氣動(dòng)送樣系統(tǒng)在試驗(yàn)室的應(yīng)用

吳瓊

(中核龍安有限公司，北京 100000)

1 概述

氣動(dòng)送樣系統(tǒng)在某試驗(yàn)設(shè)施的成功應(yīng)用，大大提高了送樣效率，也保證了有毒有害樣品輸送的安全，有必要總結(jié)其工程經(jīng)驗(yàn)，以更好的推廣。

大型化工系統(tǒng)和試驗(yàn)設(shè)施的流程特點(diǎn)，要求其在正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的待分析樣品，如何將它們及時(shí)、準(zhǔn)確、安全高效的送達(dá)分析站點(diǎn)呢？設(shè)計(jì)上采用了氣動(dòng)送樣系統(tǒng)，其特點(diǎn)如下：（1）系統(tǒng)采用可編程序控制器(PLC)控制，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)確保各部件動(dòng)作協(xié)調(diào)、可靠。（2）輸送速度快，可達(dá)到7～8m/s。（3）樣盒落地平穩(wěn)，確保盛放的待分析樣品安全。（4）發(fā)送過(guò)程全密封，系統(tǒng)排氣直接排入就近排風(fēng)系統(tǒng)。（5）系統(tǒng)兩端均設(shè)置有發(fā)送請(qǐng)求按鈕、發(fā)送指示燈和報(bào)警器裝置，避免系統(tǒng)誤操作的發(fā)生。（6）樣盒采用有機(jī)材料注塑而成，與管道間為軟摩擦，有效延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命。（7）樣盒的開(kāi)啟、關(guān)閉操作簡(jiǎn)便、安全、可靠。（8）所有處于試驗(yàn)箱室內(nèi)的零部件表面應(yīng)光滑，便于清洗去污。（9）收發(fā)裝置的工作、間歇及檢修狀態(tài)，均可確保系統(tǒng)與箱室氣氛隔絕。

2 氣動(dòng)送樣系統(tǒng)

2.1 送樣原理

氣動(dòng)送樣系統(tǒng)是利用實(shí)驗(yàn)室提供的一定壓力的潔凈空氣，在經(jīng)過(guò)減壓閥將壓力調(diào)節(jié)到0.35～0.65MPa作為動(dòng)力，把裝有試樣的樣盒沿輸送管線高速吹向另一端收發(fā)裝置，達(dá)到輸送試樣的目的。發(fā)送過(guò)程通過(guò)PLC對(duì)“道岔”旋轉(zhuǎn)角度的控制完成發(fā)送目的地的準(zhǔn)確定位，從而實(shí)現(xiàn)一對(duì)多發(fā)送試樣。詳見(jiàn)下面示意圖1。

2.2 系統(tǒng)發(fā)送過(guò)程

圖1 氣動(dòng)送樣原理示意圖

（1）分站操作人員按分站操作箱上“請(qǐng)求/允許發(fā)送”按鈕，總站對(duì)應(yīng)操作箱“請(qǐng)求/允許報(bào)警器”開(kāi)始報(bào)警，且觸摸屏自動(dòng)切換到相應(yīng)的畫面等待操作人員確認(rèn)，總站操作人員按畫面上的“請(qǐng)求/允許報(bào)警器”，總站的“請(qǐng)求/允許報(bào)警器”解除報(bào)警，同時(shí)分站的“請(qǐng)求/允許報(bào)警器”開(kāi)始報(bào)警表示對(duì)方站已允許發(fā)送，此時(shí)分站操作人員將裝有試樣的專用容器放入收發(fā)器內(nèi)并關(guān)好收發(fā)器，然后按“發(fā)送”系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。（2）系統(tǒng)在啟動(dòng)運(yùn)行之初，通過(guò)控制道岔電控箱中控制元件使道岔動(dòng)作到位，然后打開(kāi)分站的主吹氣路電磁閥，直到容器運(yùn)行到總站時(shí)再關(guān)閉該主吹氣路電磁閥，總站的“試樣到達(dá)報(bào)警器”開(kāi)始報(bào)警，提醒總站操作人員取出容器。（3）待總站操作人員取出容器，系統(tǒng)將停止報(bào)警，發(fā)送過(guò)程結(jié)束。（4）總站至分站的發(fā)送過(guò)程與上述過(guò)程類似，注意在發(fā)送前需要在觸摸屏上進(jìn)行發(fā)送請(qǐng)求及發(fā)送操作。

