固體化學藥劑自動加料裝置

(上海三鼎工程技術咨詢有限公司 ， 上海 201108)

固體化學藥劑自動加料裝置

王學珍

(上海三鼎工程技術咨詢有限公司，上海201108)

本文介紹了固體輸送方式的分類，引出新型固體化學藥劑自動加料裝置工藝流程。介紹新型自動加料裝置中閥門的選擇、控制系統設計原則及其加料量的控制。

固體 ; 自動加料 ; 閥門 ; 控制

隨著自動化程度的提高，在化工生產過程中，尤其是固體化學藥劑的配置涉及涂料油墨行業，固體物料的輸送及加料可以實現自動化控制。為提高裝置的經濟效益，合理準確地控制固體物料加料或系統配置，設計了一套固體多功能自動加料設備，此設備可實現固體物料的定時、定量自動加料。固體自動加料系統以氮氣或壓縮氣體為動力，實現壓力輸送或負壓輸送固體物料。能否精確、安全、平穩、長周期穩定地輸送原材料，是保證裝置正常生產的關鍵。此套系統以順序控制系統為主。化工生產過程中很多涉及到固體化學藥劑的配置及添加，本文采用開式正壓和負壓輸送線相結合的方式實現了固體化學藥劑的自動添加。

1 固體輸送方式分類

1.1 按照氣力輸送狀態分類

①稀相氣力輸送：主要依靠高速氣流的動能輸送流體。氣流流速高，固氣比低，物料懸浮在管中或部分固體沉積在管底，物料在輸送管內的流速快，管道和固體顆粒磨損嚴重，除塵困難。因此只適用于小顆粒、比重輕的物料，不適用于大顆粒、比重相對大的固體物料。②密相氣力輸送：主要利用氣流所擁有的能量或利用氣流的靜壓輸送物料[1]。相對稀相輸送具有流速低、壓力低、對管道及物料磨損小等優點。只要物料顆粒的內摩擦角大于壁摩擦角就可采用此類方式輸送[2]。

1.2 按照氣力輸送壓力

負壓式氣力輸送裝置：即利用真空泵、風機等產生真空的設備在高點或者終點把輸送管道內抽吸為負壓，固體物料和空氣一起被抽吸入預定設備。因真空強度的限制，此種方式只適用于短距離輸送且壓差小的輸送。壓力輸送裝置：即利用氣體的壓力將固體物料輸送到預定地點。此種方式適用于短距離和長距離輸送。

2 固體化學藥劑特點

化工裝置生產中很多涉及到固體化學藥劑的配置，比如將固體氫氧化鉀配置成20%的溶液，配置罐一般離地面有一定高度(>2 m)，人工搬運費時費力，人員長期接觸化工原料對身體健康也有不利影響。油墨涂料行業，鈦白粉、炭黑等其它顏填料的添加，都涉及到固體化學藥劑的輸送問題，人工添加會有很大粉塵，有一部分物料具有化學刺激性氣味，對車間及人員造成職業病危害。

固體化學藥劑一般為粉狀、粒狀或片狀，相對比重比較大，有些具有化學腐蝕性、毒性及化學刺激性氣味。輸送系統設計不好將造成固體物料沉積，繼而堵塞管道，影響整個系統的操作。固體化學藥劑的自動化添加及輸送就顯得尤為重要，可減輕勞動強度, 降低生產成本，提高生產效率，同時應滿足盡可能少的化學粉塵飛揚，減少固體化學藥劑的損失，減少職業病危害的發生。

3 新型固體化學藥劑自動加料流程

新型固體化學藥劑輸送方式流程簡圖如圖1所示。

圖1 工藝流程簡圖

本固體化學藥劑自動加料由開式正壓和負壓輸送線相結合組成，兼具正壓和負壓輸送方式的優點。輸送介質為氮氣，輸送的產品為固體顆粒或固體粉末，系統設計能力根據裝置需要，間歇操作和連續操作，運行周期根據需要通過順序控制實現。固體物料通過噴射泵將袋裝或桶裝物料抽吸到儲罐D-101中，D-101入口管下部有金屬絲網，部分吸潮結塊的大塊物料被阻擋上方，待儲罐D-101物料加足后，停噴射泵；物料通過旋轉加料器均勻加入到在線噴射器即正壓輸送管道中，利用氮氣或壓縮空氣將物料壓送到目標料倉上的袋濾器D-102中。輸送氣體經過袋濾器的過濾作用，物料落入袋濾器錐底儲存，過濾后滿足排放要求的尾氣經真空噴射泵后排入大氣中。旋轉閥的漏氣也通過氣管引到袋濾器中進行排放。運輸完畢后，打開袋濾器D-102錐底的氣動蝶閥，物料通過其下料口落入配置槽或需要加料的設備D-103。真空噴射泵同時兼具管道堵塞，通過抽吸作用直接將物料加入袋式過濾器或疏通堵塞管道的作用。 該裝置操作方便，靈活性高，無粉塵污染。

