摘要：针对生产现场无压三产品重介质旋流器一段与二段连接口、二段底流口因大块矸石、铁器引起的堵塞，导致精煤带矸、中煤带矸这一问题。研究了一套旋流器二段入料口堵塞报警系统和二段底流口堵塞报警装置，当旋流器工作压力触及设定报警压力值、或者底流口处的接近开关动作时，集控室的上位机操作界面就会弹出报警信息，同时结合语音系统发出语音报警，提醒工作人员，并且还会自动停止给煤，以最快的速度、最少的影响范围结束事故影响。杜绝了因集控人员疏忽不能及时发现旋流器堵塞，而造成的大量原煤进入精煤系统、矸石进入中煤系统，保证了产品质量。
关键词：无压三产品重介旋流器;堵塞;报警系统;防堵保护装置
潘集选煤厂重介系统采用的是直径1.5米的无压三产品重介质旋流器进行分选，从现场的分选效果看，总体良好，达到预期的分选效果。但是无压三产品重介质旋流器一段与二段连接口、二段底流口经常会因大块矸石或者铁器引起堵塞，导致精煤带矸、中煤带矸。
1 存在的问题分析
潘集选煤厂原煤来自谢桥、顾桥、潘北等多个矿井，有些矿井入洗原煤的除杂及限粒管理没引起足够的重视，杂质主要来自巷道掘进支护采用锚网方式，回采时回收难度大，回收率不高，致使锚索钢筋、铁丝网等金属进入洗选系统，洗选时聚集在二段入料口及矸石出料口处,容易加重对这两处的磨损并造成堵塞，当未及时更换时尤其明显（如图1所示）。现场在处理卡堵时，即耗时费力又影响生产。当二段入料口堵塞时，重介质旋流器难以正常运转，大量入洗原煤从精煤出料口排出，导致精煤带矸严重；当矸石出料口堵塞时，旋流器的二段难以正常运转，矸石从中煤出料口排出，导致混煤带矸严重。由此将会给企业造成严重的经济损失。
图1 三产品重介质旋流器堵塞点示意图
图2 一二段连接口报警系统设备示意图
2 要解决的技术问题
从目前半年的生产情况看，因为三产品重介旋流器一段与二段连接口、二段底流口堵塞导致的生产事故已经发生了六次，一定程度的影响了生产的连续性，也影响了产品的质量。由于本厂没有原煤筛分破碎系统，原煤混入大块矸石或杂物时，无法从入洗源头去除大块矸石和杂物。入洗原煤一旦混入大块矸石或者铁器，很容易导致旋流器堵塞。所以急需一种旋流器堵塞预防和发现的检测办法。
3 具体实施方式
3.1旋流器一二段连接口堵塞保护系统
采用智能检测方法，智能判断旋流器二段入料口是否堵塞。利用安装于旋流器一段合介入料管上的压力传感器对旋流器工作压力进行实时检测；然后配合PLC 可编程控制器和上位机界面操作程序（本系统使用的 PLC为罗克韦尔1756-L74，界面程序为罗克韦尔组态环境），通过程序编辑就可以自动识别旋流器二段入料口堵塞时的压力波动；当工作压力曲线触及设定报警压力曲线时，就会在集控室的上位机操作界面弹出报警信息，同时结合语音系统发出语音报警，提醒工作人员，并且还会自动停止给煤，以最快的速度、最少的影响范围结束事故影响，如图2所示。
把旋流器的分选压力参数纳入集控系统，当旋流器的压力迅速降到某一设定值以下（约300 Kpa）并保持5秒钟以上，集控系统可以根据设定的参数变化第一时间在密控室的上位机上弹出语音报警，同时把给煤机和三产品重介旋流器的上游皮带带停。
3.2旋流器底流口堵塞保护系统
在矸石收集箱上盖板安装固定支架，加装DC24V光电接近开关，在接近开关一侧安装转动机构，当二段底流口喷射出来的物料冲击在检测机构上，此时接近开关与转动机构形成错位，接近开关无法检测到信号，此时认为旋流器正常工作；当二段底流口被堵住，转动机构成自然状态，接近开关信号返回上传至PLC控制系统，在下位机中将程序段编译，输出低物料报警（与合格介质泵运行信号互锁），将输出信号与关联设备（给煤机、旋流器上游皮带）进行闭锁，达到报警停机的目的，如图3所示。
图3 底流口报警系统设备示意图
4 方案研究分析
4.1旋流器一、二段连接口堵塞保护研究分析
生产时旋流器的工作压力包含正常工作压力和旋流器二段入料口堵塞时的堵塞压力。两者大小都受当时生产的合介泵电机运行频率f、合介悬浮液密度ρ 的影响，因此本次的主要研究对象就是合介泵电机运行频率 f、合介悬浮液密度ρ与旋流器压力的关系。
4.1.1 压力采集
旋流器工作压力检测可以直接利用原有的压力传感器，取得的压力信号转换成 4-20 mA 连续的电流信号传入至集中控制系统。在旋流器二段入料口堵塞报警系统中，压力传感器就是输入环节。
4.1.2 频率 f、密度ρ与压力P之间的关系研究分析
根据液体流量公式:
(1)
式中：Q为流量：μ为流量系数，与阀门或管子的形状材质等有关：A为管子内径截面面积：P为管子内安装压力传感器处的压力：ρ为流体的密度(合介悬浮液密度)。
由公式(1)可得知，管子内的流量Q与压力P、密度ρ的关系，但我们需要研究的压力P与密度ρ之间的关系，所以由公式（1）得到以下公式:
