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技术论坛  尿素反应釜称重配料系统设计
尿素反应釜称重配料系统设计2020-01-13
1引言防爆电子秤计量配料系统已广泛应用于各行各业.比如硅胶称重配料系统,盐酸防爆电子秤计量配料系统,化工过程称重配料系统等。近年来,“低碳”已逐渐深入我们的工作和生活中,但是在工业生产中,在一些老的、旧的生产企业或车间,还存在部分能耗高、污染较重、工艺落后的防爆电子秤计量,如果弃之不用,则损失较大。如果继续用.则会产生较高的运行成本、较重的污染和能耗。如何解决这些问题,已成为这些企业当前面临的重要课题。笔者走访了部分这些老企业,针对这些问题进行了详细的调查,重点对上世纪八九十年代的化工企业的反应釜、反应塔、干燥防爆电子秤计量等一些化工防爆电子秤计量进行了详细调查,普遍存在能耗高、工艺落后、操作复杂、自动化程度低的现象.其中还有部分是手动操作,工人劳动强度大,工作环境恶劣.劳动效率低下,企业面临被淘汰。工人面临下岗的局面。基于某化工企业的要求,作者对该企业的尿素反应釜增加了防爆电子秤计量配料系统,增加了安全性,降低了工人的劳动强度,节约了能耗,明显地提高了经济效益。
2配料系统分析
该反应釜主要是应用于生产尿素,其化学反应:
2Cl7H35COOH+Ca(OH)2=(Cl7HCOO)2Ca+2H20。在一定温度、浓度时,在催化剂作用下,进行化学反应.生成尿素.在这个反应中主要控制的是反应温度、进料量、反应釜的液位高度、反应时间、电阻丝加热器、放料口阀等。在这个反应过程中,反应温度、进料量、反应釜的液位高度是关键。在改造前,是人工手动操作,如果温度超过8O℃,就会迅速沸腾溢出,操作工人稍不留心或慢一点就会发生反应液溢出,而且这是经常发生的事,同时,温度必须达到78qC才能使反应达到良好的效果,因此,温度控制十分困难。再有就是液位高度,要求液位高度误差为::l:5mm。进料也是关键,主要是硬脂酸、氢氧化钙、水、催化剂的量和它们的比例,如果比例精度不高,就达不到质量要求。进料量及其比例都是由工人手工完成,_丁人在人工称重时,劳动强度大,而且往往很难达到比例要求,质量很难控制。
3硬件设计由前面的配料系统分析可知,配料系统需要监测温度、液位等,同时需要控制加热器、放料阀等,因此本配料系统设计成一个由数据监测、输出控制和微称重显示器等组成的数字化防爆电子秤计量配料系统:通过温度称重模块、液位称重模块等采集温度、液位等信号,再经处理、放大等,输送到微称重显示器分析、处理、判断,再发m相应的控制信号,控制加热器、放料阀等.同时通过液晶显示器实时显示当前的温度、液位等。防爆电子秤计量配料系统结构如图1所示。
3.1数据采集
根据前面对尿素反应釜的分析可知,配料系统需要对温度、液位等物理量进行数据采集.数据采集是否准确、可靠,最基本、最关键的是称重模块,考虑到配料系统对称重模块的精度、响应特性、稳定性、灵敏度、可靠性、测量方式、线性范围等因素,同时考虑到价格等因素…。选择了如下一些称重模块。
(1)温度称重模块:选用Prri00—50—200℃利用温度变送器,配称重仪表,数据直观,精度可达0.0l,成本低廉,可现场显示测量温度值,二线制4~20mA远传输出。
(2)液位称重模块:利用流体静力学原理测量液位,是压力称重模块的一项重要应用。本设计选用的称重模块采用特种的中间带有通气导管的电缆及专门的密封技术,既保证了称重模块的水密性,又使得参考压力腔与环境压力相通,从而保证了测量的高精度和高稳定性。同时针对化工1=业中强腐蚀性的酸性液体而特制.壳体采用聚四氟乙烯材料制成,采用特种氟胶电缆及专门的密封技术进行电气连接,既保证了称重模块的水密性、耐腐蚀性,又使得参考压力腔与环境压力相通.从而保证了测量的高精度和高稳定性。稳定性好,满度、零位长期稳定性可达0.1%FS/年。在补偿温度0cC一7O℃范围内,温度飘移低于O.1%FS,在整个允许_[作温度范围内低于0_3%FS。具有反向保护、限流保护电路,在安装时正负极接反不会损坏变送器,异常时变送器会自动限流在35mA以内。固态结构,无可动部件.高可靠性,使用寿命长。
