3D技術(shù)在PTA粉料計(jì)量中的應(yīng)用

馬麗輝

(中國(guó)石化 洛陽(yáng)分公司 ， 河南 洛陽(yáng)471012)

摘要：粉料動(dòng)態(tài)計(jì)量是物料計(jì)量中的一個(gè)難點(diǎn)。通過(guò)對(duì)粉料特性分析，開(kāi)發(fā)采用3D技術(shù)，基本解決了粉料動(dòng)態(tài)計(jì)量難題。

關(guān)鍵詞：3D技術(shù) ； PTA粉料 ； 料倉(cāng) ； 計(jì)量

中圖分類號(hào)：TQ050.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

收稿日期：2014-12-25

作者簡(jiǎn)介：馬麗輝(1977-)，女，本科，從事計(jì)量管理工作，電話： 13838850962。

0前言

目前國(guó)內(nèi)外新建的化工化纖裝置和粉料生產(chǎn)量在不斷增加，其中化纖PTA產(chǎn)量和供下游裝置PTA輸送量的計(jì)量方法五花八門，有輸送罐稱重法、汽車罐車稱重法、人工敲倉(cāng)法等，其中，以人工敲倉(cāng)法居多。隨著精細(xì)化管理的深入，針對(duì)化纖PTA大料倉(cāng)的物位計(jì)量，研發(fā)出一種準(zhǔn)確計(jì)量的方式迫在眉睫。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將“3D”技術(shù)應(yīng)用到粉料物位計(jì)量方法已成雛形。

1PTA粉料計(jì)量的現(xiàn)狀

1.1　PTA粉料輸送流程

化纖PTA粉料輸送流程如圖1所示。

圖1　化纖PTA粉料輸送流程

圖1中，左側(cè)框內(nèi)為化工車間部分，采用稱重法計(jì)量，經(jīng)比對(duì)，檢定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。由化工車間輸送至聚酯大料倉(cāng)、聚酯大料倉(cāng)至合纖分別采用固體物料微波質(zhì)量流量計(jì)FIQ10201 、FIQ10203和 FIQ10202計(jì)量。右側(cè)框內(nèi)為聚酯料倉(cāng)，自開(kāi)工投產(chǎn)后曾使用過(guò)康泰斯公司設(shè)計(jì)系統(tǒng)配套的E+H廠家FTM31系列音叉料位計(jì)和西門子公司生產(chǎn)的LR460系列雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量，不能達(dá)到有效計(jì)量效果，目前無(wú)其他計(jì)量手段，月底盤(pán)庫(kù)采取敲倉(cāng)法計(jì)量。

1.2　原有計(jì)量方式

化工車間生產(chǎn)的PTA采用流量計(jì)量法、輸送罐稱重法、汽車罐車稱重法、人工敲倉(cāng)法結(jié)合來(lái)計(jì)算；合纖公司PTA采用的是輸送罐稱重法、汽車罐車稱重法結(jié)合來(lái)計(jì)量；聚酯生產(chǎn)部PTA消耗量采用流量計(jì)量法和人工敲倉(cāng)法結(jié)合來(lái)計(jì)量。

1.3　計(jì)量過(guò)程中存在的問(wèn)題

1.3.1料倉(cāng)情況

料倉(cāng)體形狀：料倉(cāng)體頂部屬于拱形半圓頂蓋，半圓的高度1.5 m；中間部分是圓柱形，高度15 m，圓柱半徑15 m；下面部分是倒錐形，高度17 m，錐底半徑15 m，錐底為出料口； 進(jìn)料口在拱形弧頂偏離中心3.8 m的位置；料倉(cāng)建筑結(jié)構(gòu)為是水泥鋼筋混合體建筑，沿料倉(cāng)柱體部分外表面有螺旋式盤(pán)梯。三個(gè)料倉(cāng)并行排列，自西向東分別為C倉(cāng)、A倉(cāng)和B倉(cāng)。

1.3.2計(jì)量的難點(diǎn)

