利用質(zhì)量流量計解決200L手工灌裝誤差偏大的問題

王航洲 張 玻 王鑫鵬

1.中國石油潤滑油公司 蘭州潤滑油廠 （甘肅 蘭州 730060）

2.中國石油蘭州三葉公司 （甘肅 蘭州 730060）

中國石油蘭州潤滑油廠生產(chǎn)11大類185個品牌的潤滑油，其中包裝潤滑油339個規(guī)格。潤滑油廠共有14條自動灌裝線,其中200L自動灌裝線有4條，但在生產(chǎn)旺季仍無法及時保障市場需求，旺季每天缺貨近70個品種，其中200L大桶規(guī)格缺貨約20個左右，只能采用人工手動灌裝方式來保障市場急需。

人工手動灌裝大桶的計量儀器是500kg臺秤和裝油槍，灌裝方法是將臺秤設置在185.3～185.4kg位置（空桶皮重約15.3～15.4kg），當看到臺秤秤桿抬起瞬間快速關(guān)閉裝油槍，然后再對差量進行找補。這種人工灌裝方式的計量誤差與操作人員的熟練程度及責任心關(guān)系很大，生產(chǎn)效率低且計量誤差比較大。2010年11月份的抽查記錄顯示，當月手工灌裝122個大桶，其中32個桶計量誤差超標（手工大桶允許誤差-300g～+500g），負誤差最大欠量 1.8kg/桶，正誤差最多裝2.8kg/桶，200L手工灌裝的合格率僅為73%。

為此，蘭州潤滑油廠借助市場上一些成型的儀器設備，通過科研攻關(guān)研制了一款200L移動式灌裝機，解決了手工灌裝計量誤差偏大的問題。

1 方案的提出

1.1 功能要求

根據(jù)全自動灌裝線相關(guān)計量標準的要求，200L全自動灌裝機的計量誤差應控制在±200g以內(nèi)，灌裝能力應達到40桶/h，還應滿足輕便、緊湊、體積小、移動方便、操作簡單、成本低、進油連接頭能快速拆卸等要求。

1.2 移動式灌裝機市場現(xiàn)狀

目前市場上的200L移動式灌裝機生產(chǎn)廠家不少，但大多數(shù)技術(shù)更新較慢，不能適應我廠灌裝過程的工藝情況。如華東某廠的單頭移動式灌裝機，灌裝能力30桶/h，價格8萬元，其缺點是體積大、移動不方便、灌裝能力較低，大桶稱重時要在秤上搬上搬下，勞動強度較大。針對蘭州潤滑油廠調(diào)合裝置分布比較分散，灌裝機需要頻繁移動到各調(diào)合裝置去灌裝等特點，單頭移動式灌裝機對蘭州潤滑油廠不太適合，進一步的市場調(diào)研也沒能找到符合要求的200L移動式灌裝機。

1.3 方案的制定

質(zhì)量流量計具有計量準確度高，運行可靠等優(yōu)點，近幾年已經(jīng)在蘭州潤滑油廠油品計量方面得到了廣泛應用。依據(jù)企業(yè)標準 《油品灌裝計量控制規(guī)定》中對200L自動灌裝機計量準確度的要求，計量誤差應控制在-200g～+300g之間。如選擇示值誤差為±0.1%的質(zhì)量流量計，按照200L大桶灌裝170kg油量，其最大誤差=170×（±0.1%）=±0.17（kg），能滿足200L自動灌裝機對控制計量誤差的要求。

鑒于蘭州潤滑油廠用在油品接收、自動配料、定量輸轉(zhuǎn)等方面的13臺質(zhì)量流量計，其穩(wěn)定性、可靠性、準確性都得到大家的認可，確定了與西安某公司開展技術(shù)合作，研制移動式灌裝機的技術(shù)路線。技術(shù)方案是選擇質(zhì)量流量計計量油品數(shù)量，通過PLC完成計量控制和出口閥啟?？刂?，實現(xiàn)200L手動灌裝的準確計量，其控制流程見圖1。

