一、背景及设计规范：

    根据国家安全监管最新要求，煤气柜属于“两重点一重大”的危险化学品重大危险源，煤气柜活塞安全监测系统能够满足国家应急中心及地方应急管理部门安全要求，其安全控制显示画面要动态显示并具有报警和安全连锁功能。保障了整个转炉煤气系统能够长期安全运行。设计方案参考：

1)煤气柜工程施工及验收规范( 中华人民共和国黑色冶金行业标准 YB 4410-2014)

2)工业企业干式煤气柜安全技术规范(中华人民共和国国家标准GB 51066-2014)

3)钢铁企业煤气储存和输配系统设计规范(中华人民共和国国家标准 GB 51128- 2015)

4)工业企业干式煤气柜安全技术规范( 中华人民共和国国家标准 GB 51066-2014 )

5)《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》安监总局 40 号令（安监总局79 号令修正）

6)《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》（国家安全监管总局以安监总管三〔2014〕116号)

应用：干式、湿式煤气柜（曼型、威金斯型、科隆型煤气柜）

二、概况：

   煤气柜作为钢铁企业重要的设施之一，在贮存煤气、调节煤气管网压力、合理使用能源、减少环境污染等方面发挥着重要作用。现场的煤气柜为干式煤气柜类型。威金斯型煤气柜对转炉回收的煤气具有储存、稳压、混合的作用，具有吞吐量大、日常维护及检修工作量少和使用寿命长等优点。煤气柜的安全运行对转炉煤气的回收利用、降低转炉冶炼能耗作用重大、意义深远。活塞作为威金斯型煤气柜的关键部件之一，在煤气柜工作过程中，活塞的升降垂直度直接影响到气柜正常工作和运行安全。如橡胶布帘破损将造成大量煤气泄漏，给人员和设备的安全带来严重的安全隐患，煤气回收生产将停止，将给活塞飘移量和倾斜度过大的，公司生产造成很大经济损失。活塞在上下升降过程中会出现颤动、扭动等现象，造成橡胶布帘产生皱褶，这是橡胶布帘破损的重要原因。特别是T挡板与柜体侧板之间的活塞飘移量偏大， 特别是高柜容时，活塞飘移量经常出现超过最大允许飘移量的情况，致使外圈橡胶布帘在柜体一侧翻卷不畅，甚至发生机械碰撞、挤压现象，这是造成橡胶布帘破损的主要原因。

      激光柜位计、气柜活塞漂移、气柜活塞倾斜、气柜活塞扭转产品，具有无接触、无侵入、测量端面小等优点，利用其激光相干性好、方向性强、发散角小、能量集中、穿透性好、微弱信号处理能力强、独特的软件算法和精密的望远光学镜头等特点来解决这一相应难题。海郅翰公司是一家专业从事光电技术开发应用的公司，在激光应用领域有独到的优势，结合当前气柜测量产品的局限性，推出激光原理的柜位计、活塞漂移设备与活塞倾斜，解决了气柜运行中安全检测的难题，弥补了国内此领域的空白。

    本套方案可以实现远程数据传输和现场显示；可以实时掌握气柜活塞运行数据，便于实现气柜与自动化生产流程控制；

三、产品优势：

1.量程大、测距、无盲区；

2.防爆设计、安装容易、可靠性高；

3.配备高温部件；

4.不受介质温度影响。不受温度变化影响；

5.非插入式测量，非接触测量；

6.测量速度快；

7.操作简单，可编程测量；

8.测量精确、高精度适合高要求项目；

9.分辨率高出一般仪表十倍；

10.具有除尘、蒸汽，高效的优点；

11.能够通过数字传输RS485、模拟输出4-20mA；

12.波束角小，适合长距离定位，避免障碍物；

13.可以斜角安装；

14.能在导电常数低的介质条件下测量；

15.可以在测量面不规则的情况下使用；

16.测量时不受周围噪音环境影响；

17.具有自我诊断功能；

18.产品认证：

四、方案实现：

1.基本原理

       气柜活塞激光测量设备是由激光监测传感器、固定法兰、防护罩等构成，根据激光的传播时间，通过内置的精确定时器。仪表为可见激光，通过激光能够准确对准测量目标进行精确测量。将激光设备安装在固定支架上，与柜顶连接牢固，连接部位应考虑柜顶走道振动因素，需加装减震弹簧或减震垫缓解振动对仪表测量过程中影响。通过4-20mA电流环或者RS485总线将数据传输到中央控制室进行监控。

        激光传感单元由半导体激光器发射连续或高速脉冲激光束，激光束遇到被测物体表面进行反射，光线返回由激光接收器接收。并精确记录精光自发射到接收之间的时间差，从而确定从激光到被测物之间的距离。距离物料表面的距离D 与脉冲的时间行程T 成正比：D=C×T/2 其中C 为光速。

2.测控方案—激光柜容

2.1用激光检测方法，实时获取柜位、用于气柜安全运行数据判断。安装示意图如下图一示：

图一：气柜柜位测量（柜顶安装）

           激光柜位计安装与气柜顶部，测量激光垂直照射活塞反射板上，对活塞的行程实时测量，将测量结果通过 4-20mA 电流环模拟输出或 RS485 Modbus 数字输出，经有线方式，将结果实时传送给控制器、总控机房的 PLC 系统或 DCS 系统中，同时可换算出柜容、柜速。

