固体质量流量计在PTA装置的应用
在对PTA粉料的计量中,SH-04-S 型流量计出现了很多问题,无法实现连续计量。随着运用科里奥利力的扭矩式质量流量计逐步推广,我们对原有的流量计进行了改造,更换为由德国SCHENCKPROCESS GmbH生产的S型质量流量计。根据对2种称量系统的使用和维护经验,对质量流量计的原理以及各自优缺点进行了分析对比,为选择散料计量控制系统时提供参考。
1 S型扭矩式质量流量计测量控制原理
扭矩式流量计的控制原理如图1所示。
物料由变频控制的喂料器送到测量室,经锥形的导向装置后,落在测量电机驱动的测量轮上,从导流槽抛出,测量电机通过杠杆和预压紧弹簧装置将扭矩信号传送给载荷传感器L/C,载荷传感器将扭矩信号QNORM。转换成电压信号,经A/D转换器转化为数字信息,测量轮速度n通过传感器G采集,通过频率转换器转化为数字信息。转化为数字信息的扭矩信号和测量轮速度信号传送到INTECONT的微处理,通过扭矩和转速信号计算当前流量It。
It=KQNORM/n
其中:QNORM为L/C上测得的扭矩;n为测量轮速度;K为流量计特征系数(与测量轮半径、杠杆长度有关)。
2 SH-04-S 型流量计
2.1 SH-04-S 型秤的测量原理
SANKYO PIO-TECH公司生产的SH-04-S型流量计由称量料斗和GPC-D146-C(D)-B02型Miconline控制器组成。测力传感器的变送器通过专用电缆与Miconline控制器相连,通过Miconline控制器对测力传感器来的信号进行处理,计算出通过料斗粉末的流量。Miconline控制器可以控制安装在流量计顶部的分流器及安装在2组秤料斗内部的闸板,从理论上它可以允许连续加料和部分连续加料。由于秤料斗内的物料是利用高精度的电子测力传感器和16位模拟/数字转换器测量的,所以它可以执行高精度测量。
SH-04-S型流量计结构示如图2所示。
SH-04-S的测量程序为:
(1)为料斗A加料,称量料斗B的质量。
(2)在料斗A质量接近目标值时,停止加料。
(3)称量料斗A的质量,并将质量(WT)输入Miconline控制器。
(4)料斗A闸板打开,持续时间t,排出粉末。
(5)闸板关闭后,料斗A的质量(WN)输入Miconline控制器。排出粉末的质量是(WT-WN),Miconline控制器将质量加入其积分器。
(6)称量料斗A完成,通过分流器改变挡板位置,将物料放入料斗B,称量料斗B开始。
2.2 SH-04-S秤存在的缺陷
2.2.1 测量传感器隔膜容易损坏
为了减少外力对测力传感器的影响,在料斗的支撑轴上使用了弹性非常好的硅橡胶隔膜,通过硅橡胶的弹性形变来减少外力对测力传感器的作用。但是,由于输送的PTA粉料温度在120℃左右,而且下游输送装置的密封不可能十分完好,输送气常常反窜至料斗内,导致密封支撑轴处的隔膜由于温度和压力的影响,发生老化和破裂。隔膜破裂后,粉料就开始从支撑轴处泄漏,使流量计无法工作,同时泄漏的粉料还会造成环境污染。
2.2.2 闸板填料容易损坏
闸板和料斗之间的密封是通过镶嵌在料斗底部的硅橡胶填料实现的。SH-04-S料斗的体积为0.3m3,要达到40t/h的计量能力,按PTA的堆密度0.9×103kg/m 来计算,则闸板每小时平均要开启和关闭200次。在SH-04-S工作过程中,闸板频繁的动作常常导致填料的磨损,导致闸板和料斗间的密封性能变差,部分粉料会从料斗中漏出,使计量精度降低。
2.2.3 频繁出现超时和超负荷故障报警
