摘 要：神华准能选煤厂使用的奥地利生产的ANDRITZ-HBF-S 120/10加压过滤机，是在2000年引进的先进技术脱水设备，电气、机械的新技术应用在它的设计、使用及维护中有着具体的体现。它虽然是一个单台设备，但却是一个集智能操作、电气反馈控制、机械联动为一体的系统。现对其卸料系统的流量控制阀OV211改造原因、机理、方案的深入探讨总结，可以让我们更好地提高加压过滤机使用效果，希望能够为先进进口设备国产化提供借鉴。
关键词：加压过滤机OV211;故障;分析;处理;方法
1 概述
神华准能选煤厂是一座年入选原煤3000万吨的特大型动力煤选煤厂，于1996年试生产，入厂原煤分为优煤和劣煤两种，采用块煤跳汰工艺，优煤以50mm分级，末煤直接入产品仓：劣煤以13mm分级，末煤直接入产品仓。由于煤炭市场供求的加大和煤质要求的变化，选煤厂进行了跳汰入选下限的改造，将优煤以50mm分级改为13mm分级，致使系统的煤泥量大大增加，因而原有的板框式压滤设备生产能力远远不足，从而导致煤泥产品水分较高，达到30%，为了提高生产效率和解决煤泥水处理能力不足的问题，选煤厂引进了两台奥地利生产的ANDRITZ-HBF-S 120/10加压过滤机，处理能力为70t/h，滤盘数为10个，过滤面积为120㎡，用于处理煤泥，取得了较好的效果，大大提高了生产效率。车间在对加压过滤机进行使用和维护中，根据设备实际使用情况，进行设备部分更新改造产生较高的经济效益，现就对过滤机的流量控制阀OV211的改造进行探讨总结。
2 加压过滤机的组成及工作原理
2.1 上料部分
加压过滤机上料部分由入料桶、上料泵、分配桶、煤浆槽、料位计等组成。设备启机时，主控工业计算机通过变频器控制上料泵将入料桶内的煤泥水抽至加压过滤机煤浆槽内，泵的转速受多种因素控制，主要由入料桶料位、煤浆槽料位、生产需求等因素控制。入料桶液位低于30%时，上游底流泵将入料桶蓄满。
2.2 工作仓
加压过滤机工作舱由加压仓、主轴、分配头、滤盘、刮板机、反吹风包等组成。各滤盘共用煤浆槽，即煤浆槽内的煤浆是连通的。主轴两侧各装一个分配头，每个分配头内装有一个控制盘和一个密封盘。密封盘上连接着20根滤液管，滤液管上装有滤扇，20块滤扇组成一个滤盘。滤盘、控制盘、密封盘、分配头通过管道与外界大气连通。
为了说明加压过滤机的过滤过程，现引入“过滤单元”的概念。一个过滤单元包括一根滤液管及其上面的滤扇。20个过滤单元构成1个或几个滤盘。设备启机时，进气控制阀开启，将压缩空气注入加压舱内，使加压舱内产生0.2～0.4MPa的压力，从而使滤扇两侧产生正压差，在滤扇表面上便形成煤饼。水穿过滤扇，经滤液管、密封盘、控制盘及所连接的管道离开压力空间到达气水分离器。此后，过滤单元随主轴转动走过控制盘的干燥区。已经完成过滤的煤饼在干燥区的有效压差的作用下，进一步得到干燥。
随着主轴的转动，此过滤单元走过分配头的反吹风区。当滤液管完全遮盖住控制盘的反吹孔时，快速动作的电磁阀OV114、115阀打开，使空气经过分配头和滤液管到达滤扇。反吹风包内压缩空气压力比加压仓内压力高1Bar左右，可以把煤饼从滤扇吹下来，并落入煤浆槽下方的刮板运输机上，此后便被运至卸料仓内。