1. 气柜柜容与活塞倾斜激光反射板（膜）固定方式为：激光受光点固定 4 个可调螺杆，激光专用反射板（膜）随设

备配套，反射板四角开孔，孔径建议φ8mm。反射板（膜）水平安装与可调螺杆上方。找中心点可用吊铅锤方式。

2. 激光反射板（膜）正反面分为灰色面与白色面，灰色面朝上为激光受光面。

3. 反射膜为自粘式，撕开后即可贴在金属板上。

4. 防护罩制作考虑防雨，通风散热。

5. 现场仪表的安全保护接地，与就近设备接地网（≤4Ω）作等电位连接。

详细安装事项请致电本公司售后部门：025-87193400

二、气柜活塞平衡倾斜检测：

        激光活塞倾斜检测设备安装与气柜顶部，测量激光垂直照射浮盘反射板上，对活塞的行程实时测量，将测量结果通过4-20mA 电流环模拟输出或 RS485 Modbus 数字输出，经有线方式，将结果实时传送给控制器、总控机房的 PLC 系统或DCS 系统中。柜顶调平装置处选取对角均布安装 4-12 台（视气柜大小而定）防爆激光活塞平衡检测仪，为考虑夏冬季温差大，气柜外侧板变形会导致测量误差，为减少因季节变化导致柜体形变误差，激光活塞平衡检测仪设备应分东南、西北、西南、东北方位垂直安装，选用减震式安装方法，设备连接处选用减震弹簧或减震垫防止生产人员柜顶走动时带来的振动干扰了减少安装时误差，仪表内部可通过偏置参数±偏置数据，修正安装时产生的偏差。

图二：气柜活塞平衡倾斜检测（柜顶安装）

三、气柜活塞漂移检测：

图三：气柜活塞漂移检测（活塞环形走道外侧安装）

        威金斯卷帘式煤气柜（皮膜柜）是冶金行业中回收、储存转炉、高炉、焦炉煤气的重要设备设施。煤气柜运行中，活塞漂移异常，是导致煤气柜皮膜撕裂、破损、活塞坠落等安全事故的重要原因在同行业中时有发生。安装位置于测量位置-T 挡板走台与侧板间距，由于测量距离短，所以无需加装反射板。柜内环形设备通道对角均布安装 4-12 台（视气柜大小而定），安装方式为水平安装，配安装附件。实时监控柜内活塞的漂移度。通过柜内多个点位的实时测量，精准的显示出活塞在升降运行过程中的 T 挡板走台与侧板间距漂移数据。将测量结果通过 4-20mA 电流环模拟输出或 RS485 Modbus数字输出，经有线方式，将结果实时传送给控制器、总控机房的 PLC 系统或 DCS 系统中。

四、气柜活塞扭转检测：

        煤气柜活塞是随进气送气上下频繁运动的大型活动构件，在干式气柜是通过活塞内的煤气自身压力和钢丝绳配重装置保持平衡，为避免活塞在运行过程中发生扭转，气柜运行一段时间后，调平装置存在误差，各组调平钢丝绳受力及位置不均，活塞会出现扭转偏移，甚至出现活塞圆周旋转≥50mm，造成活塞失稳，橡胶膜纵向挤压破损，煤气泄漏等影响生产和发生重大安全事故风险；在稀油密封气柜中为控制气柜的旋转量，装有防回转装置，每套回转装置左右有两个滑块，靠磨损回转挡块中的两侧铜块来限制活塞扭转量，操作运行人员需定期进入柜内测量铜块的磨损来确定旋转量，有时旋转量大，会发生滑块受力太大脱落现象，活塞旋转量超标会引起气柜运行中的不畅，所以日常动态实时监测活塞圆周的旋转量至关重要，做好实时旋转量的监测、记录、存储、报警、联锁，发生旋转量超标提前及时报警，保证活塞旋转量控制在安全范围之内，超出范围报警联锁停止气柜运行，人为及时处理，防止事态扩大，保护气柜安全。

气柜活塞扭转检测（活塞环形走道钢缆安装）

工作原理

       海郅翰®HZH-DDJ-S 系列活塞扭转监测是采用激光物位仪测量配重钢丝绳的左右移动距其测量原理是测量固定点激光和配重钢丝绳之间的距离变化直接得到有效的扭转数据，测量点位 1-4 台（视气柜大小而定），在激光光线的水平的钢丝绳位置用卡扣固定一块 200mm*200mm 的薄钢板（防止激光脱靶），将激光物位仪固定安装在煤气柜内底部的工字钢立柱上，通过 PLCN 软件植入的计算公式精准得出扭转角度，用这种技术便于安装、免维护，这种技术测量有极好的精度和极低的功耗。可自由设定报警扭转度并输出 4-20mA 电流信号或标准 modbusrtu 协议 RS485 串口通讯方式至中控 PLC或 DCS 中心显示，达到保护气柜安全运行目的。

测控方案整体拓扑结构示意图：

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