固體化學(xué)藥劑自動(dòng)加料裝置

(上海三鼎工程技術(shù)咨詢有限公司 ， 上海 201108)

固體化學(xué)藥劑自動(dòng)加料裝置

王學(xué)珍

(上海三鼎工程技術(shù)咨詢有限公司，上海201108)

本文介紹了固體輸送方式的分類，引出新型固體化學(xué)藥劑自動(dòng)加料裝置工藝流程。介紹新型自動(dòng)加料裝置中閥門的選擇、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及其加料量的控制。

固體 ; 自動(dòng)加料 ; 閥門 ; 控制

隨著自動(dòng)化程度的提高，在化工生產(chǎn)過(guò)程中，尤其是固體化學(xué)藥劑的配置涉及涂料油墨行業(yè)，固體物料的輸送及加料可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。為提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益，合理準(zhǔn)確地控制固體物料加料或系統(tǒng)配置，設(shè)計(jì)了一套固體多功能自動(dòng)加料設(shè)備，此設(shè)備可實(shí)現(xiàn)固體物料的定時(shí)、定量自動(dòng)加料。固體自動(dòng)加料系統(tǒng)以氮?dú)饣驂嚎s氣體為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)壓力輸送或負(fù)壓輸送固體物料。能否精確、安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期穩(wěn)定地輸送原材料，是保證裝置正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。此套系統(tǒng)以順序控制系統(tǒng)為主?；どa(chǎn)過(guò)程中很多涉及到固體化學(xué)藥劑的配置及添加，本文采用開式正壓和負(fù)壓輸送線相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了固體化學(xué)藥劑的自動(dòng)添加。

1 固體輸送方式分類

1.1 按照氣力輸送狀態(tài)分類

①稀相氣力輸送：主要依靠高速氣流的動(dòng)能輸送流體。氣流流速高，固氣比低，物料懸浮在管中或部分固體沉積在管底，物料在輸送管內(nèi)的流速快，管道和固體顆粒磨損嚴(yán)重，除塵困難。因此只適用于小顆粒、比重輕的物料，不適用于大顆粒、比重相對(duì)大的固體物料。②密相氣力輸送：主要利用氣流所擁有的能量或利用氣流的靜壓輸送物料[1]。相對(duì)稀相輸送具有流速低、壓力低、對(duì)管道及物料磨損小等優(yōu)點(diǎn)。只要物料顆粒的內(nèi)摩擦角大于壁摩擦角就可采用此類方式輸送[2]。

1.2 按照氣力輸送壓力

負(fù)壓式氣力輸送裝置：即利用真空泵、風(fēng)機(jī)等產(chǎn)生真空的設(shè)備在高點(diǎn)或者終點(diǎn)把輸送管道內(nèi)抽吸為負(fù)壓，固體物料和空氣一起被抽吸入預(yù)定設(shè)備。因真空強(qiáng)度的限制，此種方式只適用于短距離輸送且壓差小的輸送。壓力輸送裝置：即利用氣體的壓力將固體物料輸送到預(yù)定地點(diǎn)。此種方式適用于短距離和長(zhǎng)距離輸送。

2 固體化學(xué)藥劑特點(diǎn)

化工裝置生產(chǎn)中很多涉及到固體化學(xué)藥劑的配置，比如將固體氫氧化鉀配置成20%的溶液，配置罐一般離地面有一定高度(>2 m)，人工搬運(yùn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，人員長(zhǎng)期接觸化工原料對(duì)身體健康也有不利影響。油墨涂料行業(yè)，鈦白粉、炭黑等其它顏填料的添加，都涉及到固體化學(xué)藥劑的輸送問(wèn)題，人工添加會(huì)有很大粉塵，有一部分物料具有化學(xué)刺激性氣味，對(duì)車間及人員造成職業(yè)病危害。

固體化學(xué)藥劑一般為粉狀、粒狀或片狀，相對(duì)比重比較大，有些具有化學(xué)腐蝕性、毒性及化學(xué)刺激性氣味。輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)不好將造成固體物料沉積，繼而堵塞管道，影響整個(gè)系統(tǒng)的操作。固體化學(xué)藥劑的自動(dòng)化添加及輸送就顯得尤為重要，可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度, 降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)應(yīng)滿足盡可能少的化學(xué)粉塵飛揚(yáng)，減少固體化學(xué)藥劑的損失，減少職業(yè)病危害的發(fā)生。

