聚丙烯裝置計量進料系統的改造
發布時間：2017-11-22
1前言
廣州石油化工總廠4×104t/a聚丙烯裝置為進行聚丙烯專用料及改性料的生產,需要在造粒過程中加入較多特殊的添加劑。原生產中添加劑是隨穩定劑一起加入,系統殘留大,使貴重的添加劑浪費20%以上。為此計劃利用因工藝改進后閑置不用的DB穩定劑加料系統作為添加劑專用加料系統,但其計量進料器Z-505的加料能力僅為30kg/h,現加料能力需擴大為200kg/h,所以需對原進料系統進行改造。
2原計量進料系統
原DB穩定劑計量進料系統是意大利“CIFA”公司產品,包括加料劑貯罐、下料控制閥、計量進料器(電子秤)和控制器等,是失重式進料系統。
2.1工作原理
進料器包括料斗和物料,放置在重量傳感器上由重量傳感器稱重,把重量信號傳送至控制器,計算流量并與流量設定值比較,進行PI調節,輸出信號控制調速馬達轉速,馬達帶動螺桿旋轉進料,從而調節流量。這其實是定值調節系統。
在下料期間流量計算公式為:
FN= (GN-GN-1)/T
式中:T―――采樣周期;GN―――本次采樣重量;GN-1―――上次采樣重量。
在料斗填料期間,無法進行失重計算,此時流量設定為FN= FN-1,即控制器不作流量計算,取填料前的流量值,輸出也不變,因填料時間很短,約1~5個采樣周期,因此對流量調節影響不大。
2.2氣流干擾
該聚丙烯裝置的造粒工段共有三套同類型的計量進料器Z-503(7 000 kg/h)、Z-504(80 kg/h)、Z-505(30 kg/h),其中小容量的進料器Z-504、Z-505流量波動較大,經反復觀測,是因下料控制閥打開,物料從貯罐下到進料器料斗時形成的氣流對電子秤造成的影響,并且對小容量電子秤影響更明顯。三套計量進料系統的排放氣到袋濾系統的管線間有連通,故幾套進料系統的下料氣流會對電子秤造成相互影響。例如Z-503下料控制閥打開下料時,氣流對Z-504、Z-505干擾較大,當Z-504流量設定值為18 kg/h,采樣周期為0.2 s時,每個采樣周期的失重量僅為1 g,對干擾相當靈敏,正常操作期間氣壓為0.04 kPa,Z-503下料控制閥打開下料時,氣流壓力快速上升至0.26 kPa,使流量瞬間在設定值上下波動達3.3 kg/h,系統不穩定,致使系統精度往往達不到±1%的設計要求。
2.3抗氣流干擾措施
原計量進料器本身結構無抗氣流干擾設計,只能通過合適設置控制器的調節參數及改造外部排放氣系統來減少氣流的影響。①提高采樣周期,增大調節作用,抗干擾能力增大,流量較穩定,但增加了整個系統的應答時間,會使系統的計量精度下降;②進料器料斗的排氣管線與排放氣袋濾系統分離,在其排氣口上扎上過濾帶,隔絕其它進料系統的排放氣通過排氣口對電子秤造成沖擊,以防產生虛假的流量波動,致使控制器執行錯誤的調節。實施上述兩項抗干擾措施后效果明顯,進料器流量較穩定,但粉塵通過過濾帶直接排空,會造成環境污染,而且過濾帶須定期更換清洗,否則長時間后過濾帶孔被粉塵堵塞,氣流排放受阻。這只能作為臨時措施,待有機會可作進一步改造:把貯罐下料排放氣管線與進料器料斗的排放氣管線獨立,各自加裝袋濾器,使各套進料系統下料氣流的相互影響消除。
3改造后的計量進料系統
因原計量進料器本身無法克服氣流干擾,而添加劑進料要求精度高,所以在Z-505進料系統改造時,不是單純選用更大容量的進料器,而是采用更為先進的瑞士K-TRON公司專為需高精度進料過程而設計的組合型螺桿計量進料機及其控制驅動系統,原物料貯罐、下料控制閥等依舊,增加混料機,使人工混料改為機械混料,并采用單獨的排放氣袋濾系統。系統工藝流程見圖1。
