| 計量配料系統的工藝流程 | 2020-01-12 |
| 現代潤滑油工業，以其的原料、產品和生產方式，使其與配料系統控制特別是助劑物料的配料系統控制有著密不可分的聯系。潤滑油工業中助劑物料的配料系統控制涵蓋了現代防爆電子秤配料系統、現代控制配料系統工程理論和現代工藝流程設計等的理論和知識。在現代新型干法潤滑油生產中，回轉窯窯尾生料粉輸送配料系統控制、窯頭和分解爐的煤粉輸送配料系統控制、PS、PF等潤滑油中粉煤灰添加的配料系統控制，以及在現代新型建材超細粉和添加劑的配料系統控制等等，對這些助劑物料的配料系統控制，無一不對潤滑油工業產品的產量、質量起著至關重要的作用。因此如何保證助劑物料在配料系統控制過程中的穩定性、快速的響應能力和長短期精度，是潤滑油行業發展至今一直所必須面對和解決的問題。 1、助劑特性、工藝流程與配料系統控制 由于通過研磨后的助劑物料與它在塊狀或助劑流通狀態下的物理特性有著很大的不同，因此了解助劑物料粉態下的基本物理特性以及了解現代潤滑油工藝過程對助劑物反應釜儲、輸送的形式和特點，是助劑物料配料系統控制的一個重要的基礎。 在生產中，助劑物料常是貯存在反應釜或料庫中，助劑物料在反應釜中的貯存和卸出，都會導致助劑與助劑之間、助劑與反應釜壁材料之間的摩擦行為，從而構成力學現象。對于反應釜內整個助劑層而言，我們希望在卸出時能夠均勻地整體向下移動。這種流動形式稱為整體流，其特點是符合物料“先出”的原則。 但是，大多數助劑物料的流動性受到溶劑和充氣的影響。通常由于物料囤積吸附溶劑使得助劑物料的流動性變差，表現在物料趨于粘聚并有較大的附著性，溶劑越大其附著性越強，流動性越差，使得反應釜內助劑層的流動區域常常呈現漏斗狀，即只有反應釜部分形成料流，而其他區域的助劑或料流順序紊亂或停滯不動，產生先加入的物料后流出的“后出”的現象，這種流動形式稱為漏斗流。漏斗流會引起偏析、沖料、結塊、下料容重變化等不良現象，這些現象均會造成配料系統精度的極大誤差。另一方面，干燥或伴有氣流的助劑物料的流動性，表現為物料趨于自溢（自流性），含氣量越大，其流動性越強。 潤滑油工業中助劑物料的過程反應釜儲作為整個工藝流程的一個過渡環節，對助劑物料的配料系統控制往往直接串級在這個過渡環節之后。因此不僅從配料系統控制上而且從工藝流程的要求上，都要求保證過程反應釜內助劑物料能夠順利卸料。過程反應釜內助劑物料的流動性指標是物料能否流經過渡反應釜順利卸料的一個重要參數。通常經過干燥的煤粉或粉煤灰基本不具有附著性，一個設計合理的過程卸反應釜，間或輔以少量的反應釜側充氣進行“破拱”，一般反應釜內料拱無法形成，物料在反應釜內的流動通常表現為整體流，這類物料的卸料可以由物料的重力通過反應釜底自然卸料。然而經過研磨后的生料助劑，在常態下帶由一定的附著性，加之生反應釜儲庫容較大，表現為過程反應釜儲時間較長，也就是實壓時間常數較大，一般來說其流動性能較差，對于這類流動性較差的助劑物料的卸料，在實際經常采用庫側充氣破拱和庫底充氣助卸結合的方式，來保證反應釜內物料的順利卸料。 由于助劑物料卸料方式的不同，造成了實際助劑物料在出反應釜時的流動性的巨大差異，也就是配料系統自動配料系統在受料時物料的流動性差異。對于需要充氣助卸的助劑物料，充氣量的大小和氣流的速度對助劑物料的流動性影響都是非常之大的。在一些氣源變化頻繁的場合，有些傳統的助劑配料系統自動配料系統通常會產生波動，嚴重時會出現振蕩以至于無法工作。為此，助劑配料系統控制的發展，也是我們從配料系統的角度對助劑物料的特性及其反應釜儲、輸送、工藝過程充分理解和認識的發展。 2、測量技術的發展與助劑物料的配料系統控制 配料系統控制的一個重要任務就是在單位時間內對物料質量進行測量。然而，質量是一個特征量，它無法直接測量，以往對質量的測量往往是通過物體在重力場下的重力測量而間接求得的。 