聚丙烯装置计量进料系统的改造
发布时间：2017-11-22
1前言
广州石油化工总厂4×104t/a聚丙烯装置为进行聚丙烯专用料及改性料的生产,需要在造粒过程中加入较多特殊的添加剂。原生产中添加剂是随稳定剂一起加入,系统残留大,使贵重的添加剂浪费20%以上。为此计划利用因工艺改进后闲置不用的DB稳定剂加料系统作为添加剂专用加料系统,但其计量进料器Z-505的加料能力仅为30kg/h,现加料能力需扩大为200kg/h,所以需对原进料系统进行改造。
2原计量进料系统
原DB稳定剂计量进料系统是意大利“CIFA”公司产品,包括加料剂贮罐、下料控制阀、计量进料器(电子秤)和控制器等,是失重式进料系统。
2.1工作原理
进料器包括料斗和物料,放置在重量传感器上由重量传感器称重,把重量信号传送至控制器,计算流量并与流量设定值比较,进行PI调节,输出信号控制调速马达转速,马达带动螺杆旋转进料,从而调节流量。这其实是定值调节系统。
在下料期间流量计算公式为:
FN= (GN-GN-1)/T
式中:T―――采样周期;GN―――本次采样重量;GN-1―――上次采样重量。
在料斗填料期间,无法进行失重计算,此时流量设定为FN= FN-1,即控制器不作流量计算,取填料前的流量值,输出也不变,因填料时间很短,约1~5个采样周期,因此对流量调节影响不大。
2.2气流干扰
该聚丙烯装置的造粒工段共有三套同类型的计量进料器Z-503(7 000 kg/h)、Z-504(80 kg/h)、Z-505(30 kg/h),其中小容量的进料器Z-504、Z-505流量波动较大,经反复观测,是因下料控制阀打开,物料从贮罐下到进料器料斗时形成的气流对电子秤造成的影响,并且对小容量电子秤影响更明显。三套计量进料系统的排放气到袋滤系统的管线间有连通,故几套进料系统的下料气流会对电子秤造成相互影响。例如Z-503下料控制阀打开下料时,气流对Z-504、Z-505干扰较大,当Z-504流量设定值为18 kg/h,采样周期为0.2 s时,每个采样周期的失重量仅为1 g,对干扰相当灵敏,正常操作期间气压为0.04 kPa,Z-503下料控制阀打开下料时,气流压力快速上升至0.26 kPa,使流量瞬间在设定值上下波动达3.3 kg/h,系统不稳定,致使系统精度往往达不到±1%的设计要求。
2.3抗气流干扰措施
原计量进料器本身结构无抗气流干扰设计,只能通过合适设置控制器的调节参数及改造外部排放气系统来减少气流的影响。①提高采样周期,增大调节作用,抗干扰能力增大,流量较稳定,但增加了整个系统的应答时间,会使系统的计量精度下降;②进料器料斗的排气管线与排放气袋滤系统分离,在其排气口上扎上过滤带,隔绝其它进料系统的排放气通过排气口对电子秤造成冲击,以防产生虚假的流量波动,致使控制器执行错误的调节。实施上述两项抗干扰措施后效果明显,进料器流量较稳定,但粉尘通过过滤带直接排空,会造成环境污染,而且过滤带须定期更换清洗,否则长时间后过滤带孔被粉尘堵塞,气流排放受阻。这只能作为临时措施,待有机会可作进一步改造:把贮罐下料排放气管线与进料器料斗的排放气管线独立,各自加装袋滤器,使各套进料系统下料气流的相互影响消除。
3改造后的计量进料系统
因原计量进料器本身无法克服气流干扰,而添加剂进料要求精度高,所以在Z-505进料系统改造时,不是单纯选用更大容量的进料器,而是采用更为先进的瑞士K-TRON公司专为需高精度进料过程而设计的组合型螺杆计量进料机及其控制驱动系统,原物料贮罐、下料控制阀等依旧,增加混料机,使人工混料改为机械混料,并采用单独的排放气袋滤系统。系统工艺流程见图1。
