一种重介质选煤用压差式密度计的设计及应用

王海港

（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司， 山西 长治 046600）

1 霍尔辛赫选煤厂及其选煤用密度计概况

霍尔辛赫选煤厂属于型炼焦煤选煤厂，设计生产能力为5.0 Mt/a，主选采用无压给料三产品重介质旋流器分选+尾煤浓缩浮选的联合工艺，入选原煤全部来自于霍尔辛赫矿井。主要分选设备采用三产品重介质旋流器进行洗选。重介质密控系统主要用于测量重介质的洗选密度，通过PLC 的PID 调节来控制清水阀的开度，保证重介质悬浮液的密度趋近于设定密度。重介质悬浮液的密度是否稳定将直接影响原煤的分选，决定产品的灰分和生产率。

目前，霍尔辛赫选煤厂测量重介质悬浮液的密度采用的是同位素密度计。同位素密度计是利用γ射线穿过被测物体后，其强度的变化而相应地变化的规律，来测定密度。但是在实际的生产过程中由于密度计考支架固定在管道上，如果周围环境震动大，就会造成支架松动，接收器位置变化，导致测量的数据不准确，另一个原因是同位素密度计本身具有辐射，如果操作不当会造成工作人员受到辐射和污染周围环境。

2 压差式密度计的工作原理及构造

压差式密度计没有辐射源，它可以直接测量和显示实时的密度值，具有抗震动、测量误差小、维护简单等特点。传统的压差式密度计利用阿基米德原理，其工作原理是一定高度的液柱产生的压力与该液体的密度成正比，即：

式中：P 为一定高度的液柱产生的压力；ρ 为该液体的密度；g 为测量地重力加速度；h 为液柱的高度。

差压密度计的压力部分主要由两个膜盒密封装置和压力差压变送器组成，来自管道不同高度的膜盒密封装置经导压管直接作用于压力变送器，通过变送器上的传感元件将压力差转为电压信号，电压信号经终端设备根据截至在一定垂直距离上的差压值计算出介质的密度，然后转化为4～20 mA 电流信号接入到PLC 中。

3 压差式密度计的设计及应用

霍尔辛赫选煤厂重介密度检测装置仍采用I 代阿姆德尔数字密度计。一方面，该密度计内部零部件老化严重、性能下降，有的部件无法购买；另一方面，该密度计携带放射源Cs-173，辐射强，危害大，容易泄露，存在巨大的安全隐患。针对这一情况，经研究分析，为了提高密度检测、控制水平，减少对人身危害，选用FMD78-MBA7F21B51AS 型差压变送器取代阿姆德尔数字密度计。选煤厂重介质悬浮液上料管的流速一般都很快，会造成大的测量误差和测量的不稳定性，甚至无法测量，所以需要控制好流速，才能稳定测量。控制流速，考虑旁通安装，这样便于选择小管径的密度计，节约材料成本。密度计测量室与膜片之间有足够宽的距离，喇叭状弧形焊接，这种结构的好处除了介质不会直接冲刷膜片保证产品的寿命外，也能防止颗粒介质或起泡集聚所带来的误差（见图1）。改造期间，为保证生产秩序的正常进行，在不影响现有密度计的使用前提下，将原有测量磁性物含量的管道拆除，经测量、制作、安装新管道，把差压变送器安装于其上。

图1 差压密度计安装示意图

差压变送器就是测量被测介质的压强差，即△P=ρg△h，经信号转换器运算，被转化为 4～20 mA信号输出到PLC。利用PLC 内部PID 运算进行自动调节，通过接收现场密度计返回的4～20 mA 电流信号与外部设定密度值进行比较，通过模拟量模块输出4～20 mA 信号，驱动步进阀门电气执行机构动作控制阀门的开度，当测量密度高于设定密度时，控制步进阀打开，清水进入313 桶，密度降低；当测量密度低于设定密度时，步进阀动作，阀门关闭，密度升高至设定密度，达到自动平衡。（见图2）通过PLC 的自动功能实现了密度的自动跟踪无需干预，保证了生产所需的合格重介质悬浮液[1-3]。

图2 密度控制原理图

4 效果

方案实施后，经过一段时间的数据分析，压差式密度计的测量精度达到了0.007 g/cm3，测量数据稳定、波动小，测量的准确度不受周围磁选机、脱介筛、离心机等设备带来震动的影响；线路通过加装信号隔离模块，杜绝了其他电磁信号的干扰，保证了密度计和PLC 模块正常运行，通过一系列的改造，确保了产品的各个指标，为客户提供了合格的炼焦煤，最大限度地保证了霍尔辛赫选煤厂的经济效益，如表1 所示。

表1 运行实时监控与人工采样对比图

5 效益及推广应用

密度控制系统检测装置投入运用以来，运行正常，既减少了职工的劳动强度，又有效地降低了材料配件的消耗，减少材料配件的费用30 万元。目前，317ABC密度自动控制系统检测装置成功运用，霍尔辛赫选煤厂所有密度检测装置也可以做同样的改造，从而彻底杜绝密度控制水平低、安全隐患大的现象。