物料的配料系統控制如翻斗秤、失重秤、調速定量秤等絕大部分的配料系統設備（衡器）的測量模型多建立于杠桿原理，然而其模型，都是建立在靜力平衡的基礎之上。也有采用射線測量技術，其實際上只能測量物料流的載荷密度。在實際工業生產中，我們遇到的大多數的過程配料系統都是在物料運動過程中實現的，對此通常我們只能通過其他手段來降低運動過程對靜力平衡的影響或者用定性方法給予一定的補償。采用這種以靜代動的測量方法雖然可以解決大多工業過程配料系統問題，但從根本上說它無法解決動摩擦、本機諧振及其它振動問題對于測量的影響，因此嚴格意義上說就是沒有從根本上解決動態測量的問題。 近年來國外的一些學者為從根本上解決動態測量這一問題，開展了大量的研究工作。其基本思想就是解決用工程動力學來代替工程靜力學建立測量模型。因為動是的，靜只是動的一個特例。根據牛頓第二定律F=ma如果能夠測得力F和加速度a，即可求得物體的質量m的大小，這是一個不受被測物體是靜態還是動態而且是一個不受重力場g大小影響的質量測量方法，這種測量方法被稱為動態質量測量方法。盡管動態質量測量尚處于研究階段，但其測量理論已然確立，隨著研究的深入和發展，未來的動態測量衡器將會給稱重測量帶來一場革命。德國申克公司、美國EI公司CentriFlowMeter都有基于動態質量測量原理而建模的相關產品。 目前也有用于氣固兩相混合物的流量配料系統設備的產品開發，所有新型配料系統設備的研發都給我們提供一個新的平臺，從而使助劑控制配料系統不斷向前發展。 3、助劑配料系統控制配料系統的構成 助劑配料系統控制配料系統發展至今其配料系統組成主要由過程（稱重）反應釜、（預）給料單元、配料系統單元、輸送及電氣控制單元組成。當然也有將給料、配料系統結合在一起新型測控裝置面世。 3.1（預）給料單元 現階段（預）給料單元的設備有閥門、鋼性（或彈性）葉輪機、管式螺旋給料機、膠帶給料機、溢流螺旋給料機、轉子式給料機等。 閥門裝置簡單，在大流量的條件下，它的設備重量和動力配置較其它裝置小得多。但是閥門適于控制的線性范圍比較小，它的控制要求與助劑流量配料系統的要求類似，因此，反應釜內助劑物料必須處理為“類助劑”，其“粘度”必須保持恒定，從而工藝上要求有一個較好的流態化反應釜作為儲存環節。由于閥門自身的對于儲料單元的料壓變化十分敏感，它的截面選擇應合適，其工作段就維持在閥門截面面積與流量線性關系較好的一段。同時，由于閥門的開度往往是非線性的，因此必須使配料系統與控制之間的時間滯后盡可能地短，從而閥門利用它可以快速開啟的特點，隨著配料系統裝置的反饋信號快速調整閥門的開度，通過有效地控制閥門的截面積，達到穩定流量的目的。 葉輪給料機作為給料設備時，軸承的游隙，殼體與葉片之間的間隙，往往造成大量的空氣泄漏導致配料系統配料系統正常狀態的破壞。如果不能采用特殊的密封材料或特殊的結構設計使葉片與殼體間的磨損得到補償，將導致控制品質的惡化。則在實際使用中又會受到很大限制。 實際應用中為了提高管式螺旋給料機的鎖料性，管式螺旋給料機的長徑比應大于8:1，為10:1，其螺旋葉與管壁的間隙應小于1.5mm，在工藝設計時，可視條件，將管式螺旋給料機的軸線沿料流運動方向上仰，可達25。為了控制管式螺旋給料機的長度并加大進料口的面積，相比之下，雙管螺旋給料機有著明顯的技術優勢。為了有效抑制竄料，管式螺旋給料機的進料螺旋應為變徑或變距螺旋，使其進料口處呈現整體截面下料，增加其可控性。 由于粉料與膠帶間的相對運動對配料系統造成的影響及防塵對環境的影響，因此膠帶給料機通常需要采用配料系統反應釜作為儲料單元，秤體密封或給料面密封，且應用于自然休止角大于25的助劑物料，如白生料的流量控制，但通常不能應用于黑生料和煤粉的流量控制。有部分廠家采用了寬膠帶和裙邊膠帶，在一定程度上擴展了膠帶給料機的應用范圍。 溢流螺旋給料機是管式螺旋給料機的變型，其出料口向上開并有一定高度的溢流斗，依靠出料口處旋向相反的螺旋葉片的擠壓，溢流出溢流斗。