先尼科化工 (上海) 有限公司是一家上海高新技術(shù)企業(yè), 高性能有機(jī)顏料P.R.254 (SR1C) 產(chǎn)品是該公司高新技術(shù)產(chǎn)品之一。在當(dāng)今高性能有機(jī)顏料生產(chǎn)工藝上, 隨著對(duì)高端顏料品質(zhì)的高要求, 合成過程中對(duì)各反應(yīng)階段的物料配比也要求極其嚴(yán)格, 因此采用技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、穩(wěn)定性好的計(jì)量表及其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂葡到y(tǒng)是十分必要的。
化工顏料生產(chǎn)廠家在物料配比中普遍采用流量計(jì)作為重量計(jì)量, 但該方法是以體積計(jì)量, 然后再根據(jù)液體的密度換算成重量, 由于密度與溫度等因素有關(guān), 所以誤差比較大。另外, 因流量計(jì)的測(cè)量部分直接與被測(cè)介質(zhì)接觸, 對(duì)于一些腐蝕性介質(zhì), 需要選用價(jià)格昂貴的耐腐蝕材料。而稱重模塊不與被測(cè)介質(zhì)直接接觸, 上述缺點(diǎn)均不存在。
因此, 先尼科化工 (上海) 有限公司在DPP紅SR1C裝置中選用了稱重模塊來實(shí)現(xiàn)物料計(jì)量的設(shè)計(jì)方案。稱重模塊類型可分為兩類:靜載稱重模塊和動(dòng)載稱重模塊。靜載稱重模塊主要適用于側(cè)向力較小靜載荷稱重場(chǎng)合或攪拌負(fù)荷較小的反應(yīng)釜;動(dòng)載稱重模塊主要適用于承受水平作用力的機(jī)械裝置如流水線及攪拌負(fù)荷較大的反應(yīng)釜。由于紅SR1C顏料裝置稱重設(shè)備均為負(fù)荷較小的反應(yīng)釜, 所以選用型號(hào)為FW的靜載稱重模塊。該稱重模塊的原理是將高精度剪切梁傳感器、負(fù)荷傳遞裝置與安裝連接板等部件合為一體, 保證了剪切梁傳感器精度高、穩(wěn)定性好。介紹梅特勒-托利多衡器有限公司的FW靜載稱重模塊在公司DPP紅SR1C裝置稱重控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
1 FW靜載稱重模塊構(gòu)造及其在圓形設(shè)備上配置
FW靜載稱重模塊由頂板、底板、SB系列剪切梁稱重傳感器、傳感器承壓頭及支撐螺栓等部件構(gòu)成如圖1所示。在稱量時(shí), 載荷作用于頂板, 通過傳感器承壓頭施加到傳感器的承載點(diǎn)上。傳感器將容器所產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸出到儀表。模塊的容量依據(jù)其所用傳感器而定, FW稱重模塊的容量為1~50t。FW靜載稱重模塊可按模塊的不同組裝方式可分成3種類型, 分別為固定式模塊、半浮動(dòng)式模塊和浮動(dòng)式模塊。這3類模塊的組合可使稱重系統(tǒng)免受熱脹冷縮的影響, 保證傳感器的受力點(diǎn)不變。
圖1 FW靜載稱重模塊 下載原圖
2 FW靜載稱重模塊的設(shè)計(jì)與選型
先麗DPP紅SR1C裝置稱重儀表?xiàng)l件如表1所示。
2.1 確定FW靜載稱重模塊的數(shù)量
一般較小直徑的容器或反應(yīng)釜采用3個(gè)稱重模塊, 較大直徑的容器或反應(yīng)釜采用4個(gè)稱重模塊。由于DPP紅SR1C裝置中反應(yīng)釜直徑都相對(duì)較大, 所以稱重計(jì)量的每臺(tái)反應(yīng)釜均采用4個(gè)稱重模塊。根據(jù)DPP紅SR1C裝置稱重儀表?xiàng)l件表, 4臺(tái)圓形反應(yīng)釜均為水平懸掛放置的壓力容器, 每臺(tái)反應(yīng)釜均有4個(gè)設(shè)備懸掛式支架, 需配置4個(gè)稱重模塊組成該設(shè)備的一套稱重系統(tǒng), 每套稱重系統(tǒng)由一個(gè)固定式模塊、一個(gè)半浮動(dòng)模塊及兩個(gè)浮動(dòng)式模塊組成, 半浮動(dòng)模塊必須安裝在固定模塊的對(duì)角上。
表1 先麗DPP紅SR1C裝置稱重儀表?xiàng)l件 下載原表
2.2 確定每臺(tái)反應(yīng)釜上稱重模塊的容量和型號(hào)
稱重模塊的容量和類型選定原則為:計(jì)算秤體的皮重 (空載時(shí)) , 并加上沖擊、震動(dòng)外力等可能附加的重量;估計(jì)所需稱量的最大載荷 (加料重量) ;將皮重和最大載荷相加得毛重, 將毛重乘以1.5倍確定所選用稱重模塊的最小容量, 所有的稱重模塊應(yīng)選取相同的容量。結(jié)合DPP紅SR1C裝置稱重條件, 先麗DPP紅SR1C裝置中各反應(yīng)釜稱重模塊容量及型號(hào)選擇如表2所示。
表2 各反應(yīng)釜稱重模塊容量及型號(hào)選擇 下載原表
2.3 在設(shè)計(jì)和使用過程中需注意和改進(jìn)事項(xiàng)
(1) 讓設(shè)備和土建專業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)定時(shí)安放砝碼的位置及安裝、維修時(shí)的千斤頂工作位。