主轴上的滤盘是错开的，一侧的5块相对于另一侧5块错开1/2个滤扇（9°）。这样可以减少反吹风包的压降，使气流更均匀。每个分配头配有一个隔膜式反吹风阀，并通过电磁阀加以控制。在主轴机尾处固定有开关盘，上面装有两接近开关，其间距也为9°，当主轴转至一开关位置时，信号通过PLC传至现场电磁阀线圈，从而使反吹风阀打开，使5块滤扇的煤饼被吹下来。当滤扇继续转动9°时，则另外5块滤扇吹饼。滤盘之间装有搅拌器，使煤浆保持悬浮液状态。搅拌器位于煤浆槽后部，固定在可回转架座上，以便于安装和拆卸。
2.3 排料装置
加压过滤机排料装置由缓冲仓、料位计、卸料仓、上闸门、下闸门、密封圈组成。排料装置的作用是把脱水后的煤饼从压力罐内运出来。设备运行时，上下闸门关闭，密封圈充气，卸料仓内充气，使其与加压仓内压力相等。当上方缓冲仓料位达到设定料位时，上密封圈排气，由液压驱动上闸板打开，缓冲仓内煤泥落入卸料仓。随后，上闸板关闭，上密封圈充气，于卸料仓连通的PCV211控制阀打开，使卸料仓内压力与外界大气压相等后，下密封圈排气，下闸板打开，煤泥落入下方刮板输送机上，并最终运至产品仓。此后又重新开始一个新的卸料动作循环。
2.4 辅助设备
加压过滤机辅助设备主要由主空压机、控制风空压机、高压清洗泵、集中润滑泵、滤液泵、液压站等组成。
①主空压机主要为加压过滤机提供工作压缩空气，该厂使用的空压机为英格索兰公司生产的M250型双螺杆空气压缩机。
②控制风空压机为加压过滤机提供必要的控制风，其压力高于工作风，用来控制设备内各气动阀门的开闭。
③高压清洗泵可将水压提高至40Bar左右，用来清洗滤布。
④集中润滑泵主要为加压过滤机主轴、分配头、刮板机等必要的润滑部位提供润滑油脂。
⑤滤液泵将滤液池内滤液水抽至选煤厂洗水系统，以便循环使用。
⑥液压站主要驱动卸料仓上下闸板的运动以及罐内清洗滤布摆杆的摆动。
3 加压过滤机流量控制阀OV211的改造探讨
3.1 加压过滤机中流量控制阀的作用
从上面的加压过滤机的组成及工作原理中不难看出：加压过滤机生产工艺中需要控制三种物料（煤泥水：由上料桶抽至加工仓中煤浆槽内;滤液水：穿过滤扇，经滤液管、密封盘、控制盘及所连接的管道离开压力空间达到气水分离器的水;煤泥：脱水后的煤饼通过排料装置从压力罐内运出来），两种气体（工作风：注入加压舱内压缩空气，使加压舱内产生0.2～0.4MPa的压力、控制风：用来控制设备内各气动阀门的开闭。）。来实现煤泥从煤泥水中分离、脱水和收集。为了有效控制这些物料和气体，安装了各式阀门，并安装了反映物料液位、气体压力、阀门位置的各种传感器。通过把各个传感器与阀门之间逻辑关系编写在PLC中的控制程序内，来实现各个传感器与阀门的配合。在阀门的使用和选取上也显示了设计者的智慧，在整套的加压过滤机中选用了三个流量阀。这三个流量控制阀分别是OV004、OV005、OV211，它们通过PLC的模拟输出模块输出4～20mA电流信号调节微量电磁阀控制气动驱动装置进行调节流量（智能阀门定位器）控制阀的开启度的大小，但是这种阀门在加压过滤机PLC中没有对其实际开启度大小的监测和反馈。OV004是压缩空气的进气控制阀，在PLC程序中通过加压舱内压力传感器的压力反馈，随时调整输出电流信号控制其开启度的大小，使得加压舱工作时保持在0.2～0.4MPa内在作业时可调定的恒定压力，从而使滤扇两侧产生正压差，在滤扇表面上便形成煤饼;OV005是反吹风包的进气控制阀，在PLC程序中通过反吹风包内压力传感器的压力反馈，随时调整输出电流信号控制其开启度的大小，保证反吹风包内压缩空气压力与加压仓内压力的压差达到在操作时所设置的不高于1Bar的设定值，可以把煤饼从滤扇吹下来，并落入煤浆槽下方的刮板运输机上，此后便被运至卸料仓内。OV211是排料装置中卸料仓的排气控制阀门，在PLC程序中通过缓冲仓料位和操作方式的设定，调整输出电流信号控制其开启度的大小，及时快速排出卸料仓内的压缩空气，使卸料仓内压力与外界大气压相等后，下密封圈排气，下闸板打开，煤泥落入下方刮板输送机上，缩短卸料时间，保证卸料效率。通过上述介绍我们看出这三个流量阀在加压过滤机生产工艺中对其工作的连续性，煤泥生产的稳定性和设备的高效运行方面起到至关重要的作用。