4 閥門選擇

新型固體物料輸送方式由PLC順序控制自動控制完成[4]。控制系統由可編程序控制器PLC、旋轉加料閥、自動控制切斷閥等組成。實現功能：現場控制，將信號送至DCS后可以通過DCS組態，控制加料間隔周期、加料質量，記錄運行數據，修改操作參數。每座受料倉設有上限及下限電容式料位開關，以此判斷料倉是否允許裝填。聯鎖控制程序中加入自動/手動切換功能后，則可以實現手動操作。整個送料過程可以在全自動的情況下完成，只要PLC 檢測到后續工序給出的送料信號，則聯鎖控制程序自動執行送料過程。

閥門的選擇對操作的穩定性至關重要，尤其是固體物料閥門的選擇。固體化學藥劑易沉積管底，不易吹凈，閥門選擇不當，易造成閥門卡死或關閉不嚴。閥門IV001流通介質為純氣體，閥門可以為閘閥或球閥，無特別要求；閥門IV002和IV003為固體顆粒或固體粉末，可以選擇刀閘閥或C型球閥。刀閘閥可刮除密封面上的黏著物，自動清理雜物。C型球閥(六分之一球面結構)采用雙偏心結構，球體和閥座只在密封時才接觸，其余行程均為無摩擦無磨損運動，開啟輕便快捷，關閉時球面相對閥座漸入運動，對球面上沾敷物料有剪切作用，實現自清潔功能。 全通徑、無物料滯留區，介質一直處于流動狀態，能有效解決介質的沉積閥門無法關閉嚴等問題，且閥門關閉時，無死腔存在。彎頭選用大半徑彎頭，比如6D或8D，以減少管道阻力。

5 控制系統及現場儀表的設計原則

新型自動加料控制系統I/O點較少，采用小型PLC系統即可滿足手自控制及操作需求。在控制系統安全性和可靠性出發，系統供電、控制器、卡件、及用于控制回路的I/O卡件等均采用冗余設計。PLC控制系統具有功能強大, 可以實現實時操作狀態顯示、歷史記錄調取、各種聯鎖邏輯控制、順序控制及運算功能, 且組態便捷, 可使現場及DCS操作維護工程輕松便捷的實現系統組態及修改，實時監控和操作，PLC人機交互操作界面友好。

一般固體物料輸送現場粉塵較大且易燃易爆，為粉塵爆炸防爆環境,現場儀表根據工藝需求選用隔爆型儀表。PLC現場儀表信號通訊至DCS控制室進行狀態指示及聯鎖控制，DCS可根據存儲的聯鎖控制程序進行聯鎖控制，啟閉相關閥門，實現DCS控制室操作，引入聯鎖控制回路保障各設備處于正常操作狀態，最終實現固體物料的自動加注。

6 加料量的控制

固體化學藥劑的添加量可由源頭控制加入量，也可把D101儲罐先裝填好物料量，由D102罐的液位高度或大小決定加入量，通過調整自動加料器的加料頻率，靈活控制固體物料的加料量。固體化學藥劑自動加料系統以間歇生產過程為主，其主要以順序控制系統和批量控制系統為主。此系統全封閉操作，無粉塵，對操作現場無污染，且系統傳動部件少，易于檢修維護。

7 結論

新型固體化學藥劑自動加料系統吸取了正壓和負壓輸送方式的優點，實現固體物料的自動添加。含有固體物料的閥門選擇刀閘閥或C型球閥可大大降低管道的堵塞，實現裝置長周期安全穩定運行。加料量可以根據起始罐或者中間罐的體積自由選擇。該裝置適用于化學藥劑的配置及油墨涂料行業，前景廣泛。

[1] 羅駒華,高敬國.密相氣力輸送系統的比較[J].水泥工程，2002,5,15-17.

[2] 黃 標.氣力輸送[M].上海：上海科學技術出版社，1984.

[3] 李 勇.粉、粒狀固體物料氣力輸送技術[J].硫磷設計與粉體工程,2002(5):44-48.

[4] 朱向晅.氣力輸送系統的自動控制[J].石油化工自動化，2007(2):48-52.

TQ056.8

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1003-3467(2017)08-0060-02

2017-06-10

王學珍(1983-)，男，工藝工程師，從事化工工程設計工作，電話：18916699332，E-mail:zhenwx@126.com。