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| 液化氣自動灌裝機(jī)設(shè)計(jì)分析 | 2020-01-27 |
| 前言 液化氣（簡稱LPG）具有易燃、易爆、相態(tài)易變等特點(diǎn)。此外，還具有很高的氣化率,膨脹系數(shù)大，可壓縮性強(qiáng)，在常溫加壓時(shí)非常容易液化。我國的LPG儲運(yùn)技術(shù)是60年代隨著石油工業(yè)的發(fā)展而開始的，目前已經(jīng)形成了一整套成熟的LPG灌裝、運(yùn)輸、儲運(yùn)等方面的技術(shù)。自動灌裝機(jī)LPG以其靈活方便、不受地區(qū)條件限制的特點(diǎn)，使LPG的應(yīng)用更加普遍。紹了一種新的液氯自動灌裝機(jī)定值充裝模式，采用電子標(biāo)簽自動灌裝機(jī)觸摸屏、總線通信自動灌裝機(jī)觸摸屏、無線網(wǎng)絡(luò)自動灌裝機(jī)觸摸屏及數(shù)據(jù)庫自動灌裝機(jī)觸摸屏等，實(shí)現(xiàn)了液氯自動灌裝機(jī)超期使用或超期未檢的自動檢查、液氯的自動定值充裝、鋼液氯瓶檔案管理和流轉(zhuǎn)管理，大大降低了人為因素的影響，提高了工作效率和安全生產(chǎn)系數(shù)，提升了鋼液氯瓶管理水平。液氯是生產(chǎn)的重要原料，同時(shí)也是有毒、有害、有腐蝕性的危險(xiǎn)化學(xué)品叫在液氯自動灌裝機(jī)充裝環(huán)節(jié)存在一些突出問題，主要表現(xiàn):（1）充裝前后沒有對鋼液氯瓶進(jìn)行必要的檢查；（2）在充裝過程中對充裝量的控制不合格，過量充裝現(xiàn)象依然存在；（3）對超過使用年限的鋼液氯瓶、超期未檢的鋼液氯瓶、未進(jìn)行使用登記的鋼液氯瓶或其他不合格鋼液氯瓶進(jìn)行充裝等。從目前統(tǒng)計(jì)的液氯自動灌裝機(jī)事故原因來看，也主要集中在這幾個(gè)方面。 1洛陽石化總廠LPG自動灌裝機(jī) 洛陽石化總廠于1998年7月依托現(xiàn)有液化氣汽車裝車設(shè)施,建成并投用一座LPG鋼瓶自動灌裝機(jī),其設(shè)計(jì)灌瓶能力為10kt/a,以灌裝15kg鋼瓶為主（灌裝能力為576瓶/h），同時(shí)灌裝少量50kg鋼瓶（灌裝能力為50瓶/h）。目前該設(shè)施使用情況良好。自動灌裝機(jī)存在稱重精度低、數(shù)據(jù)傳輸過程干擾導(dǎo)致誤操作、溶劑超重處理困難等問題。采用簡單適用的控制算法，采用高速可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式。上位機(jī)記錄的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，精度和速度達(dá)到了預(yù)期效果，超重溶劑的處理也簡單易行。該控制灌裝機(jī)性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，與上位機(jī)操作界面完善。調(diào)試過程中出現(xiàn)的具體問題和上位機(jī)存儲的生產(chǎn)數(shù)據(jù)也為自動配料系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化提供了材料和依據(jù)，具有很大的市場推廣價(jià)值。 1.1平面布置 自動灌裝機(jī)分為受過程（流體運(yùn)動）控制技術(shù)支持的過程自動化（PA）和受運(yùn)動控制技術(shù)支持的工廠自動化（FA或離散生產(chǎn)自動化）。電子秤中的液體灌裝機(jī)已從傳統(tǒng)的模擬環(huán)路稱重儀，集成的ICT控制技術(shù)發(fā)展為分布式（或分布式）受控的自動灌裝機(jī)DCS。高可靠性，便捷的組態(tài)軟件，豐富的控制算法，開放的聯(lián)網(wǎng)功能等已成為控制自動灌裝機(jī)的計(jì)算機(jī)行業(yè)的主流，并廣泛用于大規(guī)模，眾多設(shè)備和復(fù)雜過程類型的設(shè)備。該自動灌裝機(jī)靠近207國道，交通便利。整個(gè)設(shè)施東西寬55m,南北長72m,占地面積為3960m2。該段地勢平坦，從東北向西南呈0.5%的自然坡度,且臨近公司圍墻，雨水可直接排至圍墻外的排洪溝;北靠400m3液化氣罐區(qū)，LPG自動灌裝機(jī)平面布置為生產(chǎn)區(qū)、輔助區(qū)和回車場3部分。見圖1。液體灌裝機(jī)由箱體、秤臺、吊架、BJX 防爆接線箱、控制器、鍵盤、顯示器、防爆電磁閥、充裝槍及聯(lián)網(wǎng)控制盒等部件組成。