①粉末狀粉倉(cāng)內(nèi)物料顆粒細(xì)小，進(jìn)料時(shí)在倉(cāng)內(nèi)呈彌漫狀態(tài)，細(xì)小粉塵飄揚(yáng)，粉料堆密度小，有粉與無(wú)粉的邊界趨于模糊，嚴(yán)重影響超聲波或其他電磁波法的測(cè)量。②由于PTA粉料分子粒徑、濕度等不同，導(dǎo)致其物理性質(zhì)出現(xiàn)差異，尤其是位于不同高度位置的粉料堆密度相差很大，無(wú)法用一個(gè)統(tǒng)一的物理量去衡量，對(duì)連續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)量造成很大影響。③料倉(cāng)內(nèi)不規(guī)則的出粉、加粉、塌粉等現(xiàn)象，產(chǎn)生的機(jī)械力破壞性大，可使倉(cāng)內(nèi)傳感器或傳感器的支架產(chǎn)生彎曲、變形，甚至損壞。④料倉(cāng)內(nèi)壁極易出現(xiàn)掛料現(xiàn)象，無(wú)法得出真實(shí)物位，并且物料呈現(xiàn)凹凸不平的不規(guī)則表面，很容易出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象。

綜上所述，料倉(cāng)料位準(zhǔn)確計(jì)量的難點(diǎn)在于：測(cè)量元件不能與物料直接接觸；對(duì)物料物理特性不敏感(如黏度、密度、介電常數(shù)等)，減少物料物理特性帶來(lái)的誤差；對(duì)空間粉塵具有穿透力不影響測(cè)量；在料倉(cāng)現(xiàn)有狀況下易安裝；不受外界環(huán)境因素干擾。通過(guò)調(diào)研和分析，認(rèn)為“3D”料位計(jì)可以解決上述計(jì)量難點(diǎn)。

2“3D”料位計(jì)原理及特性

“3D”物位掃描儀是目前唯一能夠不受材料影響、能夠準(zhǔn)確測(cè)量散裝固體和粉末的設(shè)備?！?D”物位掃描儀采用了三個(gè)天線組成的陣列來(lái)發(fā)送低頻脈沖，并接收儲(chǔ)倉(cāng)、倉(cāng)庫(kù)或容器內(nèi)物料所發(fā)出的脈沖回聲。借助三個(gè)天線，該設(shè)備不僅可以測(cè)量每個(gè)回聲的時(shí)間、距離，而且還可以測(cè)量其方向。設(shè)備的數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行采樣和分析，從而對(duì)存放的物料進(jìn)行精確的物位、體積和質(zhì)量測(cè)量，并通過(guò)“3D”方式呈現(xiàn)容器內(nèi)產(chǎn)品的實(shí)際分布情況，將其顯示出來(lái)或發(fā)送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)屏幕上。

它采用了TMR獨(dú)特的防灰塵滲透技術(shù)，可以達(dá)到無(wú)與倫比的工藝測(cè)量和庫(kù)存控制水平。這種獨(dú)特的設(shè)備可以測(cè)量多種容器中存放的任何材料，其中包括儲(chǔ)倉(cāng)、大型露天倉(cāng)庫(kù)、散裝固體儲(chǔ)藏室、貨堆和貨棧。它可以描繪出堆積的負(fù)載情況以及在長(zhǎng)時(shí)間存放過(guò)程中形成的其他不規(guī)則的形狀，除了此類應(yīng)用，還可以為原來(lái)無(wú)法解決的高難度應(yīng)用問(wèn)題提供完美精確的解決方案。

3“3D”系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用

2013年5月份，經(jīng)過(guò)實(shí)地考察，太原特瑪茹電子科技有限公司，在激光“3D”技術(shù)應(yīng)用方面國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，能以簡(jiǎn)潔的設(shè)備、便捷的操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)PTA大料倉(cāng)的準(zhǔn)確計(jì)量，確定了開(kāi)發(fā)技術(shù)方案。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件：即粉塵大，是典型防爆環(huán)境；進(jìn)料和出料時(shí)間上的不確定性，對(duì)準(zhǔn)確測(cè)量的難度要求提高；高頻雷達(dá)穿透力弱，粉塵吸收和反射信號(hào)，使信號(hào)衰減過(guò)快，難以準(zhǔn)確地測(cè)量點(diǎn)，采用低頻聲波信號(hào)，從而能夠穿透粉塵；采用喇叭式天線，增強(qiáng)信號(hào)的接受能力，并且匹配信號(hào)接收的阻抗；天線采用TFLON鍍膜，增加防腐蝕性；采用金屬外殼和24V直流低電壓供電，采用“3D”表面成像技術(shù)，如實(shí)反應(yīng)物料的表面形狀。

