粉状炭黑料位检测的研究分析

费汉斌，吕富元，刘宪琨，高玉宝，闫  鹏 (金能科技股份有限公司，山东 德州 251100)

摘  要：随着自动化技术的成熟发展，工业自动化仪表技术广泛应用于各行各业，人们也更加体会到自动化带给行 业发展的便捷优势。现如今料位检测仪表形式、种类、方法多种多样，各自有各自的测量优势，文章简要分析了在炭黑生 产过程中粉状炭黑料位检测的几种常用仪表的优缺点。

关键词：炭黑料位检测;称重传感器;雷达物位计;放射性物位计;粉罐

　　1  引  言

炭黑生产线粉状炭黑缓冲罐(粉罐)的作用主 要是为了起到粉状炭黑缓冲以及粉状炭黑增密的 作用，其中粉罐料位计的使用是计量粉罐内部炭 黑的存量，以确保炭黑生产过程中，炭黑造粒系统 的相对稳定运行，避免造粒下料不稳定。在炭黑 湿法造粒工艺流程中，料位检测是否准确是保证 湿法造粒机进炭黑量和造粒水量、粘结剂量的比 值稳定，造粒效果是否稳定的重要原因。粉状炭 黑的密度很小仅为0.039-0.045g/cm3 空隙容积也在 93%以上，并且粉状炭黑是一种粒径很小，比表面 积很大的工艺介质，有很强的吸附性。为避免炭 黑在出现挂壁现象造成流通不顺畅，或出现架桥 现象，多数炭黑储罐内都增加搅拌装置，而搅拌后 的炭黑有易被压实结块，储罐上部空间又充满了 空隙较大的粉状炭黑。由此可见在炭黑储罐的不 同位置，炭黑有不同的状态，炭黑料位的检测难以 选择合适的料位检测仪表。

　　2  料位测量分析

根据粉状炭黑储罐内部搅拌的安装形式的不 同，我厂目前采用的测量方式大体分为以下三类：

　　2.1 采用称重传感器测量

称重传感器按转换方法分为光电式、电磁力 式、电容式、磁极变形式、振动式、电阻应变式等 多个种类，目前市面上以电阻应变式使用最广。 在粉状炭黑储罐应用上多采用四个电阻应变式称 重传感器配称重控制器组成测量系统，现场显示 重量并输出至 DCS，供生产控制参考。安装方式 如右图：

此类测量方式不受测量物料的影响，温度、压 力、密度、粘度的变化不会影响计量结果。但是由 于工艺流程的限制，上下游设备的连接不可避免 的会产生应力，影响料位的检测，需要多频次的去 皮、校零等维护操作。使用称重系统测量有抗偏 载性能好、固有线性好、安装方便、故障率低、制 造成本低等优点，但同时存在重心较高、过载能力 较差，大秤量的称重传感器难以达到高的准确度 等级、需要多频次校验维护量大等缺点。在工艺 要求精度不是很高的场合，使用称重系统测量料 位比较普遍。

　　2.2  雷达物位计测量

雷达物位计是基于时间行程原理的测量仪 表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部 件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲在空间 以光速传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被 仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位 信号。目前市面上高低频率的雷达物位计比比皆 是，测量范围也相对较广，通常在较为苛刻的工况 能够满足测量需求。应用场合有最大的特点是恶 劣工况下使用效果较好，无论是有毒介质，还是腐 蚀性介质，也无论是固体、液体还是粉尘性、浆状 介质，它都可以进行测量。此类物位测量具有：快 速精准测量，量程范围大、有很好的抑制功能、抗 干扰能力强、耐腐蚀、耐高温、操作简单等优点， 在非接触式测量仪表领域中测量精度较高，精确 可靠分辨率可达 1mm，竞争优势凸显。但雷达物 位计对仪表安装有着较高的要求：离罐壁为罐直 径 1/6 处，最小距离为 200mm、不能安装在入料口 的上方、不能安装在中心位置。另外若罐底为凹 型或锥形，当物位低于此点时无法进行测量、若介 质为低介电常数当其处于低液位时，测量精度不 可靠等等。在粉状炭黑储罐物位测量过程中，相 对于称重系统测量，雷达物位计测量精度较高，安 装相比之下较为简单，适用于在料位较高时的精 确测量，但同时必须低于雷达物位计的盲区以下， 如果储罐容积较小的话，雷达物位计的测量范围 会相对较窄，对控制的稳定性要求较高。同时因 储罐上方空间内充满空隙较大的粉状炭黑，在这 类粉尘的工况中显示数值偶尔会有跳动，必须经 常清理喇叭口内囤积炭黑粉尘，否则料位显示偏 差较大。另外，由于粉状炭黑介电常数较低、储罐 底部为锥形且内部安装有搅拌装置，当料位较低 时测量精度不可靠或无法测量，造成生产效率降 低。出现虚假料位会对生产系统的稳定造成影响， 一旦测量不准确导致料位过高，下料通道产生堵 塞，将会有停车的风险。

　　2.3  放射性物位计测量

放射性物位计原理利用辐射源本身基于γ射 线对不同物质产生不同衰减的理论，将放射源置 于一防护容器内，放在被测容器的一侧，在被测 容器的另一侧装有一检测器。当γ射线穿透容器 时，接收器接收到的 γ 射线量的大小取决于射线 穿透容器中物体后的衰减量，物位越高，衰减越 大。接收器将 γ 射线量变为光脉冲信号，再由光 电倍增管转换为电脉冲信号。放射性物位计适用 于传统测量仪表不能解决的测量问题。安装如右 图所示：

优点：放射性物位计准确度高，维护量极小， 运行稳定可靠。

缺点：主要问题在于国家和环保部门对放射 性同位素与射线装置的管理很严，要经过一系列 的审批手续方可应用，使用不当会对人员造成放 射性辐射伤害，同时，维修人员必须经过培训并 获得许可证才能维修这种仪器，其次是厂家运行 维护人员对放射性装置的心里恐惧，对核辐射物 位计的安全性没有充分认识。所以一部分厂商会 拒接使用此类仪表。目前使用的放射性物位计多 属于在中国豁免放射源，同样能取得理想的测量 效果。

　　3  结束语

经对三种料位计现场实际应用后对比分析， 在测量领域各有所长，实际设备形式决定测量方 式的选择。测量精度上放射性物位计、雷达物位 计相对较高，但是使用维护和性价比上称重系统 占绝对的优势。料位的准确计量给系统调节提供了可靠的参考依据，避免出现粉罐料位过高，造 成炭黑泄漏以及系统堵料的影响，同时也大大改 善了粉罐下料、缓冲的能力，使造粒系统串级控 制更加稳定。并且对造粒后的细粉改善也较为明 显，准确计量能够减少造粒细粉回收量约2%，节 约造粒水和干燥用煤气量，直接节约成本约 15 元 / 小时。

参考文献

[1] 隋一夫，炭黑的生产和应用，中国橡胶工业协会炭黑 分会，1985.

[2] 梁廷贵,编，现代集成电路使用手册，北京：科学技术 文献出版社，2001

[3] 王森,纪纲,编，仪表常用数据手册，化学工业出版社， 2006