先尼科化工 (上海) 有限公司是一家上海高新技術企業, 高性能有機顏料P.R.254 (SR1C) 產品是該公司高新技術產品之一。在當今高性能有機顏料生產工藝上, 隨著對高端顏料品質的高要求, 合成過程中對各反應階段的物料配比也要求極其嚴格, 因此采用技術先進、可靠性高、穩定性好的計量表及其嚴謹的控制系統是十分必要的。
化工顏料生產廠家在物料配比中普遍采用流量計作為重量計量, 但該方法是以體積計量, 然后再根據液體的密度換算成重量, 由于密度與溫度等因素有關, 所以誤差比較大。另外, 因流量計的測量部分直接與被測介質接觸, 對于一些腐蝕性介質, 需要選用價格昂貴的耐腐蝕材料。而稱重模塊不與被測介質直接接觸, 上述缺點均不存在。
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現物料計量的設計方案。稱重模塊類型可分為兩類:靜載稱重模塊和動載稱重模塊。靜載稱重模塊主要適用于側向力較小靜載荷稱重場合或攪拌負荷較小的反應釜;動載稱重模塊主要適用于承受水平作用力的機械裝置如流水線及攪拌負荷較大的反應釜。由于紅SR1C顏料裝置稱重設備均為負荷較小的反應釜, 所以選用型號為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裝置稱重控制系統中的設計與應用。
1 FW靜載稱重模塊構造及其在圓形設備上配置
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成如圖1所示。在稱量時, 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上。傳感器將容器所產生的壓力轉化成電信號輸出到儀表。模塊的容量依據其所用傳感器而定, 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、半浮動式模塊和浮動式模塊。這3類模塊的組合可使稱重系統免受熱脹冷縮的影響, 保證傳感器的受力點不變。
圖1 FW靜載稱重模塊 下載原圖
2 FW靜載稱重模塊的設計與選型
先麗DPP紅SR1C裝置稱重儀表條件如表1所示。
2.1 確定FW靜載稱重模塊的數量
一般較小直徑的容器或反應釜采用3個稱重模塊, 較大直徑的容器或反應釜采用4個稱重模塊。由于DPP紅SR1C裝置中反應釜直徑都相對較大, 所以稱重計量的每臺反應釜均采用4個稱重模塊。根據DPP紅SR1C裝置稱重儀表條件表, 4臺圓形反應釜均為水平懸掛放置的壓力容器, 每臺反應釜均有4個設備懸掛式支架, 需配置4個稱重模塊組成該設備的一套稱重系統, 每套稱重系統由一個固定式模塊、一個半浮動模塊及兩個浮動式模塊組成, 半浮動模塊必須安裝在固定模塊的對角上。
表1 先麗DPP紅SR1C裝置稱重儀表條件 下載原表
2.2 確定每臺反應釜上稱重模塊的容量和型號
稱重模塊的容量和類型選定原則為:計算秤體的皮重 (空載時) , 并加上沖擊、震動外力等可能附加的重量;估計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, 所有的稱重模塊應選取相同的容量。結合DPP紅SR1C裝置稱重條件, 先麗DPP紅SR1C裝置中各反應釜稱重模塊容量及型號選擇如表2所示。
表2 各反應釜稱重模塊容量及型號選擇 下載原表
2.3 在設計和使用過程中需注意和改進事項
(1) 讓設備和土建專業設計標定時安放砝碼的位置及安裝、維修時的千斤頂工作位。
(2) 要求設備制造廠家在焊接耳座支撐架時注意水平度, 支架偏斜而引起與水平線的夾角不大于0.5b。
(3) 罐體的進、出口應盡量采用合適的軟管, 并要求水平安裝, DN80的管道軟管設計長度需600mm以上。
(4) 每臺反應釜的總載荷應平均地作用在4個稱重模塊上, 稱重模塊安裝完成后應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, 然后進行標定。
(5) 4套稱重系統與DCS通信不采用傳統4~20m A模擬量信號, 而是采用專用DP電纜。
3 稱重控制終端構成
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, 并將之顯示為實際的質量讀數。Panther系列面板帶有7位熒光數碼顯示和6只功能按鍵 (分別為清零鍵、皮重鍵、清皮鍵、存儲鍵、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 稱重控制系統在DPP紅SR1C工程裝置中的應用
在DPP紅SR1C裝置上, 存在甲醇、C醇等混合爆炸危險性氣體, 現場稱重儀表需安裝在非安全區內, 應采用防爆衡器。防爆衡器主要有兩大類型:復合型和本安型。復合型是指秤臺在危險區, 儀表在安全區, 秤臺與儀表之間加安全柵。本安型配置是指儀表和秤臺均在危險區, 如果要接位于安全區的外設, 必須采用光纖通信套件。
DPP紅SR1C生產特點和要求:既要求現場操控, 又要在DCS上直接控制。但現場是防爆區, 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;如果選取復合型, 把儀表放置在控制室, 觀察數據和現場操作不太方便, 也體現不了總線化接線的優勢, 而且工藝要求對罐加入不同定量的多種溶劑, 需要現場設定。為適合需要, 設計方案確定為在現場設置儀表控制箱, 內置在防爆2區EXd IIBT4環境下的Panther儀表和人機界面, 實現在現場的操作要求;通過DP通信實現DCS畫面重量顯示及DCS對物料的稱重控制。防爆稱重控制系統結構如圖2所示。
圖2 防爆稱重控制系統結構 下載原圖
5 DCS與稱重控制終端之間Profibus-DP現場總線通信方案的設計和實現
DPP紅SR1C裝置DCS采用浙江中控股份有限公司的ECS-100系統, DP卡型號為FW239-DP。FW239-DP主站接口卡在邏輯上等同于FW243主控卡, 在SCnet II網中直接向上位機廣播實時數據, 用于在監控軟件中顯示, 并且支持上位機的寫數據。Profibus-DP通信數據傳送方案如圖3所示。
圖3 Profibus-DP通信數據傳送方案 下載原圖
要求設備廠家提供所要通信的DP從站的準確GSD文件, 因為GSD文件是每個DP從站設備在出廠時所必配的設備特性描述文件, 它記錄著從站的通信數據大小和通信格式以及通信配備方式等特性。
稱重設備與DCS系統進行DP現場總線通信組態方案如圖4所示。
圖4 稱重設備與DCS通信組態方案 下載原圖
通過SCKey組態軟件實現DP通信的組態界面如圖5所示。
圖5 DP通信的組態界面 下載原圖
6 結語
該方案在高性能有機顏料反應釜的定量配比過程中起著十分重要的作用, 提高了顏料產品的收率, 有效降低了原料的消耗。該裝置目前運行穩定。