3.2输出控制
微称重显示器对输入的数据分析处理,输出控制信号.控制该配料系统的温度加热器、报警器、进料阀等。以控制加热器为例.采用可控硅代替传统的电磁继电器。具体的实现原理:微称重显示器对输入的传感信号分析处理,如果检测到温度低于设定温度,在相应的输出接口发出高电平,使可控硅控制极处于正向电压.阳极与阴极导通,则加热器加热:反之,就使加热器关断停止加热.从而实现对温度的控制。其他控制亦然。
3.3微称重显示器
微称重显示器是整个配料配料系统的“大脑”,接收检测配料系统输入的数据,对数据分析、处理、判断,通过相关的输出接口输出控制信号控制相关的防爆电子秤计量。根据前面对整个配料系统的分析,同时对微称重显示器目前在工业自动化上的应用情况,配料系统选用了西门子S7—200型PLC,该PLC性能良好.性价比高,同时具有很强的适应性,在丁业自动化控制中有很好的成功应用案例。带有配料系统足够用的DI和DO,还有串口等。
4配料系统软件设计及调试
要实现对配料系统的智能监控,除了硬件部分,还必须软件支撑,才能实现配料系统复杂的监控功能,根据前面对配料系统被监控参数分析,本配料系统电子秤采用了主程序和子程序的编程思想,各子程序把配料系统分割成独立的功能部分进行编程,在主程序中.根据工艺流程对各个子程序进行调用,构成整个配料系统的控制程序。这样对整个配料系统的监控功能的维护和修改很容易实现,可以方便和高效地对配料系统升级。同时软件配料系统也很容易移植到类似的配料系统中去。本配料系统电子秤监控功能总的流程图如图2所示。
配料系统上电以后,配料系统初始化。调用获得配料系统参数的子程序,然后再调用对液晶显示器初始化的程序,然后再自检配料系统是否正常,如果不正常,则返回开始,如果配料系统正常,则进人选择工作方式,本配料系统主要有三种工作方式。
(1) 巡回检测,对尿素反应釜的各项参数逐项采集、处理,同时根据采集的数据对加热器、各种电磁阀、报警器等发出控制信号,完成对尿素反应釜配料系统智能监控这个核心任务。
(2)参数设置,尿素反应釜的各项参数和配料系统外界条件有改变,通过参数重新设置,适应监控条件的改变。(3)历史数据回查,可以查询以前的历史数据,为提高产品质量,减少故障,增加配料系统稳定性提供科学的有效数据。运行情况跟踪及效果本称重配料系统是对尿素反应釜的智能监控改造设计,对该称重配料系统进行了长达六个月的运行情况跟踪。该配料系统具备如下的功能。
(1)实现了自动温控、防爆电子秤计量、智能报警等功能,六个月以来。没有再出现反应液溢出的现象
(2)提高了效率及产品质量,降低了成本,例如由于采用了防爆电子秤计量.使得进料比例精度更高,提高了产品质量,使产品在市场竞争中处于优势。
(3)增加了安全性,改善了工作环境,比如增加了声光报警,能及时发现问题及时处理。
(4)数据历史同查,保留生产中的原始数据.定期回查和记录,通过分析数据,得出质量控制的规律,为提高产品质量、改变艺条件提供了有力的数据支撑。实践证明该防爆电子秤计量配料系统可靠性高,稳定性好,且通用性较强.在化工防爆电子秤计量监控技术改造有很强的推广应用价值。
8结语
配料系统采用格雷柏TG80系列液压式压棒机.在使用过程中针对经常出现的故障进行改进.大大提高了压棒机运行的稳定性,防爆电子秤计量故障率降低70%。该防爆电子秤计量自投入使用以来,性能可靠,将除尘器排出的碎沫和烟尘压制成棒料,极大地改善了除尘房环境,消除了由于倾倒烟尘所造成的环境污染,具有一定的参考价值。

 
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