高度；

同理，C、B两测点，B、D两测点及D、A两测点之间同样存在上述关系；

测出相邻两点的倾斜高度值，根据上述数学模型，计算出他们之间是否存在倾斜超过规定值的点，从而判定气柜活塞的倾斜度是否超过规定值。

4.根据权利要求3所述的干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，其特征是：通过在煤气柜内圆形活塞圆周的走台上安装测距仪或物位变送器实现柜体的漂移量检测，采用两台测距仪或物位变送器相互垂直成90o角安装在煤气柜内圆形活塞圆周的走台上，垂直测量活塞与气柜外壁间的间隙，两台测距仪或物位变送器输出信号分别连接显示仪表、PLC或工控机。

5.根据权利要求4所述的干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，其特征是：根据工艺要求确定测距仪或物位变送器的量程，设测距仪或物位变送器的量程为W，通过零点迁移，调整测距仪或物位变送器的测量范围为-1/2W ～1/2W，则测距仪或物位变送器的输出电流4～20mA分别对应于测距仪或物位变送器的零点、中间点及量程。

6.根据权利要求4或5所述的干式煤气柜活塞倾斜度检测方法，其特征是：通过二台测距仪或物位变送器的配合测量柜位各个方向的漂移量，通过下述方法，实现活塞上任意点漂移量的判定：

通过测距仪或台物位变送器得到气柜活塞漂移量相互垂直四个方向对应的两组4个数据，则气柜活塞周边两个相邻的测点漂移量实测值（两点区间内缝隙的最小点）两个数值之间存在下面的关系：

式中： h_A——1^#物位变送器A测点的相对中心点的位移量；

h_B——2^#物位变送器B测点的相对中心点的位移量； 

r——活塞的半径；

h——A、B两测点之间圆周上任意点最小间隙的设定阀值；

θ——圆周上两点区间内两点之间最小间隙点与A测点的半径夹角；

同理，A、B_反，B、A_反及A_反、B_反三组数值同样存在上述关系；

根据上述数学模型，按固定的半径夹角计算出h_A和h_B一一对应的值建立数据库，然后根据测得的相邻两测点的漂移量值(取绝对值)，与数据库中h_A和h_B的对应值比对，得出他们之间是否存在漂移量超过规定值的点。

7.一种实现权利要求1所述干式煤气柜活塞倾斜度检测方法的气柜活塞倾斜度测量系统，含有气柜活塞倾斜度检测变送装置，信号显示或报警装置，所述信号显示或报警装置采用显示仪表、PLC或工控机，其特征是：所述气柜活塞倾斜度检测变送装置采用两台差压变送器，和两台差压变送器配套设四个测量油杯，四个测量油杯分别固定在煤气柜内活塞圆周的走台上圆形活塞中心上十字交叉位置，位于圆形活塞同一直径两端的两个测量油杯下端部的出油口分别通过导压管和三阀组接入一台差压变送器正压室和负压室，两台差压变送器安装在煤气柜内活塞圆周的走台上，差压变送器输出信号分别连接显示仪表、PLC或工控机。

8.根据权利要求7所述的干式煤气柜活塞倾斜度测量系统，其特征是：所述测量油杯为直径大于80mm、不大于150 mm，高度大于800mm、不大于1600mm的开口容器，测量油杯的直径不小于导压管通径的5倍；导压管路采用快速连接管件连接并用金属绑扎带固定。

9.根据权利要求7所述的干式煤气柜活塞倾斜度测量系统，其特征是：含有气柜漂移量检测变送装置，所述气柜漂移量检测变送装置采用测距仪或物位变送器，采用两台测距仪或物位变送器分别安装在煤气柜内圆形活塞圆周的走台上相互垂直成90o角位置，两台测距仪或物位变送器输出信号分别连接显示仪表、PLC或工控机。

10.根据权利要求7、8或9所述的干式煤气柜活塞倾斜度测量系统，其特征是：现场检测变送装置差压变送器、测距仪或物位变送器采用两线制本安型防爆仪表，控制室和现场检测变送装置差压变送器、测距仪或物位变送器之间配用防爆型安全栅，本安型防爆仪表的输出信号经屏蔽电缆在煤气柜顶防爆接线箱汇集，经过垂直屏蔽拖缆、防爆型安全栅和显示仪表、PLC或工控机连接，或者现场检测变送装置差压变送器、测距仪或物位变送器采用现场总线通讯方式和控制室通讯连接，组成现场总线控制系统。

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