3.1控制原理
K-TRON組合型螺桿計量進料機也是一種失重式進料器,稱重傳感器在微小的時間間隔(采樣周期)內測量重量,并把信號送到K-10SU單機控制器,在單位時間內失去的物料重量就等于實際流量,控制器把其與流量設定值相比較,輸出調節信號去馬達控制器作設定值,馬達的轉速同時被測速傳感器檢測送至馬達控制器,如果轉速實際值與設定值有誤差,馬達控制器就調整驅動信號,控制馬達帶動螺桿旋轉進料,使實際的馬達速度趨向于設定值。這是一個串級調節回路,系統的精度可達到流量給定值的±0.25%,精確度及可靠性都很高。控制系統框圖如圖2所示。
3.2工作過程
3.2.1下料過程
下料過程按失重式進料操作,并把物料重量和對應的進料器馬達轉速等數據存儲在控制器內。物料連續不斷地從進料器料斗中卸下,當其料位達到設定的低位時,在下料的同時進料器料斗還須填料。
3.2.2填料過程
在填料過程中,物料的失重不能計算,馬達的速度是由控制器根據失重式操作期間的平均值和相對應的物料重量不斷計算新的驅動信號來調節的,因為在填料時,料斗物料的數量增加會直接影響螺桿的充滿度,馬達速度還需隨著料斗料位的增加而改變。而且控制器在填料過程中減緩控制回路的操作程序,縮短測量物料的時間間隔,這樣可以縮短控制器的反應時間,避免料斗的過量填料。當物料到達高位時,就停止填料操作,但控制器并不會立即開始失重式操作,而是經過數秒延時,待下料氣流通過排氣消除且重量傳感器穩定下來后,系統再進行失重式進料操作。
工作過程中的進料器重量、料位及馬達轉速曲線如圖3所示。
3.3壓力補償及排氣
3.3.1物料出口壓力補償
失重式進料器的物料出口處通常有壓力改變的現象,無形中產生一股向上推力,會影響到重量測量的準確度,K-TRON進料器上有一個出口壓力補償裝置,相當于杠桿作用一樣,把這推力引到負荷傳感器上,可以抵消多達5 kPa向上的推力。
3.3.2物料入口壓力補償及排氣
進料器料斗填料和填料后,料斗內的氣體空間由物料所占據,產生一股向下的推力,重量的測量精度受到影響,這股氣體必須排送出去,否則被困的氣體使物料的堆密度產生變化,無形中影響到重量的測量以及螺桿的轉速,整個進料系統的精度就會降低。K-TRON進料器通過圖4所示的排氣管結構,A1面積和A2面積相等,則F1= F2,抵消了這股壓力的變化并把多余的氣體排出。
3.4重量傳感器
該套計量進料機采用了K-TRON公司的具有更高分辨率及可靠性的第三代重量傳感器K-SFT,它內部只有一條在磁場中的振動弦,傳感器的外部負荷通過K-SFT特別的機械結構傳達到振動弦,振動弦拉緊后使其共鳴頻率改變,振動弦所感應的電壓經由放大器放大,然后轉換成電流回饋到振動弦,同時重量傳感器內部的微處理器計算出對應的重量,再經過線性化處理及溫度補償后,重量信號通過RS485傳送到控制器。K-SFT具有下列特點:①分辨率高(1 000 000 ppm)、精度高;②只需在工廠作一次校準;③內部有微處理器、EEPROM,具有線性和溫度補償功能;④堅固密封的保護外殼及信號RS485方式傳送,大大減少EMC的影響,長距離傳送不受干擾。
4結束語
Z-505計量進料系統改造后,失重式螺桿進料系統控制正常,進料流量穩定,克服了下料氣流的影響,比Z-504計量進料系統單純改造外部排氣系統的效果更好,計量更準確。使加入造粒機的添加劑更加均勻,提高了產品質量及生產的靈活性,改善了產品結構,降低了貴重添加劑的系統殘留,提高了經濟效益。
摘自：中國計量測控網
