PFM粉尘测量原理及故障剖析与处理

郭培军（河南能源豫北化工公司鹤壁煤化工分公司，河南　鹤壁　458000）

PFM粉尘测量原理及故障剖析与处理

郭培军（河南能源豫北化工公司鹤壁煤化工分公司，河南鹤壁458000）

首先，本文介绍了河南能源集团鹤壁煤化工甲醇项目所使用的PFM02Ex防爆型烟尘测量仪表及其控制系统，接着对该控制系统常见故障问题进行简单分析，然后提出有针对性的解决方法，大大提高了系统运行安全性和可靠性。在壳牌煤气化系统的煤粉制备设备的工艺管道上安装在线监测装置，可对煤粉袋式过滤器S1103的除尘效果进行有效的控制，实现了对煤粉袋式过滤器出口管道煤粉含量的在线检测。

壳牌气化炉PFM-02在线监测装置 A1101机组安全运行

1　PFM02Ex防爆型烟尘测量仪及其控制系统

壳牌煤气化煤粉制备系统的煤气粉尘含量的大小对煤粉袋式过滤器S1103和气化炉的安全运行有着至关重要的的作用，磨煤机系统通常要求煤粉的含量是固定的，煤粉在进入气化炉之前要经过煤粉袋式过滤器进行除尘，但是由于袋式过滤器在经过长时间的运行后，袋子会被堵塞，存在除尘效果不好或布袋脱落等现象，造成的煤粉含量将会严重超标，在正常工况下工作温度约为95°C，容易发生爆炸，威胁到气化炉的安全运行。在以往的控制系统设计中，袋式过滤器和气化炉控制系统之间没联系，这样袋式除尘器出现故障时，气化炉没能及时采取相应的控制措施，如果在煤粉制备的袋式过滤器中粉尘在线监测系统与气化炉控制系统之间的联系进行有机的结合，增加粉尘含量联锁控制，将能够有效的优化气化炉的高负荷运行问题。

1.1防爆型烟尘测量仪的功能

烟尘测量仪PFM02Ex是基于摩擦电测量原理，可有效监测除尘器布袋损坏的程度，通过校准后，可实现对粉尘浓度的测量。烟尘测量仪适用于煤粉爆炸性区域的应用，结构紧凑，使用方便；集成的控制单元可实现对烟尘排放的连续性在线监测；防爆型烟尘测量仪有较好的目标值校正功能，在操作状态下输入一个已知的平均含尘量值，PFM02Ex会自动测定合适的校准因子，然后以mg/m3为单位显示含尘量；另外也能从烟尘列表中选择，PFM02Ex为所选择的工况提供了校准图表的选项，从烟尘列表中简单选取设备工况的种类，烟尘含量就以mg/ m3显示。

1.2粉尘检测原理

图1　测量原理

Foedisch烟尘粉尘浓度监测仪器，其特殊探头有2个摩擦探头和1个动压探头组成，摩擦探头记录烟尘浓度的原始信号，为了纠正流速对摩擦电测量法的影响，气体的流速是通过动压探头测量的，对气体温度的同时测量可计算出标准状态下的烟尘浓度。

如果两个物体通过摩擦或接触，就会发生电荷传递。由于表面的原子的电子交换将会产生电荷差。所以将形成一个非常小的分子之间的距离的带有正负表面电荷的边界层。这个电荷差，又被称为电荷波动，是摩擦静电测尘仪的测量原理基础，通过探头和附近气流或直接与探头碰撞的烟尘颗粒之间的电荷交换来进行测量。

探头在接触固体粉尘的摩擦后，或者是固体粉尘电荷转移的情况，使得粉尘的表面上出现电荷差异，电子产生交换，在层面上正负电荷形成了非常低的分子之间的距离，这种距离由于受到电荷的差异，也被称为电荷波动，用来检测电荷交换的探头，同时探头附近的粉尘流量，都直接影响着粉尘的浓度。受到摩擦的粉尘所产生的电信号，和粉尘的导电性能有很大的关系，以及与粉尘所处的工艺管道的机械特性有很大的关系。

2　粉尘仪表安装流程

2.1粉尘表的机械安装

粉尘仪是直接插在煤粉管线上的，测量粉尘含量的大下，安装方法至关重要。选择好直管段，最好安装点前后各有5倍直管段，并且不要安装在弯管附近。

在管道上安装点开孔并且焊DN50法兰，如果是高温高压粉尘表则焊接8孔高压法兰。将探头外包装除去后将探头插入管道，两个DN50法兰对接即可，注意：如果是高温高压探头，请注意保护好探头表面的陶瓷材料不要碰坏。