3.1控制原理
K-TRON组合型螺杆计量进料机也是一种失重式进料器,称重传感器在微小的时间间隔(采样周期)内测量重量,并把信号送到K-10SU单机控制器,在单位时间内失去的物料重量就等于实际流量,控制器把其与流量设定值相比较,输出调节信号去马达控制器作设定值,马达的转速同时被测速传感器检测送至马达控制器,如果转速实际值与设定值有误差,马达控制器就调整驱动信号,控制马达带动螺杆旋转进料,使实际的马达速度趋向于设定值。这是一个串级调节回路,系统的精度可达到流量给定值的±0.25%,精确度及可靠性都很高。控制系统框图如图2所示。
3.2工作过程
3.2.1下料过程
下料过程按失重式进料操作,并把物料重量和对应的进料器马达转速等数据存储在控制器内。物料连续不断地从进料器料斗中卸下,当其料位达到设定的低位时,在下料的同时进料器料斗还须填料。
3.2.2填料过程
在填料过程中,物料的失重不能计算,马达的速度是由控制器根据失重式操作期间的平均值和相对应的物料重量不断计算新的驱动信号来调节的,因为在填料时,料斗物料的数量增加会直接影响螺杆的充满度,马达速度还需随着料斗料位的增加而改变。而且控制器在填料过程中减缓控制回路的操作程序,缩短测量物料的时间间隔,这样可以缩短控制器的反应时间,避免料斗的过量填料。当物料到达高位时,就停止填料操作,但控制器并不会立即开始失重式操作,而是经过数秒延时,待下料气流通过排气消除且重量传感器稳定下来后,系统再进行失重式进料操作。
工作过程中的进料器重量、料位及马达转速曲线如图3所示。
3.3压力补偿及排气
3.3.1物料出口压力补偿
失重式进料器的物料出口处通常有压力改变的现象,无形中产生一股向上推力,会影响到重量测量的准确度,K-TRON进料器上有一个出口压力补偿装置,相当于杠杆作用一样,把这推力引到负荷传感器上,可以抵消多达5 kPa向上的推力。
3.3.2物料入口压力补偿及排气
进料器料斗填料和填料后,料斗内的气体空间由物料所占据,产生一股向下的推力,重量的测量精度受到影响,这股气体必须排送出去,否则被困的气体使物料的堆密度产生变化,无形中影响到重量的测量以及螺杆的转速,整个进料系统的精度就会降低。K-TRON进料器通过图4所示的排气管结构,A1面积和A2面积相等,则F1= F2,抵消了这股压力的变化并把多余的气体排出。
3.4重量传感器
该套计量进料机采用了K-TRON公司的具有更高分辨率及可靠性的第三代重量传感器K-SFT,它内部只有一条在磁场中的振动弦,传感器的外部负荷通过K-SFT特别的机械结构传达到振动弦,振动弦拉紧后使其共鸣频率改变,振动弦所感应的电压经由放大器放大,然后转换成电流回馈到振动弦,同时重量传感器内部的微处理器计算出对应的重量,再经过线性化处理及温度补偿后,重量信号通过RS485传送到控制器。K-SFT具有下列特点:①分辨率高(1 000 000 ppm)、精度高;②只需在工厂作一次校准;③内部有微处理器、EEPROM,具有线性和温度补偿功能;④坚固密封的保护外壳及信号RS485方式传送,大大减少EMC的影响,长距离传送不受干扰。
4结束语
Z-505计量进料系统改造后,失重式螺杆进料系统控制正常,进料流量稳定,克服了下料气流的影响,比Z-504计量进料系统单纯改造外部排气系统的效果更好,计量更准确。使加入造粒机的添加剂更加均匀,提高了产品质量及生产的灵活性,改善了产品结构,降低了贵重添加剂的系统残留,提高了经济效益。
摘自：中国计量测控网