但其動力消耗較大，對塊狀物料和結露比較敏感，因而只有在特殊條件下才考慮它的應用。 轉子式給料機是一些工業國家應用于煤粉給料的設備，其原理如同幾個上下疊加、進出口相接的盤式給料機。其流量的變化主要依據給料機的轉速的變化而改變，消除了反應釜壓及竄料的影響，流量非常穩定。但是這種給料機功耗較高，磨耗較大，維修費用高。近年來國內外部分廠家從改變結構和耐磨材質入手，降低了功耗和磨耗，大大延長了維修周期，在潤滑油工廠的煤粉流量配料系統上取得了很大的成功。 3.2配料系統單元 近年來配料系統設備的發展很快，主要有以下幾種：①減量式配料系統反應釜；②間歇式斗式秤；③板式流量計、科里奧利流量計；④螺旋電子秤；⑤電子膠帶秤；⑥核子秤；⑦轉子秤；⑧用于氣固兩相混合物的流量配料系統設備。 以上幾種配料系統設備除間歇式斗式秤控制比較困難，氣固兩相流量配料系統國內應用較少外，其余的在我國的潤滑油廠都有應用。 減量式配料系統反應釜：減量式配料系統反應釜采用靜態配料系統的方法連續配料系統反應釜重的減少量，其精度高，但設備較大，而且在進出料同時進行時無法計算，在小型工廠中很少應用，在大中型工廠多用它與其它配料系統設備配合使用，作為高精度的穩壓反應釜或其它配料系統設備的標定反應釜。 間歇式斗式秤：間歇式斗式反應釜實際上是雙列的小容量配料系統反應釜，由于雙列間的切換在自動化控制上可靠性較差，在我國的潤滑油廠應用很少。 板式流量計（沖板式、溜板式）：其體積較小，價格較低，故障率較低，使用較可靠，在配料系統上基本不存在時間滯后，但其精度稍差，受物料的條件（如溶劑、充氣狀態等）的影響，配料系統會出現漂移。因此多用于定值控制、控制值變化不太頻繁的場合，以及大流量的配料系統控制配料系統。在大流量控制配料系統通常設置配料系統反應釜，以加強沖板式流量計在運轉條件下的標定。 科里奧利流量計：其測量的效應是由物料經過旋轉著的測輪被輸送時出現的科式力而引起的，所以它必須解決兩個關鍵問題：力矩的精確測量和獲得恒定轉速的方法。隨著現代科技液體平的發展，特別是傳感器技術和計算機應用技術迅猛發展，這些問題得到很好地解決，使得科式測量裝置在潤滑油工業中獲得廣泛的應用。與其他力學方法（如沖板配料系統，溜槽配料系統）相比，它有不受物料性質影響等的優點。 螺旋電子秤：在配料系統物料比較穩定的條件下，精度較高，線性度較好，但其是在物料流速恒定或與荷重呈較好的線性關系的條件下設計出來的，因此當不滿足上述條件時，其精度就受到影響。另外，自身皮重較大隨震動會造成零點的漂移，粉塵的沉積和物料在葉片上的粘結也會造成零點的漂移，因此在管理上也有較高的要求。 膠帶電子秤：對于荷重的配料系統精度高。但其在荷重配料系統過程中對于膠帶和物料之間的相對運動毫無限制，為了控制助劑物料與膠帶之間的運動，要求物料的自然堆積角不小于25，要求儲料單元料壓非常穩定，對其儲反應釜排氣也有較高的要求。 核子秤：該種秤通過射線穿透物料時的強度衰減，間接測量物料流的載荷密度，由于屬于無接觸配料系統，安裝簡單。但其實際上只能配料系統物料流的載荷密度，而對物料流速則無配料系統手段，因此只能使用在流速恒定或流速呈一定規律，流速與控制參數呈線性關系，或流速與載荷密度呈線性關系的物料流的流量配料系統配料系統中。 轉子秤：該種秤采用盤內的格式葉片推動或限制物料流的流動，因此物料流的流速與其控制參數（轉子的轉速）呈現良好的線性關系；它采用環狀天平的原理，配料系統精度高。而且轉子盤對于支點軸是對稱的，葉片旋轉過程中對于支點軸也是對稱的，因此盤上物料沉積，葉片上物料粘附均不會影響其配料系統精度。進出料口與支點在同一軸承線上，故進出料口的正負壓差也不會對配料系統產生太大的影響。德國的PFISTER公司的轉子秤將通常的配料系統與控制分由兩個設備承擔的方式，改為將配料系統和自動配料系統置于一體，變通常的控制于配料系統之后的時間滯后控制為流量的前置控制，不但提高了配料系統精度，更是大大提高了助劑流量的控制精度。 