2 移動式灌裝機研制

2.1 第1次現(xiàn)場測試

2011年3月底，第1臺樣機研制完成，使用的主要儀器為ZLJ7/B5型質(zhì)量流量計、CZL批量控制儀、電磁閥等。2011年3月31日～4月3日期間對第1臺樣機灌裝15W/40CD油品進行了首次測試，測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 樣機第1次測試數(shù)據(jù)

從表1測試數(shù)據(jù)看出，灌裝油品數(shù)量偏離目標值較大。通過對現(xiàn)場灌裝過程的觀察和計量誤差數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

（1）當油品壓力大于1.6MPa時，電磁閥無法打開灌裝；油品壓力較低時，電磁閥啟停速度太慢。

（2）在油品泵輸送量為1.7～5t/h時，灌裝速度是2～6min/桶,灌裝速度太慢。另外，所選的質(zhì)量流量計的量程偏小，輸送流量達不到7t/h的要求。

（3）批量控制儀軟件是固化的，不能根據(jù)工況變化調(diào)整軟件參數(shù)。

（4）灌裝槍上沒有安裝控制閥，管線內(nèi)的油品注入桶內(nèi)時油量無法控制。

2.2 第2次現(xiàn)場測試

結(jié)合第1次樣機測試發(fā)現(xiàn)的問題，對灌裝機進行了重新改造，電磁閥更換為1.6MPa的電動閥；質(zhì)量流量計更換為P系列產(chǎn)品，口徑擴大為DN40，提高了流量；灌裝槍上增加手動閥，通過手動或觸摸屏對灌裝槍啟停控制。2011年4月26～28日進行了第2次現(xiàn)場測試。此次測試，用8D液力傳動油和15W/40CD油品進行了灌裝測試，測試數(shù)據(jù)見表2。

從表2測試數(shù)據(jù)能夠看出，灌裝結(jié)果距離目標值仍然較大。通過對現(xiàn)場灌裝過程的觀察和計量數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

（1）新更換電動閥后，雖然能滿足在多種壓力下灌裝，但電動閥本身的啟停速度太慢，啟停時間在20s以上，造成灌裝量控制不準確。

（2）批量控制儀控制灌裝流程，操作界面數(shù)據(jù)太少，不利于操作者的觀察。

（3）當灌裝槍卡到桶口時，易將灌裝槍上的油漆刮入桶中，對油品造成污染，影響油品質(zhì)量。

（4）該樣機的外殼尺寸仍太大，結(jié)構(gòu)不緊湊、不美觀。

表2 樣機第2次測試數(shù)據(jù)

2.3 第3次現(xiàn)場測試

在總結(jié)前2次經(jīng)驗的基礎上，對樣機重新進行了改造，把電動閥改為氣動調(diào)節(jié)閥，用0.40MPa風壓控制 （除調(diào)和五單元外各裝置均有儀表風）；把CZL批量控制儀改為PLC控制器，利用軟件編程對灌裝過程實行粗裝、精裝分級控制。同時，在顯示系統(tǒng)中增加密度、溫度、瞬時流量、裝桶量等數(shù)據(jù)，可供操作者觀察和隨時修改控制參數(shù)，實現(xiàn)精確灌裝；灌裝槍采用不銹鋼材質(zhì)，避免了油品灌裝污染；結(jié)構(gòu)更加緊湊、美觀、方便移動。2011年6月27日～7月1日進行了第3次現(xiàn)場測試。第3次測試使用LDAB100空氣壓縮機油和15W/40CD油品，測試數(shù)據(jù)見表3。

從表3測試數(shù)據(jù)看出，灌裝誤差在±0.3kg，基本滿足灌裝控制要求，灌裝合格率也較原來手工灌裝大幅度提高。為使灌裝設備更加完善，灌裝控制準確度再有所提高，結(jié)合測試數(shù)據(jù)和現(xiàn)場測試情況，提出以下改進建議：