(2) 要求設(shè)備制造廠家在焊接耳座支撐架時(shí)注意水平度, 支架偏斜而引起與水平線的夾角不大于0.5b。
(3) 罐體的進(jìn)、出口應(yīng)盡量采用合適的軟管, 并要求水平安裝, DN80的管道軟管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度需600mm以上。
(4) 每臺(tái)反應(yīng)釜的總載荷應(yīng)平均地作用在4個(gè)稱重模塊上, 稱重模塊安裝完成后應(yīng)將稱重模塊尾部的支撐螺桿頂部的螺母松開使定位圈離開上支撐板, 然后進(jìn)行標(biāo)定。
(5) 4套稱重系統(tǒng)與DCS通信不采用傳統(tǒng)4~20m A模擬量信號(hào), 而是采用專用DP電纜。
3 稱重控制終端構(gòu)成
DPP紅SR1C裝置中稱重控制終端采用Panther系列, 它接收來自稱重模塊的模擬信號(hào), 并將之顯示為實(shí)際的質(zhì)量讀數(shù)。Panther系列面板帶有7位熒光數(shù)碼顯示和6只功能按鍵 (分別為清零鍵、皮重鍵、清皮鍵、存儲(chǔ)鍵、選擇鍵、回車鍵) , 配Profibus-DP輸出接口。集成功能為稱重顯示, 檢重。稱重控制終端工作電壓為220VAC/50Hz。
4 稱重控制系統(tǒng)在DPP紅SR1C工程裝置中的應(yīng)用
在DPP紅SR1C裝置上, 存在甲醇、C醇等混合爆炸危險(xiǎn)性氣體, 現(xiàn)場(chǎng)稱重儀表需安裝在非安全區(qū)內(nèi), 應(yīng)采用防爆衡器。防爆衡器主要有兩大類型:復(fù)合型和本安型。復(fù)合型是指秤臺(tái)在危險(xiǎn)區(qū), 儀表在安全區(qū), 秤臺(tái)與儀表之間加安全柵。本安型配置是指儀表和秤臺(tái)均在危險(xiǎn)區(qū), 如果要接位于安全區(qū)的外設(shè), 必須采用光纖通信套件。
DPP紅SR1C生產(chǎn)特點(diǎn)和要求:既要求現(xiàn)場(chǎng)操控, 又要在DCS上直接控制。但現(xiàn)場(chǎng)是防爆區(qū), 選取本安型配置要加隔爆電源和光纖通信套件, 需大大增加工程投資;如果選取復(fù)合型, 把儀表放置在控制室, 觀察數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)操作不太方便, 也體現(xiàn)不了總線化接線的優(yōu)勢(shì), 而且工藝要求對(duì)罐加入不同定量的多種溶劑, 需要現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定。為適合需要, 設(shè)計(jì)方案確定為在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置儀表控制箱, 內(nèi)置在防爆2區(qū)EXd IIBT4環(huán)境下的Panther儀表和人機(jī)界面, 實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)的操作要求;通過DP通信實(shí)現(xiàn)DCS畫面重量顯示及DCS對(duì)物料的稱重控制。防爆稱重控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 防爆稱重控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 下載原圖
5 DCS與稱重控制終端之間Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通信方案的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
DPP紅SR1C裝置DCS采用浙江中控股份有限公司的ECS-100系統(tǒng), DP卡型號(hào)為FW239-DP。FW239-DP主站接口卡在邏輯上等同于FW243主控卡, 在SCnet II網(wǎng)中直接向上位機(jī)廣播實(shí)時(shí)數(shù)據(jù), 用于在監(jiān)控軟件中顯示, 并且支持上位機(jī)的寫數(shù)據(jù)。Profibus-DP通信數(shù)據(jù)傳送方案如圖3所示。
圖3 Profibus-DP通信數(shù)據(jù)傳送方案 下載原圖
要求設(shè)備廠家提供所要通信的DP從站的準(zhǔn)確GSD文件, 因?yàn)镚SD文件是每個(gè)DP從站設(shè)備在出廠時(shí)所必配的設(shè)備特性描述文件, 它記錄著從站的通信數(shù)據(jù)大小和通信格式以及通信配備方式等特性。
稱重設(shè)備與DCS系統(tǒng)進(jìn)行DP現(xiàn)場(chǎng)總線通信組態(tài)方案如圖4所示。
圖4 稱重設(shè)備與DCS通信組態(tài)方案 下載原圖
通過SCKey組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)DP通信的組態(tài)界面如圖5所示。
圖5 DP通信的組態(tài)界面 下載原圖
6 結(jié)語
該方案在高性能有機(jī)顏料反應(yīng)釜的定量配比過程中起著十分重要的作用, 提高了顏料產(chǎn)品的收率, 有效降低了原料的消耗。該裝置目前運(yùn)行穩(wěn)定。