其中 BJX 防爆接線箱為隔爆型，防爆標(biāo)志為 ExedⅡBT6，防爆合格證號為 CE021368； 控制器、鍵盤、顯示器為本安型，防爆標(biāo)志為 ExibⅡAT3；防爆電磁閥為澆封兼本安型,防爆標(biāo)志為 ExdⅡBT4，防爆合格證號為 GYB04484X；防爆開關(guān)為隔爆型，防爆標(biāo)志為 ExedⅡCT6，防爆合格證號為 8060643。其它為非電氣部分。生產(chǎn)區(qū)主要為LPG鋼瓶灌瓶間，位于站內(nèi)北側(cè)，灌瓶間面積為600m2（30x20m）,內(nèi)設(shè)置1臺18秤位YSP-15kgLPG鋼瓶自動灌裝機(jī)和4臺LPG鋼瓶灌裝秤等灌裝設(shè)施，并留有鋼瓶存放的位置,可將鋼瓶按實(shí)瓶區(qū)和空瓶區(qū)分組布置，能同時(shí)放置500個(gè)實(shí)瓶和300個(gè)空瓶，能滿足4~5個(gè)10t卡車的裝瓶量。輔助區(qū)位于站內(nèi)西側(cè)，與灌瓶間垂直距離15.25m,滿足安全距離的要求。從北至南為空壓機(jī)間、修理間、休息室和管理室，建筑面積為120m20為滿足生產(chǎn)的正常進(jìn)行，設(shè)置的修理間具有一般性維修的功能，如鋼瓶角閥、護(hù)罩和底圈損壞、自動灌裝機(jī)故障等;休息室可容納20人;管理室對進(jìn)出大門的車量和人流進(jìn)行管理，并設(shè)有可燃?xì)怏w報(bào)警器。 設(shè)施內(nèi)南、西兩側(cè)設(shè)有對外出入口，可滿足裝瓶汽車進(jìn)出，站內(nèi)灌瓶間的氣自動灌裝機(jī)卸平臺前留有較寬敞的汽車回車場（40x40m）,汽車轉(zhuǎn)彎半徑可達(dá)15m以上，可滿足10t載重量卡車的轉(zhuǎn)彎要求。 LPG灌裝輸送泵及殘液回收罐設(shè)在LPG罐區(qū)內(nèi)。 1.2灌裝工藝流程 (1)鋼瓶灌裝流程 LPG空瓶卸至裝卸平臺—人工外觀檢查一人工推上灌裝輸送鏈條-檢斤倒殘-上瓶器推瓶上轉(zhuǎn)盤-人工上灌裝槍f定量灌裝f人工關(guān)角閥下槍-下瓶器推瓶下轉(zhuǎn)盤-一次復(fù)檢f超欠處理->二次復(fù)檢-人工檢漏-人工推下灌裝輸送鏈條-裝卸平臺—出站。液體灌裝機(jī)也是一種數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)12兆位)的現(xiàn)場總線，因此被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。液體灌裝機(jī)不依賴于制造商的現(xiàn)場總線，各種自動灌裝機(jī)可以通過同一接口交換信息。Profibus-DP(分布式/操作自動配料系統(tǒng)-分布式自動配料系統(tǒng))是一種數(shù)據(jù)傳輸速率相對較高的優(yōu)化模塊，適用于自動配料系統(tǒng)與外部自動灌裝機(jī)，尤其是遠(yuǎn)程輸入輸出自動配料系統(tǒng)之間的通信。自動灌裝機(jī)允許高速周期性小批量數(shù)據(jù)通信，適用于時(shí)間要求高的自動化場合。因?yàn)镻ROFIBUS現(xiàn)場總線是一個(gè)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。利用數(shù)字信號在自動配料系統(tǒng)中間層或不同層的總線自動灌裝機(jī)之間進(jìn)行通信，可以在一對導(dǎo)線上傳輸多個(gè)信號(包括多個(gè)運(yùn)行參數(shù)值、多個(gè)自動灌裝機(jī)狀態(tài)和故障信息)，大大降低了導(dǎo)線和連接附件的數(shù)量，提高了自動配料系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。 (2)回收殘液流程 上述流程中加設(shè)回收殘液措施(即檢斤倒殘):輸送鏈條上的鋼瓶檢斤f超重鋼瓶推出-倒殘—鋼瓶重新上輸送鏈條。自動灌裝機(jī)混合系統(tǒng)由工控機(jī)、PLC、工業(yè)稱重終端（LYNX）,變頻器、振動電機(jī)、混料機(jī)、傳感器等部分組成。上位工控機(jī)提供人機(jī)交互界面，完成控制信息輸入、數(shù)據(jù)管理、進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、存儲、統(tǒng)計(jì)和報(bào)表等功能，上位機(jī)釆用IPC810I控機(jī)，它的主要工作有：通過主機(jī)鍵盤輸入配料的重量，根據(jù)液體的灌裝配比，生成各種液體的重量，通過通信傳送給PLC。