（1）將氣動調(diào)節(jié)閥的控制由“風關(guān)”改為“風開”，實現(xiàn)突然停風時自動關(guān)閥。

（2）增加當班裝桶自動計數(shù)功能，并且能夠自動更新。

（3）增加油桶裝滿聲音報警提示，方便操作者及時換桶灌裝。

（4）將控制按鈕牢固安裝在灌裝頭上，控制線與灌裝管線一起包裹保護，既安全又美觀。

表3 樣機第3次測試數(shù)據(jù)

3 移動式灌裝機的定型和評價

3.1 PLC多段控制原理

移動式灌裝定型機采用質(zhì)量流量計完成油品精確計量，用PLC多段（粗裝、精裝）控制，保證灌裝計量的準確，而且可在一定范圍內(nèi)進行流量調(diào)整，保證了灌裝170kg桶計量誤差控制在±0.2kg以內(nèi)，提高了手工裝桶的計量準確度，PLC多段控制原理見圖2。采用氣動調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)大流量灌裝控制，閥門啟停時間在3～4s，減少了因為閥門動作重復性引起的誤差，提高了灌裝能力和計量準確度。采用灌裝槍控制最后軟管段的殘留油品。使用觸摸屏顯示裝桶時實時數(shù)據(jù)，并保存歷史記錄。

裝桶時，通過觸摸屏輸入裝桶量，將灌裝槍放入桶內(nèi)，打開灌裝槍，按動灌裝槍上的啟動鍵開始灌裝；PLC控制閥門全開狀態(tài)，流量達到最大；當?shù)竭_提前量1時，PLC采集流量計的流量，通過瞬時流量調(diào)整閥門開度保證流量穩(wěn)定；繼續(xù)灌裝，當?shù)竭_提前量2時，關(guān)閉閥門，灌裝完成。

圖2 PLC多段控制示意圖

3.2 移動式灌裝機的定型檢測

2011年11月15～25日，對移動式灌裝機的灌裝能力、計量誤差、操作方便等進行測試。分別用黏度不同的 SF10W/30、HM46、8號液力傳動油、GL-5 85W/90油品進行了灌裝測試，測試數(shù)據(jù)見表4。

測試流量為2.4～7.3t/h,測試溫度為2.3～45.8℃，密度為847.1～896.1kg/m3，測試期間共灌裝了20桶油品，灌裝誤差都在±0.2kg范圍內(nèi)。

以HM-46油品為例，流量范圍為2.5～7.3t/h,灌裝溫度為2.3～32.5℃,灌裝單桶最大誤差0.2kg,平均誤差為0.061kg/桶 (以上數(shù)據(jù)為抽檢10桶平均所得)，灌裝一桶的時間在90s之內(nèi)。特別需要說明的是此次灌裝流量變化范圍較大，溫度變化也較大，灌裝機依然保持了比較好的重復性和比較高的灌裝準確度。

3.3 移動式灌裝機的測試評價

移動式灌裝機的適用油品黏度覆蓋了高、中、低等范圍,對2011年11月份、12月份，2012年1月份3個月200L移動式灌裝機計量數(shù)據(jù)抽查情況詳見表5。

表4 定型機測試數(shù)據(jù)

從表5可以看出，連續(xù)3個月200L移動式灌裝機灌裝的油品計量誤差全部滿足灌裝計量規(guī)定，合格率為100%，滿足了我廠對市場急需小批量、多品種油品灌裝要求，降低了成品油損耗。

200L移動式灌裝機與原手工臺秤灌裝效果對比見表6。

表5 200L手工移動灌裝機計量抽查數(shù)據(jù)

表6 移動式灌裝機與手工灌裝效果對比表

4 結(jié)束語

依托質(zhì)量流量計和PLC邏輯控制為核心組件的200L移動式灌裝機的研制成功，解決了生產(chǎn)瓶頸，使灌裝合格率從原來的80%提高到了99%以上，手工灌裝大桶的灌裝誤差能夠控制在±200g以內(nèi)，不但維護了昆侖品牌的優(yōu)質(zhì)形象，而且減少了全年超標灌裝油品造成的經(jīng)濟損失約11.6萬元，目前幾家用戶已經(jīng)與我廠簽訂了采購合同，取得了社會效益和經(jīng)濟效益的雙豐收。