3 新型固體化學(xué)藥劑自動(dòng)加料流程

新型固體化學(xué)藥劑輸送方式流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 工藝流程簡(jiǎn)圖

本固體化學(xué)藥劑自動(dòng)加料由開式正壓和負(fù)壓輸送線相結(jié)合組成，兼具正壓和負(fù)壓輸送方式的優(yōu)點(diǎn)。輸送介質(zhì)為氮?dú)?，輸送的產(chǎn)品為固體顆?；蚬腆w粉末，系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力根據(jù)裝置需要，間歇操作和連續(xù)操作，運(yùn)行周期根據(jù)需要通過(guò)順序控制實(shí)現(xiàn)。固體物料通過(guò)噴射泵將袋裝或桶裝物料抽吸到儲(chǔ)罐D(zhuǎn)-101中，D-101入口管下部有金屬絲網(wǎng)，部分吸潮結(jié)塊的大塊物料被阻擋上方，待儲(chǔ)罐D(zhuǎn)-101物料加足后，停噴射泵；物料通過(guò)旋轉(zhuǎn)加料器均勻加入到在線噴射器即正壓輸送管道中，利用氮?dú)饣驂嚎s空氣將物料壓送到目標(biāo)料倉(cāng)上的袋濾器D-102中。輸送氣體經(jīng)過(guò)袋濾器的過(guò)濾作用，物料落入袋濾器錐底儲(chǔ)存，過(guò)濾后滿足排放要求的尾氣經(jīng)真空噴射泵后排入大氣中。旋轉(zhuǎn)閥的漏氣也通過(guò)氣管引到袋濾器中進(jìn)行排放。運(yùn)輸完畢后，打開袋濾器D-102錐底的氣動(dòng)蝶閥，物料通過(guò)其下料口落入配置槽或需要加料的設(shè)備D-103。真空噴射泵同時(shí)兼具管道堵塞，通過(guò)抽吸作用直接將物料加入袋式過(guò)濾器或疏通堵塞管道的作用。 該裝置操作方便，靈活性高，無(wú)粉塵污染。

4 閥門選擇

新型固體物料輸送方式由PLC順序控制自動(dòng)控制完成[4]?？刂葡到y(tǒng)由可編程序控制器PLC、旋轉(zhuǎn)加料閥、自動(dòng)控制切斷閥等組成。實(shí)現(xiàn)功能：現(xiàn)場(chǎng)控制，將信號(hào)送至DCS后可以通過(guò)DCS組態(tài)，控制加料間隔周期、加料質(zhì)量，記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)，修改操作參數(shù)。每座受料倉(cāng)設(shè)有上限及下限電容式料位開關(guān)，以此判斷料倉(cāng)是否允許裝填。聯(lián)鎖控制程序中加入自動(dòng)/手動(dòng)切換功能后，則可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。整個(gè)送料過(guò)程可以在全自動(dòng)的情況下完成，只要PLC 檢測(cè)到后續(xù)工序給出的送料信號(hào)，則聯(lián)鎖控制程序自動(dòng)執(zhí)行送料過(guò)程。

閥門的選擇對(duì)操作的穩(wěn)定性至關(guān)重要，尤其是固體物料閥門的選擇。固體化學(xué)藥劑易沉積管底，不易吹凈，閥門選擇不當(dāng)，易造成閥門卡死或關(guān)閉不嚴(yán)。閥門IV001流通介質(zhì)為純氣體，閥門可以為閘閥或球閥，無(wú)特別要求；閥門IV002和IV003為固體顆?；蚬腆w粉末，可以選擇刀閘閥或C型球閥。刀閘閥可刮除密封面上的黏著物，自動(dòng)清理雜物。C型球閥(六分之一球面結(jié)構(gòu))采用雙偏心結(jié)構(gòu)，球體和閥座只在密封時(shí)才接觸，其余行程均為無(wú)摩擦無(wú)磨損運(yùn)動(dòng)，開啟輕便快捷，關(guān)閉時(shí)球面相對(duì)閥座漸入運(yùn)動(dòng)，對(duì)球面上沾敷物料有剪切作用，實(shí)現(xiàn)自清潔功能。 全通徑、無(wú)物料滯留區(qū)，介質(zhì)一直處于流動(dòng)狀態(tài)，能有效解決介質(zhì)的沉積閥門無(wú)法關(guān)閉嚴(yán)等問(wèn)題，且閥門關(guān)閉時(shí)，無(wú)死腔存在。彎頭選用大半徑彎頭，比如6D或8D，以減少管道阻力。