灌裝過程中，進(jìn)行動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視，定時(shí)收集各從機(jī)發(fā)送來的各液體重量，累計(jì)下料量，各液體重量給定值等信息，在CRT±進(jìn)行顯示，并形成有關(guān)的數(shù)據(jù)庫文件，在需要時(shí)打印出各種管理文件和報(bào)表.。殘液主要為C5成分，而我廠LPG中的戊烷含量為0.05%,戊烷量低于國標(biāo)要求。根據(jù)這一特點(diǎn),本流程采用了正壓法回收殘液:將LPG儲罐與鋼瓶聯(lián)通,對鋼瓶加壓后，利用鋼瓶自壓將殘液壓入殘液罐內(nèi)，如戊烷可作為汽油成分進(jìn)入汽油罐內(nèi)。該工藝采用設(shè)備少，流程簡單，投資省，比較，但倒殘時(shí)間長。自動灌裝機(jī)中，一般有兩種稱重方式：輸入式稱重和卸荷式稱重。通常輸入式稱重相比卸式稱重具有更高的精度，所以我們使用前者。輸入型稱重有兩種實(shí)現(xiàn)方法，我們稱種為零位法。當(dāng)稱重開始，我們通過加料設(shè)備把材料放到秤斗直到稱重值達(dá)到設(shè)定值，然后打開閘門，傾倒材料，最后重新從零定位稱量下一種材料；第二種被稱為增量方法，與種方式不同的是我們不在稱重工作剛完成時(shí)就立即傾倒材料，而是首先清除電子秤的計(jì)數(shù)值，然后再以同樣的方法對另一種材料進(jìn)行操作。顯然，零位法相比增量法具有較高的精度，所以零位法是方法。 1.3工藝設(shè)備 (1)18秤位LPG灌裝轉(zhuǎn)盤 該設(shè)施的自動灌裝機(jī)具有產(chǎn)率大、精度較高、人員少的特點(diǎn)，釆用了氣動灌槍機(jī)械手，機(jī)械化程度高，安全性好，性能穩(wěn)定，一次灌裝合格率均在96%以上，不合格的鋼瓶經(jīng)過超欠處理后，二次灌裝合格率可達(dá)99%o其中灌裝轉(zhuǎn)盤采用無級變速、摩擦傳動方式，灌裝轉(zhuǎn)速可調(diào)，這樣操作工可以根據(jù)灌裝量、灌裝壓力及空氣壓力適時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,使生產(chǎn)能正常進(jìn)行。鏈條可以拆卸，便于維修。整套設(shè)備構(gòu)造簡單，維修量小。自動灌裝機(jī)是集計(jì)算機(jī)生產(chǎn)過程控制和稱重加料、配方控制、出料等數(shù)據(jù)管理于一體的綜合性自動液體灌裝機(jī)。采用三菱Q系列可編程控制器和燕化工業(yè)控制微機(jī)組成高性能控制平臺。為了設(shè)計(jì)一套用于生產(chǎn)控制的自動液體灌裝機(jī)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的操作、簡單實(shí)用的操作和的性價(jià)比至關(guān)重要。 (2)空壓機(jī) 上述自動灌裝機(jī)中灌槍、灌裝秤和倒殘機(jī)等的22個(gè)啟閉裝置均使用0.7MPa壓縮空氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，本設(shè)計(jì)中采用了1臺W型風(fēng)冷單作用空壓機(jī)。 (3)LPG輸送泵 本設(shè)計(jì)LPG灌裝管線系統(tǒng)中泵出入口兩端加有安全回流管線，同時(shí)采用了具有超壓安全回流閥裝置的LPG泵，該LPG泵為容積式葉片泵，可作為LPG灌裝用，密封性能好，泵體內(nèi)設(shè)有超壓自啟回流保護(hù)機(jī)構(gòu)。另外,LPG裝車用的2臺ZA504M型化工流程泵可作備用泵。 2安全措施 由于LPG具有易燃、易爆的特點(diǎn)，所以防火、防爆、防靜電的安全措施在設(shè)計(jì)中應(yīng)占重要部分。 (1)LPG灌瓶間內(nèi)設(shè)置了可燃?xì)怏w濃度檢測與報(bào)警系統(tǒng)。報(bào)警儀的設(shè)置符合現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w檢測報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH3063-94)的有關(guān)要求。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到爆炸下限的20%的時(shí)候，即會報(bào)警。 (2)灌裝間內(nèi)地坪作有200mm厚的不發(fā)火花地面，技術(shù)要求符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《地面與樓面工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GBJ209)。