(2)
由式(2)得知，Q2/2(μA)2可以作为一个常数，所以管道内流体压力P与密度ρ成正比。
4.1.3 实时曲线
旋流器工作压力实时曲线，是随合介悬浮液密度变动所变动的。本处采用一个量程 0-1.0 MPa的压力变送器，将压力信号转换为4-20 mA的模拟信号传输至模拟量输入模块，然后通过罗克韦尔组态环境与PLC之间进行组态及程序编辑，利用罗克韦尔组态环境的“实时曲线”功能，再加以参数设置，就能在罗克韦尔运行环境的界面上实时显示旋流器工作压力曲线。
4.1.4报警曲线
旋流器二段入料口堵塞时的堵塞压力随合介悬浮液密度的不同是不同的，但根据现场生产情况经验看，其旋流器工作压力比正常生产时的压力突然增大0.02 MPa（下面写到的P3值）以上，又迅速减小0.08 MPa即可判断旋流器二段入料口堵塞。具体的报警曲线参数设置如下：
1）正常生产中调节合介悬浮液密度（正常的洗选密度），使旋流器的工作压力稳定于旋流器额定工作压力范围之内，稳定一定时间后，记下此时旋流器工作压力P1、悬浮液密度ρ1。
2）生产中记下几个在上述密度附近发生旋流器二段入料口堵塞时压力P2值，然后选取一个最低值即可，以 P1-P2计算出堵塞时与正常生产时的差值 P3，P3也可使用过程中再进行优化。
3）则此时的旋流器二段入料口堵塞时的报警压力值P，可根据公式（2）计算：
（3）
式中：P为计算后生成的报警压力值；P1、P3、ρ1为为上述标定数据时记下的值，P3可以根据需要适当调整；ρ为正常生产中合介悬浮液密度，在生产中由于合介悬浮液密度是会有所变动，因此此处需输入合介悬浮液对应的数据地址。
如图4，细曲线代表实时工作压力，是压力传感器实时数据，粗曲线代表报警压力曲线，大约在02:59:28发生旋流器二段堵塞情况，其旋流器工作压力立即触及报警压力曲线，系统就会发出语音报警及闪烁的红色警示语“压力超限”，在02:59:28就已停机处理，反应处理速度非常快。
图4 报警系统压力曲线图
4.2旋流器二段底流口堵塞保护装置
如图5所示，旋流器二段底流口堵塞保护装置主要由探杆和接近开关组成，当二段底流口没有堵塞时，喷射出来的物料冲击在检测机构上，此时接近开关与探杆形成错位，接近开关无法检测到信号，此时认为旋流器正常工作；当二段底流口被堵住，探杆成自然状态，接近开关信号返回上传至PLC控制系统，输出低物料报警（与合格介质泵运行信号互锁），将输出信号与关联设备（给煤机、旋流器上游皮带）进行闭锁，达到报警停机的目的。
图5 二段底流口物料感应装置示意图
5 结论
通过研究合介悬浮液密度ρ与旋流器工作压力 P之间的关系，明确了旋流器工作时的报警压力曲线，满足不同合介悬浮液密度 ρ下实时智能检测旋流器工作情况。当旋流器二段入料口发生堵塞时，其旋流器二段入料口堵塞报警系统能及时的停止给煤，并发出语音报警和闪烁的红色警示语“低压报警”，及时的提醒集控人员采取措施处理；当旋流器二段底流口发生堵塞时，其旋流器二段底流口堵塞报警系统能及时的停止给煤，并发出语音报警和闪烁的红色警示语“底流口堵塞”，及时的提醒集控人员采取措施处理。杜绝了因集控人员疏忽不能及时发现旋流二段入料口堵塞，而造成的大量原煤进入精煤系统的情况发生，保证了精煤质量；也杜绝了集控人员不能及时发现旋流器二段底流口堵塞，而造成的大量矸石进入中煤系统的情况发生，保证了中煤质量；同时杜绝了次生事故的发生，如原煤进入精煤系统后量过大，造成精煤皮带压死、精煤离心机憋死等情况，有效的促进了洗煤厂的安全生产，减少了经济损失。该系统投入使用以来，得到广大人员的一致好评，使集控系统更加的智能化、自动化。
参考文献
[1]田绍泽. 巴关河选煤厂重介质旋流器精煤带矸原因与解决措施[J]. 煤炭加工与综合利用，2014(9)：13-16.
[2]李杰伟，刘绍威. 三产品重介质旋流器底流嘴防堵保护装置的研制与应用[J]. 煤炭加工与综合利用，2015(1)：18-19.
[3]欧战备`,徐康等. 解决无压给料三产品重介质旋流器排歼堵塞的方法[J]. 煤炭加工与综合利用，2009(2)：24-25.
[4]袁会康 ，朱泽建 ，张保健. 无压三产品重介旋流器二段入料口堵塞报警系统的研究与应用[J]. 煤矿现代化，2019(1)：93-95.
作者简介
倪恒球（1990-），男，安徽铜陵人，工程师，工学硕士，从事选煤管理工作。
论文作者:倪恒球,孙宗成
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/16
标签：旋流器论文; 二段论文; 悬浮液论文; 压力论文; 密度论文; 矸石论文; 工作压力论文; 《基层建设》2019年第26期论文;