在实际运行过程中,受上游料仓料位和料仓锥部物料“架桥”的影响,喂入流量计的物料不可能非常均匀。由于喂料器的喂料速度是手动调节的。没有自动补偿喂料量的功能,物料喂入的不均匀会导致SH-04-S频繁发生超时和超负载报警,造成流量计无法正常工作。
3 扭矩式称量系统的优点和不足
扭矩式称量系统是工业化生产对控制精度要求越来越高与测量手段趋于完善相结合的产物,与传统的计量系统相比有着显著的优点。
3.1 扭矩式流量计在使用过程中的优点
3.1.1 实现连续实时控制
扭矩式称量系统是利用科氏力原理,靠测量扭矩来计算流量的。只要物料流落在转动的测量轮上,而又不黏附于测量轮,作用力矩和反作用力矩就随之产生,并且力矩的变化随质量流量而变化,测量没有“盲点”,没有滞后,可实现真正意义上的全过程实时控制。
3.1.2 流程紧凑,减少投资
2类称量方式相比,SH-04-S称量系统流程长,占用空间比较大,SH-04-S的尺寸为2250mm ×1760mm,而S型扭矩式质量流量计为1 200mm×730mm,相应地所占空间也就要小得多。
3.1.3 无外部干扰,工况稳定
扭矩式称量系统中,只有1只载荷传感器,利用杠杆原理测量扭矩,其检测部分完全与外部隔离,无外部扰动,而且密封性能比较好,不会出现粉料泄漏的情况。
3.1.4 计量的准确性高
S型扭矩式流量计采用不锈钢防泄漏密封结构,测量室及其驱动部分位于物料密封罩外,不受物料影响,可调量程比为1/10,计量精度为99.5%,能够满足PTA装置在各种不同负荷时的精确计量。
3.1.5 S型扭矩式质量流量计连续运行时间长,维修点少
质量流量计正常的维修周期为10000h,易损件少,正常的维修量少。只需定期对测量轮轴承、电机上部/下部轴承和径向轴密封环进行定期润滑即可。
3.2 存在的不足
3.2.1 对输送物料的性质有一定的限制
S型扭矩式质量流量计是计量散料流的一种准确的测量系统,根据其原理,被测的散料流必须从它内部通过。因而,当物料黏着在测轮上时,尤其是外罩的内壁板上时,会阻碍物料的流动。这一点限制了质量流量计的应用。因此,也产生了对于散料的要求,要求它能够自由流淌,不会凝聚,不会黏着。凡是具有这些性质的散料,如各种颗粒状物质、流动性好的粉末等,都可以用质量流量计计量。
3.2.2 零点调整比较困难
扭矩式称量装置是精度要求极高的精密仪器,其零点靠顶压弹簧的弹力来调节,零点特别是动态零点的校验相当困难,需要进行实物校验,工作量大。质量流量计的检测信号是通过机械传动和杠杆来传递的扭矩信号,因此,一旦电机与测量轮间的传动力的弹性摩擦系数发生变化,测量误差将加大,若弹夹轴承损坏,需要更换全套轴,并重新校验,故障后修复难度大,检修费用高。
3.2.3 输送物料中不能夹带惰性气体
根据质量流量计的测量原理可以知道,凡是通过质量流量计测量轮的任何东西都被计量为散料流流量。因此,必须严格控制质量流量计内部气体的流动。在输送易燃易爆散料时,密封的惰性气体容易在流量计内部流动,影响对散料的计量精度。因此,要密切注意密封的惰性气体的流量,避免它在流量计内部的流动。同时,也应该注意质量流量计下游输送装置输送气的反窜,影响测量精度。
4 结论
SCHENCK公司的S型质量流量计可以精确的计量PTA粉料的流量。应用科氏力原理计量PTA等散料是固体流量计的发展趋势,相对于其他称量系统是一个突破性的进步[1]。一旦克服机械方面的不足,将会完全取代传统的粉料计量方法,可以大大提高固体散料的计量精确度。
参考文献:
[1] 陈群,陈铨.质量流量计与失重式给料器在PTA计量控制中的对比[J].聚酯工业,2001,14(1):60