3.2 加压过滤机中流量控制阀OV211故障分析
通过多年的设备运行发现在整套加压过滤机中的三个流量阀中故障率和影响设备运行最高的是OV211。据统计两台加压过滤机的OV004和OV005的损坏更换周期可达到3-5年，而OV211的损坏更换周期却是最短3个月长不到12个月。每台流量阀的成本就达到5万元，存在故障更换周期的不确定性很难控制车间成本。笔者在OV211最早出现故障但备件不足，为了不影响设备运行，同时等待新阀备件的到来就开始对OV211进行修复，但是每次的修复质量不高，运行时间短，最短能坚持2-3小时，最长一次坚持3个月。OV211主要出现的两类故障：
①OV211阀智能定位器内的微型电磁阀（又称先驱阀）隔膜片故障。流量控制阀是通过4-20mA电流信号调节微量电磁阀（又称先驱阀）再控制气动驱动装置进行调节阀门的开启度的大小。其微量电磁阀（又称先驱阀）隔膜片经常出现故障。其故障现象是：OV211打开缓慢，控制反应不灵活或无法开启。经过调整阀门微调旋钮出现加大故障情况，使原来控制反映不灵活或打开缓慢的变成无法开启。通过查找发现微量电磁的控制微型气缸内的隔膜片破损，左右气缸窜气，无法准确控制气动驱动装置。分析原因：OV211阀的运行不同于OV004与OV005，OV004与OV005的运行方式是在设备启机后打开阀门，根据需要进行重复多次逐步少量调整开启度。而OV211是在卸料的每一次循环中直接开启关闭，在大幅度冲击和往复运动中隔膜片的橡胶接口出现短线折损，产生漏气。修复方法：无法购买到配件只能使橡胶代替或联系国内厂家加工。我们实验过多种橡胶材质但是效果不理想，最长的一次坚持了3个月，以后再没坚持住。国内的一些厂家做过一些实验，效果不佳，不经济，厂家放弃。最终我们也放弃修复，直接更换整套阀门或定位器驱动头。
②OV211阀智能定位器电气芯片故障。其故障现象：OV211打开缓慢，控制反应不灵活或无法开启，以及零点和行程漂移。经过调整阀门微调旋钮可以减轻故障，使原来控制反应不灵活或打开缓慢的变成可以正常开启。但是再次使用周期不长，7-15天不等，调整3～5次后彻底损坏。分析其原因：其动作频繁而且每次动作电流加载时间短，单位时间内变化量大，对电气芯片的工作冲击较大。另外，现场的条件较差，煤尘和水汽较大，卸料系统闸板开启震动较大，也是造成故障的原因之一。修复方法：其电气芯片使用集成线路板，由于我们人员素质和设备条件不具备将其修复的能力，也曾经委托国内人员修复，但是修复质量和经济效益不合适，维修人员放弃。最终我们也只能把出现第一或第二种故障情况阀门再进行组装使用，不能配对就放弃修复，直接更换整套阀门或定位器驱动头。
3.3 加压过滤机中OV211的改造实施方案
3.3.1 设计思路。