2.2粉尘仪表的电气安装

电气接线的安装，顺不锈钢探杆方向插入PFM02Ex粉尘仪，请注意为了避免水分沿电缆出口进入粉尘仪内部电路，请将电缆出口朝下，在常有暴雨的地区且安装在室外请在粉尘仪上方加装遮盖装置以遮挡大量雨水。将红色电缆一端（有两个接线端子）拉到探头后盖附近，将两个接线端子中的黑色细线端子接到探头后盖中间信号接线头，拧螺丝接好。将白色粗线端子接到探头后盖边上接地端子螺丝接好。将红色电缆穿金属水管走线，弯头部分最好用金属软管接，拉到电子单元安装处。将电子单元焊接在地面附近墙壁上，距离探头不用很远，可现场就地安装，随意在墙壁上焊接几个螺栓即可，只要高度大致方便人操作即可，电子单元上面最好找一块铁皮遮挡一下即可。打开电子单元，里面有中文的接线端子，对照上面接线就可，3和4端子接220V电源，注意区分是不是本安仪表，如果是本安仪表则接24VDC，9和10端子接4-20mA信号输出。将红色电缆的一端（有一个黄铜同轴小端子）黄色端子接到电子单元相对的信号接口，拧黄铜螺丝拧紧即可。这些线都从电子单元下端进来，红色电缆专门走一个口。在通电前先确保保险丝处为220V即可通电启动开始使用。

2.2粉尘仪表的参数设置

粉尘仪表的参数设置，通过粉尘仪上的按钮可以设置多种参数，包括平均时间长短、量程等级、显示类型、状态信号输出类型等，电子单元内部软件基本不用用户再设置，一般出厂前已经大致设置好了，唯一用户需要设置的就是量程，出厂默认的是设置为0～1000mg/m3，如果用户需要调整量程则按照调试指导手册进行设置即可。简易量程设置如下：双手拇指同时按面板左右两边按键进入到一个界面后，将最右边按键按4下则面板会出现4mA对应0mg的界面，再按一下最右边按键则出现20mA对应满量程设置界面，此时可调节中间两个上下键来任意调整满量程，如：调到100mg，500mg或1000mg都可，默认为1000mg.设置好满量程后可继续按最右边按键即可回到工作界面，等待几秒后，此粉尘仪表就可指示粉尘的含量，基本可进行正常工作。

2.3安装注意事项，有几点需要特别注意：

安装点附近不要有大的风机，电机等大型电磁设备。电子单元接线端子中1和2端子中的连接线不要除去。粉尘仪表的接地需要保证良好，仪表接地包括电子单元外壳地和保护地保护地接到端子1处。其他端子基本不需要接。粉尘仪的电源最好单独供应，不要和其他设备共用。红色信号线请单独走管走线，不要走塑料管，以避免以后受到电磁干扰对测量值有影响。

3　PFM 02 Ex防爆型烟尘测量仪日常维护工作及其常见故障分析

3.1烟尘测量仪日常维护项目

维护工作包括定期确认粉尘仪工作状态、定期清洁探杆、定期检查密封检查工作状态、定期检查粉尘仪模拟输出数据是否正常，是否较以往有明显变化。

清洁探杆每隔至少六个月将探杆从烟道中取出，用布擦去附着在探杆上的粉尘，必要时用最细砂纸清除附着在白色Teflon绝缘体上的粉尘。具体的维护时间间隔视工况而定，在本单位使用中，一般要求3到6个月检查一次。检查密封最少六个月检查一次粉尘仪绿色壳体的密封状况，防止水分进入造成电路板损坏。任何情况取出探杆维护前请先断电，在煤粉制备系统中，粉尘仪表的探头处在95°C的工作环境中，所以一定要带上手套避免高温烫伤，

3.2经常出现的问题

模拟电流输出量较以往偏低：粉尘仪安装位置的选择；模拟输出导线是否过长（超过150米）造成信号衰减；是否定时维护，清理探杆上附着的粉尘。

模拟电流输出量较以往持续偏高：布袋除尘器有破损。

模拟电流输出量一直满量程：检查安装时探杆是否直接接触烟道或安装管内壁；检测AD转换电路板确认是否损坏。

模拟电流输出量波动非常频繁，在A1101煤粉制备系统运行稳定的工况下，可以检测粉尘仪表的参数设置中的阻尼时间，适当的延长改时间，可以有效的缓解波动问题。

PFM-02发出故障状态信号，显示Com.TO故障代码或Com.R故障代码或Com.W故障代码，表示设备内部通讯超时，通讯电路板的接线是重点，检查连线是否脱落，若脱落，请固定牢固；显示Zero point故障，表示自动控制下零点大概离目标值有+/-4%的偏差；显示Reference poin故障，表示自动控制下参比点大概离目标值有+/-4%的偏差；显示5-hourly zero and reference point control故障信息，检测PFM02的零点和参比点，表示需要标定传感器。