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        基于計(jì)量泵的自動(dòng)化學(xué)供酸系統(tǒng)

        2015-11-28 03:06:42郭帝江
        山西電子技術(shù) 2015年3期
        關(guān)鍵詞:計(jì)量泵供液柜體

        王 玉,郭帝江,常 志,張 峰

        (中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所,山西 太原 030024)

        1 概述

        以前,濕法清洗設(shè)備所需的化學(xué)液都是采用人工手動(dòng)方式進(jìn)行供給,然而這種方式對人本身以及設(shè)備都存在著比較大的安全隱患,并且由于人為因素的影響大,供液的精度比較低[1]。因此,出于對操作人員跟設(shè)備的安全考慮,本文設(shè)計(jì)了一種以計(jì)量泵為基礎(chǔ)的自動(dòng)化學(xué)供酸系統(tǒng),本系統(tǒng)既能解決之前存在的一些問題,同時(shí)還能夠在一定程度上滿足操作人員對自動(dòng)化程度提高的要求。

        2 供酸系統(tǒng)簡介

        供酸系統(tǒng)主要由四部分組成,分別為:供液柜、供液源、輸送系統(tǒng),控制系統(tǒng)。

        本系統(tǒng)供酸原理如圖1 所示。

        圖1 強(qiáng)酸化學(xué)供液系統(tǒng)原理圖

        3 供液柜

        柜體為全封閉結(jié)構(gòu),防止酸液揮發(fā)污染環(huán)境;采用耐酸堿腐蝕的PP(聚丙烯)板組合焊接而成;柜體前后裝有設(shè)備維修門,且后部為透明PVC 材質(zhì)的可拆卸門,可看到設(shè)備內(nèi)部管路,以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障進(jìn)行維修。

        由于強(qiáng)酸溶液具有很強(qiáng)的揮發(fā)性,因此柜體上安裝有抽風(fēng)系統(tǒng),可將揮發(fā)性腐蝕氣體及時(shí)地排出供液柜,并且裝有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)節(jié);同時(shí)排風(fēng)口安裝有差壓表,用于檢測抽風(fēng)壓力,當(dāng)排風(fēng)出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào),便于維護(hù)人員及時(shí)維修。

        在柜體的底部安裝有傳動(dòng)輥?zhàn)酉到y(tǒng),并配有移液小車,方便供液桶的更換。

        柜內(nèi)設(shè)有PFA 材質(zhì)的純水槍以及氮?dú)鈽?,用于進(jìn)行柜體殘留腐蝕液的沖洗及干燥。

        柜體中放有供液桶的腐蝕性區(qū)域與供液泵、控制系統(tǒng)之間采用物理方式隔離,以避免控制元器件以及金屬零件等被揮發(fā)性酸霧腐蝕。

        柜體的采樣區(qū)安裝有采樣閥,可進(jìn)行酸液的采樣分析。

        柜體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

        圖2 柜體結(jié)構(gòu)三維模型圖

        4 供液源

        本系統(tǒng)采用一種化學(xué)液,配備兩只供液桶的方式,可以實(shí)現(xiàn)不間斷供液,兩只供液桶一備一用。

        5 輸送系統(tǒng)

        輸送系統(tǒng)包括供液泵、過濾器、除泡器、供液管道等。

        5.1 供液泵

        計(jì)量泵作為流體精密計(jì)量的理想設(shè)備,在化工工藝過程中可以承擔(dān)強(qiáng)腐蝕性溶液的計(jì)量添加任務(wù),目前已廣泛地用于化工工藝過程中輔料的定量或配比供給[2]。因此,本系統(tǒng)選用計(jì)量泵來輸送強(qiáng)酸溶液。

        計(jì)量泵在實(shí)際使用中計(jì)量精度會(huì)有一定的誤差,實(shí)際流量可以由以下方法進(jìn)行測定:

        1)定容法:定容法是將計(jì)量泵泵出的溶液注入到已知容積的容器,同時(shí)監(jiān)測計(jì)量泵的轉(zhuǎn)數(shù),計(jì)量泵的流量可以通過下面的公式求出:

        式中:Q 為計(jì)量泵流量,cm3/r;V 為容器容積,cm3;n 為計(jì)量泵轉(zhuǎn)數(shù),r。

        2)直接法:直接法是通過采用流量傳感器來獲得計(jì)量泵的流量,根據(jù)計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速,也能比較方便地計(jì)算出計(jì)量泵每轉(zhuǎn)的流量。計(jì)算方法如下:

        式中:Q 為計(jì)量泵流量,cm3/r;q 為流量傳感器測得流量,cm3/min;w 為計(jì)量泵轉(zhuǎn)速,r/min。

        計(jì)量泵實(shí)現(xiàn)流量的計(jì)量和控制主要是通過改變沖程長度和頻率,其中頻率調(diào)節(jié)是目前計(jì)量泵控制器流量計(jì)量和控制的主要方式[3]。本系統(tǒng)對計(jì)量泵的計(jì)量精度具有較高的要求,因此需要對決定計(jì)量泵計(jì)量精度的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。其中,確定合適的控制算法,從而真實(shí)地反映實(shí)際流量與頻率之間的關(guān)系,是決定計(jì)量精度的關(guān)鍵問題。

        通過牛頓插值、拉格朗日插值、分段插值3 種算法,對計(jì)量泵實(shí)際流量與頻率的關(guān)系進(jìn)行理論研究,并用線性回歸分析法對所得的結(jié)果進(jìn)行了分析。最終的分析結(jié)果表明,分段插值算法所得的標(biāo)準(zhǔn)誤差比其他兩種小,能夠更真實(shí)地反映實(shí)際流量與頻率之間的關(guān)系,可大大提高計(jì)量泵的計(jì)量精度。因此,最適合用作計(jì)量泵控制器流量控制的算法為分段差值算法。

        5.2 過濾器

        濕法清洗設(shè)備對于所需的化學(xué)溶液有較高的潔凈度要求。因此本系統(tǒng)中加入了循環(huán)過濾系統(tǒng),由于輸送溶液為強(qiáng)酸,所以選擇PFA 材質(zhì)的過濾器,并且從使用和更換方便的角度考慮,選用的過濾器為殼體與濾芯分離式。

        5.3 除泡器

        由于采用計(jì)量泵輸送溶液時(shí)有震動(dòng),易釋出微粒子,產(chǎn)生氣泡,所以需要加裝除泡器。

        5.4 供液管道

        系統(tǒng)供液管道主要由閥門和管件組成。

        出于防腐性和輸送安全性的考慮,供液管道一般采用雙套管方式。并且,為了便于漏液的偵測,管道的鋪設(shè)具有一定傾斜角度,當(dāng)溶液在內(nèi)管道輸送時(shí)內(nèi)管泄漏,化學(xué)液就會(huì)順著內(nèi)外管之間的空隙流到供液柜,安裝在供液柜體底部的漏液檢測傳感器就會(huì)監(jiān)測到,從而發(fā)出報(bào)警以便及時(shí)處理,可以防止發(fā)生安全事故。

        本系統(tǒng)采用PFA 材質(zhì)的氣動(dòng)隔膜閥和管件,由于PFA材料的雜質(zhì)析出量極少,并且具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。表1為輸送不同溶液時(shí)適合使用的管道材質(zhì)。

        表1 不同溶液管路材質(zhì)

        6 控制系統(tǒng)

        本系統(tǒng)由PLC 進(jìn)行控制,運(yùn)行方式有兩種模式:自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行。

        自動(dòng)模式下,當(dāng)供液系統(tǒng)接收到設(shè)備發(fā)出的供液需求信號后,自動(dòng)運(yùn)行供液程序,完成配液操作。手動(dòng)模式下,可選擇進(jìn)行單步的手動(dòng)操作。

        本系統(tǒng)還具有漏液偵測應(yīng)急處理、系統(tǒng)故障診斷和溶液用量統(tǒng)計(jì)等功能。

        7 結(jié)束語

        以計(jì)量泵為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化學(xué)供酸系統(tǒng),有較高的自動(dòng)化程度,在實(shí)際應(yīng)用中能實(shí)現(xiàn)溶液的自動(dòng)定量添加,計(jì)量誤差較小,并且可以避免由于人為誤操作或疏忽而導(dǎo)致的安全事故發(fā)生。

        [1]祝福生.LED 濕法清洗設(shè)備CDS 設(shè)計(jì)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2013(6):43-45.

        [2]傅鵬,廖富迎.過氧乙酸自動(dòng)添加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].研制與開發(fā),2011,17(6):32-34.

        [3]鄧鴻英,張生昌,牟介剛.基于插值法的計(jì)量泵流量控制算法研究[J].機(jī)電工程,2010,27(7):116-118.

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