由于OV21阀出现的故障，已经直接影响了加压过滤机运行效率和成本，我们一直积极探讨和寻找处理OV211故障解决方案。通过上述分析发现要想真正解决这一问题，需要更换一种满足使用新型阀门或更改OV211阀控制方式。带着这样的思路笔者重新对加压过滤机生产工艺进行学习研究得出：可以通过改变OV211阀的控制方式，使用电磁阀直接驱动气动驱动装置控制球型阀，来解决这一问题。原理分析：加压过滤机生产工艺可以通过上位工控机进行自动操作，它的操作方式和卸料仓料位共同对OV211的开启大小进行逻辑控制。但在该厂的实际运用中发现：适应该厂煤泥生产需要的加压过滤机最佳生产操作方式为一种，就是将OV211阀设置为快速开启和关闭。这也是OV211阀出现损坏原因之一。如果直接使用电磁阀驱动气动驱动装置控制球型阀就可以满足上述功能，只要将PLC模拟输出信号4～20mA转换为数字开关量输出控制电磁阀即可。
3.3.2 实施方案和效果。
①设计改造思路有了，寻找方案。一种通过更改编写PLC程序，改变OV211控制逻辑，更改输出模块信号点，实现将PLC模拟输出信号4～20mA转换为数字开关量输出控制电磁阀。技术难度较大，还需要有厂家配合，费用造价昂贵。另一种不改变PLC程序，只调整设定整操作方式，再将PLC模拟输出信号4～20mA通过转换装置转换为数字开关量输出控制电磁阀。方法简单，便于操作，费用低廉。比较两者方案，最终决定使用第二种方案。
②具体操作：在配电室安装模拟信号转换数字量转换装置。转换装置选用的是斯奥特自动化仪器仪表公司生产的SAT8型测控仪，其可以使模拟信号输入根据需要设定为数字开关量输出。SAT8型测控仪是一种免维护的仪表，采用自动调零技术可以长期使用不会产生任何零漂，采用多重保护和隔离设计，抗干扰能力强、可靠性高。现场使用8020750电磁阀控制气动球型阀。8020750电磁阀和气动球型阀是该厂车间一直在用可靠性较高的配件。
③其工作原理：当PLC 输出4～20mA电流信号通过电流隔离输出到SAT8型测控仪，对测控仪进行设置调整数字开关量输出，控制电磁阀开启闭合气动球型型阀。
④改造后的效果：减少了211排气阀的故障率，提高了生产效益;成本节约：以往每年单台压滤机更换211排气阀2套，驱动头5个，从2013年6月改造至今从未更换过任何部件，年节约成本约10万～30万元，两台加压过滤机节约每年20万～60万元。提议：加压过滤机国产化时，对卸料系统和操作可以进行优化考虑，更改阀门控制方式，使用电磁阀控制气动阀门，既节约设计生产成本，又减少设备使用单位的运营成本。
⑤在改造实施时需运行观察和考虑的细节：a输入输出设备功率匹配问题。使用功率匹配器隔离输入输出设备，避免现场设备出现接地短路故障，造成加压过滤机的PLC控制回路的故障。b新增测控仪工作电源使用和设备接地连接。测控仪使用专用接地线连接到加压过滤机控制回路接地极，电源使用其对应控制回路电源线路供电，避免形成悬浮地或是悬浮电源产生，干扰加压过滤机的PLC控制回路信号输入。c数字开关量的设置调定。观察设备运行状态，根据实际情况调定数字开关量输出。
4 结束语
HBF-S 120/10 型加压过滤机在神华准能选煤厂自投产以来，通过车间人员的不懈努力使得加压过滤机一直运行稳定，同时得到了一些运行、检修等各方面的经验。现在就对卸料系统的流量控制阀OV211改造做出一些经验总结和大家进行探讨，希望在今后的工作中及时的就一些发生频率较高的故障，继续学习，探索，将降低故障率，节约维修成本，让选煤厂的效益进一步提高。
参考文献：
[1]安德里兹加压过滤机使用说明书.安德里兹技术有限公司，2002.
作者简介：张兆征，男，汉族，1970年3月出生，大专学历，工程师职称，在神华准格尔能源有限责任公司选煤厂工作。