2.3 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)的主要組成部分有：收發(fā)裝置、收發(fā)裝置操作箱、觸摸屏操作箱、氣控箱、放氣裝置、分流裝置、光電檢測(cè)裝置、方向轉(zhuǎn)換器（道岔）、樣盒、電控柜、工控打印系統(tǒng)、安裝輔材等。

2.4 主要裝置

（1）收發(fā)裝置。收發(fā)裝置是安裝在試驗(yàn)箱室中，用來(lái)收發(fā)樣盒的裝置。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮操作可達(dá)性及易損件的更換，裝置自身及檢修等操作要安全簡(jiǎn)便。收發(fā)裝置的安裝注意事項(xiàng)：①安裝前,先測(cè)量預(yù)埋風(fēng)管端面到收發(fā)裝置安裝平面的距離不得大于3mm；②箱室中的收發(fā)裝置，需根據(jù)預(yù)埋管段的實(shí)際位置，調(diào)整安裝位置，可調(diào)范圍為1～4mm；③收發(fā)裝置的位置確定后，先將下方板點(diǎn)焊在工作臺(tái)面上，搖動(dòng)搖桿，確保收發(fā)裝置的各種動(dòng)作靈活后，再將下方板沿四周滿焊在工作臺(tái)面上；④收發(fā)裝置搖桿的位置左右均可，以滿足操作要求為安裝準(zhǔn)則；⑤收發(fā)裝置搖桿的起始位置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（2）收發(fā)裝置操作箱。收發(fā)裝置操作箱用于收發(fā)操作、電源指示、運(yùn)行指示、來(lái)樣報(bào)警等功能，外形尺寸盡可能小，便于安裝和操作。安裝注意事項(xiàng)：①安裝位置可選在分站的箱室外，安裝箱室前端300mm的工作平臺(tái)上或用戶指定位置；②操作箱的電纜引線應(yīng)采用穿管或線槽進(jìn)行敷設(shè)。

（3）觸摸屏操作箱。觸摸屏操作箱用來(lái)實(shí)現(xiàn)總站對(duì)多點(diǎn)發(fā)送及接收指令操作，同時(shí)具備電源指示、運(yùn)行指示、來(lái)樣顯示、報(bào)警等功能，操作簡(jiǎn)便、可靠。安裝注意事項(xiàng)：①安裝位置可選在總站用戶指定位置；②采用膨脹螺栓與地面固定；③其通訊網(wǎng)線及電源線應(yīng)穿管或利用線槽敷設(shè)至電控柜。

（4）氣控箱。為系統(tǒng)提供安全、可靠的壓縮空氣，具備主吹氣路、緩吹氣路，確保系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行?？傉練饪叵湓O(shè)計(jì)采用多合一形式，節(jié)約了空間，選用氣控元件要求可靠、耐用。安裝注意事項(xiàng)：①安裝位置可由用戶指定位置；②與地面或墻面固定；③接通壓縮空氣后無(wú)漏氣現(xiàn)象；④氣控箱安裝時(shí)需考慮可拆卸性，便于以后的日常維修。

（5）分流和放氣裝置。放氣裝置設(shè)有手動(dòng)截止閥便于系統(tǒng)維護(hù)、檢修時(shí)廢氣不泄露。分流裝置裝置安裝在輸送主管與放氣裝置之間，實(shí)現(xiàn)壓縮空氣的分流。安裝注意事項(xiàng)：①放氣裝置安裝在箱室外；②分流裝置裝置具體安裝位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定；③根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況盡量將設(shè)備垂直安裝；④放氣裝置位置要便于維修；⑤分流裝置必需安裝在收發(fā)裝置上端和90°彎管下端的管段間，確保樣盒能夠下落到收發(fā)裝置中。

（6）光電檢測(cè)裝置。安裝在放氣裝置及道岔附近，檢測(cè)樣盒的到位狀態(tài)，為PLC提供檢測(cè)信號(hào)。安裝注意事項(xiàng)：①盡量保證光電開(kāi)關(guān)與地面平行，并且要便于維修；②收發(fā)裝置處的光電裝置應(yīng)安裝在距離分流裝置2～5m處；③道岔處光電裝置應(yīng)安裝在只有一根輸送主管的道岔側(cè)，距其端面的距離應(yīng)小于1m。