3.1　硬件安裝

在硬件安裝中，為了保證儀器穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)儀器安裝要求也相應(yīng)提高。天線對(duì)地形成90°夾角，掃描儀的天線、喇叭伸出安裝法蘭，與料倉(cāng)的頂部平面平行，并且保證掃描儀喇叭不受到任何橫欄、框架或者法蘭圓筒的包圍或干擾；現(xiàn)場(chǎng)24 V直流電源供電，通訊是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“485”總線模式，各倉(cāng)的掃描儀采用菊花鏈方式連入控制室。為了匹配傳輸線阻抗，在最后一個(gè)掃描儀和控制器的“485”總線正負(fù)極連接一個(gè)120 Ω電阻。

3.2　軟件安裝與調(diào)試

根據(jù)測(cè)量要求，基于MODBus的OPC協(xié)議編制測(cè)量程序。據(jù)配置掃描儀相關(guān)參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試，同時(shí)對(duì)設(shè)備發(fā)回的波形進(jìn)行分析。通過(guò)分析，消除錯(cuò)誤回波，可得到真實(shí)料位的反射信號(hào)。同時(shí)把測(cè)量數(shù)據(jù)上傳到DCS系統(tǒng)，便于局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享。

4主要成效

4.1　可實(shí)時(shí)監(jiān)控、方便查詢

①系統(tǒng)和探測(cè)頭測(cè)試調(diào)試成功，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量料倉(cāng)內(nèi)的料位高度、體積和質(zhì)量。②“3D”掃描儀實(shí)時(shí)顯示料倉(cāng)內(nèi)的料位情況。③“3D”測(cè)量數(shù)據(jù)采用歷史數(shù)據(jù)方式記錄，方便查詢。實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)OPC協(xié)議上傳送到DCS控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)查詢測(cè)量數(shù)據(jù)。④遠(yuǎn)程控制，方便系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)試和測(cè)試。

4.2　與敲倉(cāng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)比對(duì)

制定比對(duì)、標(biāo)定方案。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，確定每一個(gè)料倉(cāng)的錐高、圓柱體高度、直徑等實(shí)際參數(shù)等，正確輸入系統(tǒng)中。為了驗(yàn)證“3D”掃描儀在實(shí)際工況下的效果，采取隨機(jī)抽查的方式，進(jìn)行“3D”掃描儀系統(tǒng)數(shù)據(jù)和敲倉(cāng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)比對(duì)，得出比對(duì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1　聚酯大料倉(cāng)“3D”與敲倉(cāng)數(shù)據(jù)比對(duì)表　　　　　　　　　　　　　m

與以往定量輸送比對(duì)不同，此次比對(duì)聚酯大料倉(cāng)分別在進(jìn)料、出料、靜止料位等實(shí)際工況下，標(biāo)定比對(duì)的數(shù)字得出，此測(cè)量系統(tǒng)準(zhǔn)確度等級(jí)大于0.5級(jí)。

4.3　與化工車間定量輸送比對(duì)

利用化工批料倉(cāng)AF201A/B和成品料倉(cāng)AF202，通過(guò)新線或舊線分別定量向聚酯料倉(cāng)的A、B、C倉(cāng)輸送PTA，要求專倉(cāng)專送，每次定量輸送。輸送過(guò)程中，保持AF201A/B或AF202和被接受倉(cāng)靜止，分別在開(kāi)始輸送前、輸送結(jié)束后、每隔相對(duì)應(yīng)的時(shí)間對(duì)日料倉(cāng)或成品料倉(cāng)數(shù)據(jù)，以及接受倉(cāng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。在上、中、下倉(cāng)等不同料位時(shí)進(jìn)行質(zhì)量和體積對(duì)比，驗(yàn)證其準(zhǔn)確性和重復(fù)性。在連續(xù)的七次比對(duì)檢定中(見(jiàn)表2)。由表2可以看出，誤差在-0.38%～0.28%，符合計(jì)量要求，達(dá)到了科研開(kāi)發(fā)效果，解決了聚酯PTA粉料的計(jì)量難題。

表2　比對(duì)檢定表

注：起始時(shí)間為每天上午9：00開(kāi)始。

5結(jié)論

利用“3D”技術(shù)，對(duì)聚酯三座大料倉(cāng)逐一進(jìn)行開(kāi)發(fā)應(yīng)用，對(duì)不規(guī)則的粉料進(jìn)行“3D”測(cè)量，可準(zhǔn)確計(jì)量出其體積，再輸入平均密度，在電腦上合成大料倉(cāng)PTA的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)聚酯PTA大料倉(cāng)物位的準(zhǔn)確計(jì)量。準(zhǔn)確度達(dá)到±0.5%，可逐步取消“敲倉(cāng)計(jì)量”。