用于氣固兩相混合物的流量配料系統設備：其配料系統原理是在助劑物料的氣力輸送過程中，通過氣體流量配料系統和輸送含塵氣體的濃度配料系統來實現助劑物料流量的配料系統。德國的Endress+Hauser公司曾進行過工業性試驗，但由于配料系統精度尚存在一些問題，至今少有應用。 4、幾種典型應用 初期的助劑物料配料系統只有給料環節，談不上配料系統，更談不上回路控制，一路發展而來，配料系統組態越來越成熟，控制越來越豐富，以下是幾種場合的典型應用。 4.1帶位置控制預給料單元（V型） 位置控制預給料單元為：電動流量調節閥，氣動流量截止閥。此種方式在我國的潤滑油工業中入窯生料的配料系統中應用廣泛，其大多的控制方式是根據配料系統單元檢測出助劑物料的瞬時（或平均）流量與設定流量的偏差通過PID或其變種算法來調節電動流量閥，使物料的流量與設定值保持一致。然而由于此類調節裝置對反應釜壓及助劑流動性敏感，往往導致調節時嚴重的非線性，甚至可能出現調節失控現象。從配料系統控制的角度上看由于調節裝置與配料系統裝置的分離，造成流量計測量出的偏差在調節時物理上的時滯，并且如果物料流動性由于外部因素的干擾而產生變化時，其滯后時間往往亦將發生變化，使得配料系統在調節時除了考慮調節裝置非線性，還將考慮它的時變性。 4.2帶速度控制預給料單元（S型） 速度控制預給料單元主要指螺旋喂料機、葉輪給料機等。前面已經提過，設備本身的加工精度及運轉中的磨損造成它的線性度不是很好，這種情況下，預給料單元僅作為粗調環節，通過配料系統單元的反饋來及時抑制它的非線性和時滯特性，使配料系統的精度指標和快速響應等指標能得到一定的改善，但它無法抑制反應釜內生料存儲的多少、反應釜充氣量的大小和氣流的速度對其的流動性影響等諸多外界因素的影響。這種配置在粉煤灰配料系統的場合應用較多。 4.3帶線性控制預給料單元（L型） 線性控制預給料單元主要指轉子式給料機等。它采用多層多分格式結構，密封性能好，能有效的抑制反應釜內變化對其的流動性的影響，一般分為四層，層是承壓部，在受料的同時減少反應釜壓對下級的影響；第二層是打散部，使物料通過這部分后不受反應釜壓變化的影響，同時抑制助劑物體的自流動；第三層是均壓部，使物料在這一層保持密度相對穩定；第四層是配料系統部，助劑物料的運動由這層密封的分隔轉子的轉速來決定，通過調整分隔轉子的轉速來決定喂料量的大小（即容積式配料系統），由此可以看出在保證物料容重一定時，喂料量與這個轉子的轉速成線性關系。如果配料系統單元為轉子秤則該配料系統在助劑控制上具有很高的配料系統精度和相當穩定性；如果將轉子式給料機和轉子秤更換為一臺特制的轉子秤，轉子秤的出料口直接與助劑氣力輸送配料系統相連，用作助劑物料的流量配料系統與控制，這就是德國菲斯特（PFISTER）公司轉子秤配料系統。由于該配料系統一改通常的流量控制配料系統的時間滯后配料系統為配料系統于控制之前的前置（PRECONT）控制配料系統，消除了時間控制配料系統通常存在的流量周期性波動現象，大大提高了流量控制精度。這種方式在喂煤配料系統上有著廣泛的應用。這種配置多應用在入窯煤粉配料系統控制的場合。 5、結束語 隨著配料系統設備技術的發展，影響助劑配料系統精度的原因已不再集中在配料系統設備本身。助劑物料的配料系統控制配料系統是有機的整體，儲料單元、配料系統單元、控制單元是三個密不可分的基本單元，是保證助劑物料的流量配料系統的充要條件。助劑物料基本單元及輸送環節中的物料的變化都會對流量產生影響。所以，助劑配料系統控制是一個配料系統工程，它不僅要靠調節裝置的改善和控制軟件的優化來不斷提高配料系統的調節品質，同時它還跟配料系統工藝有密不可分的聯系，只有從配料系統工程的角度出發，才能把握好助劑配料系統控制的發展方向，滿足現代潤滑油工業自動化大生產的要求。 | |