（7）方向轉(zhuǎn)換器——“道岔”。安裝在多條輸送管線中間，將樣盒由總站發(fā)送到不同分站的轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多發(fā)送形式，選用伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，定位準(zhǔn)確，安全、可靠。安裝注意事項(xiàng)：①道岔的安裝位置和方向要便于維修；②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況制作支架，將道岔支撐穩(wěn)固；③道岔應(yīng)和地面保持平行，無(wú)特殊要求執(zhí)行安裝自由誤差；④靠墻放置時(shí)伺服電機(jī)應(yīng)朝外；⑤可就近從廠區(qū)空壓管引出一路氣源，引至道岔上的減壓閥；⑥電機(jī)的信號(hào)及電源插頭均應(yīng)向外并留有至少0.2m的裕量，便于拆卸電機(jī)；⑦道岔抱閘氣缸氣管連接不得折成死彎，應(yīng)呈大圓角圓弧狀進(jìn)行連接。

（8）樣盒。樣品瓶是發(fā)送或接收的載體，便于抓取、打開(kāi)、關(guān)緊等動(dòng)作的操作，同時(shí)內(nèi)部需含有保護(hù)試樣瓶的襯墊，確保試樣瓶在管道中安全運(yùn)行。不同的設(shè)計(jì)取樣原理，樣品瓶的形式有所不同。因此可以根據(jù)樣品瓶的大小和形式的不同，針對(duì)性的設(shè)計(jì)樣盒，改變樣盒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外形尺寸和輸送管路，滿足樣品輸送的要求。

3 管道試驗(yàn)

每段管道焊接完畢后，去除焊渣，檢查是否存在漏焊、焊透等缺陷，并利用專用量規(guī)進(jìn)行100%通過(guò)性檢測(cè)，無(wú)卡塞現(xiàn)象后方可進(jìn)行下一管段安裝。設(shè)備與設(shè)備之間或部分管道間安裝完畢后進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，通入0.4MPa壓力并保持5min，用涂刷肥皂水的方法檢查連接口處的氣密性，無(wú)氣泡產(chǎn)生即為合格。

4 可靠性和安全性

試驗(yàn)設(shè)施的氣動(dòng)送樣系統(tǒng)在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)前，進(jìn)行了大量的驗(yàn)證性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明了該系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定輸送試樣的可靠性。同時(shí)，針對(duì)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和結(jié)果進(jìn)行了整改，如對(duì)樣盒的顏色、樣盒材質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和填料材質(zhì)進(jìn)行了修改，目的分別是更好保證光電探測(cè)的準(zhǔn)確性、增加樣盒的耐磨性和力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)修改以適應(yīng)不同樣品瓶和增加填料的緩沖性能和吸水性能。即使樣品瓶在不可知條件下（超出設(shè)計(jì)預(yù)想的）發(fā)生破損，首先填料能夠很好的吸收水溶液；其次樣盒依然能保證密封有毒有害物料。若樣盒同樣失去包容功能還有兩端在箱室中的封閉管道系統(tǒng)。同時(shí)系統(tǒng)與排風(fēng)系統(tǒng)相連，保證氣流方向始終向系統(tǒng)內(nèi)部。這些屏障的設(shè)置和考慮能夠很好的保證安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）氣動(dòng)送樣系統(tǒng)應(yīng)用于化工系統(tǒng)和試驗(yàn)設(shè)施可有效提升送樣效率。

（2）氣動(dòng)送樣系統(tǒng)具有較好的安全性和可靠性。

（3）氣動(dòng)送樣系統(tǒng)的安裝要求較高，需加強(qiáng)安裝管理。

（4）氣動(dòng)送樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序：①首先確定取樣點(diǎn)和取樣方式，進(jìn)而確定取樣瓶的類型；②根據(jù)取樣瓶類型有針對(duì)性的設(shè)計(jì)樣盒結(jié)構(gòu)和外形尺寸；③再根據(jù)樣盒外形尺寸確定管道管件型號(hào)和參數(shù)；④最后完成系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)和布置。

氣動(dòng)送樣系統(tǒng)具有輸送效率高、安全、可靠和自動(dòng)控制的特點(diǎn)，已具備在大型化工系統(tǒng)和試驗(yàn)設(shè)施應(yīng)用的條件。