5 控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)儀表的設(shè)計(jì)原則

新型自動(dòng)加料控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)較少，采用小型PLC系統(tǒng)即可滿足手自控制及操作需求。在控制系統(tǒng)安全性和可靠性出發(fā)，系統(tǒng)供電、控制器、卡件、及用于控制回路的I/O卡件等均采用冗余設(shè)計(jì)。PLC控制系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大, 可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作狀態(tài)顯示、歷史記錄調(diào)取、各種聯(lián)鎖邏輯控制、順序控制及運(yùn)算功能, 且組態(tài)便捷, 可使現(xiàn)場(chǎng)及DCS操作維護(hù)工程輕松便捷的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)及修改，實(shí)時(shí)監(jiān)控和操作，PLC人機(jī)交互操作界面友好。

一般固體物料輸送現(xiàn)場(chǎng)粉塵較大且易燃易爆，為粉塵爆炸防爆環(huán)境,現(xiàn)場(chǎng)儀表根據(jù)工藝需求選用隔爆型儀表。PLC現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)通訊至DCS控制室進(jìn)行狀態(tài)指示及聯(lián)鎖控制，DCS可根據(jù)存儲(chǔ)的聯(lián)鎖控制程序進(jìn)行聯(lián)鎖控制，啟閉相關(guān)閥門，實(shí)現(xiàn)DCS控制室操作，引入聯(lián)鎖控制回路保障各設(shè)備處于正常操作狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)固體物料的自動(dòng)加注。

6 加料量的控制

固體化學(xué)藥劑的添加量可由源頭控制加入量，也可把D101儲(chǔ)罐先裝填好物料量，由D102罐的液位高度或大小決定加入量，通過(guò)調(diào)整自動(dòng)加料器的加料頻率，靈活控制固體物料的加料量。固體化學(xué)藥劑自動(dòng)加料系統(tǒng)以間歇生產(chǎn)過(guò)程為主，其主要以順序控制系統(tǒng)和批量控制系統(tǒng)為主。此系統(tǒng)全封閉操作，無(wú)粉塵，對(duì)操作現(xiàn)場(chǎng)無(wú)污染，且系統(tǒng)傳動(dòng)部件少，易于檢修維護(hù)。

7 結(jié)論

新型固體化學(xué)藥劑自動(dòng)加料系統(tǒng)吸取了正壓和負(fù)壓輸送方式的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)固體物料的自動(dòng)添加。含有固體物料的閥門選擇刀閘閥或C型球閥可大大降低管道的堵塞，實(shí)現(xiàn)裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。加料量可以根據(jù)起始罐或者中間罐的體積自由選擇。該裝置適用于化學(xué)藥劑的配置及油墨涂料行業(yè)，前景廣泛。

[1] 羅駒華,高敬國(guó).密相氣力輸送系統(tǒng)的比較[J].水泥工程，2002,5,15-17.

[2] 黃 標(biāo).氣力輸送[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1984.

[3] 李 勇.粉、粒狀固體物料氣力輸送技術(shù)[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程,2002(5):44-48.

[4] 朱向晅.氣力輸送系統(tǒng)的自動(dòng)控制[J].石油化工自動(dòng)化，2007(2):48-52.

TQ056.8

B

1003-3467(2017)08-0060-02

2017-06-10

王學(xué)珍(1983-)，男，工藝工程師，從事化工工程設(shè)計(jì)工作，電話：18916699332，E-mail:zhenwx@126.com。