本自動灌裝機(jī)中，控制的核心部分為西門子S7-200型PLC，組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控自動灌裝機(jī)軟件。PLC負(fù)責(zé)采集輸入信號，經(jīng)程序處理后向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制命令。PLC與上位機(jī)之間通過通訊電纜連接，輸入信號在傳送至PLC的同時(shí)，PC機(jī)也會獲得數(shù)據(jù)并通過組態(tài)王將其同步顯示。為了進(jìn)一步降低一線人員操作的難度，可以考慮用觸摸屏取代傳統(tǒng)控制按鈕。這里討論的屬于遠(yuǎn)程控制方式，即在組態(tài)軟件界面上對生產(chǎn)自動灌裝機(jī)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行操作。 (3)本設(shè)施內(nèi)的靜電接地設(shè)計(jì)按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《化工企業(yè)靜電接地設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(GD90A3)執(zhí)行,共設(shè)有2處專用接地極，可滿足靜電接地要求,另外所有設(shè)備均有防靜電處理裝置，防止因摩擦或碰撞引起火花，其接地電阻均小于lOOflo管徑確定按照LPG流速不應(yīng)大于3m/s設(shè)計(jì)。架空敷設(shè)的LPG管道每隔80m接地一次，以消除由于管內(nèi)氣體流動與管壁摩擦而產(chǎn)生靜電。管道接地應(yīng)可靠,其接地電阻不應(yīng)大于100Q,且所有法蘭及絲扣連接處均應(yīng)焊有導(dǎo)電的跨線。自動灌裝機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)批次化生產(chǎn)，使自動灌裝機(jī)可以接受信息化自動灌裝機(jī)下達(dá)的生產(chǎn)指令，并可以執(zhí)行指令并完成反饋，使生產(chǎn)自動灌裝機(jī)成為生產(chǎn)過程中的一個(gè)完整信息化單元，最終實(shí)現(xiàn)自動化與信息化的融合。 (4)灌裝間采用半敞開式建筑,凈高為6m。采用自然通風(fēng)，靠近地面處設(shè)置通風(fēng)柵，總面積為18m2o在保證釆光的同時(shí)，也注意到了通風(fēng)性能與冬季保暖的問題。自動灌裝機(jī)用顯示分頻器將灌裝現(xiàn)場的顯示器和辦公室的計(jì)算機(jī)顯示器聯(lián)接，用兩根串行通訊線將灌裝現(xiàn)場的兩個(gè)電子秤與辦公室的計(jì)算機(jī)主機(jī)的兩個(gè)串行端口聯(lián)接，用鍵盤分接器將灌裝現(xiàn)場的小鍵盤和辦公室的計(jì)算機(jī)聯(lián)接(在灌裝現(xiàn)場的工人是通過小鍵盤操作辦公室的主機(jī))。管理員辦公室與灌裝現(xiàn)場距離以5～8m為宜。 (5)消防水仍利用該公司原有的消防管線，按照規(guī)范要求在灌裝間附近設(shè)置2個(gè)消防栓,并配置一定量的滅火器。定量灌裝機(jī)生產(chǎn)線是以S5135UPLC為核心組件，通過CPU模塊，執(zhí)行用戶程序，依據(jù)上位機(jī)傳入的料方數(shù)據(jù)和其它設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算和必要的數(shù)學(xué)運(yùn)算，通過輸入輸出模塊控制所有現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行，把所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息、灌裝數(shù)據(jù)等由通訊模5431通過PROFIBUSFMS總線輸送到上位機(jī)，通過PROFIBUS-DP總線和稱重儀表相連，接收處理稱重儀表傳入的電子秤稱量數(shù)據(jù)。 (6)鑒于LPG密度比空氣大，易產(chǎn)生積聚，在LPG灌裝過程中容易產(chǎn)生泄漏，且本灌裝間內(nèi)地坑較多，為防止液化氣積聚在地凹處，在設(shè)計(jì)中設(shè)置了抽風(fēng)系統(tǒng)。各地坑用風(fēng)管相連，灌裝時(shí)開啟鼓風(fēng)機(jī)將LPG抽至室外，以保持LPG濃度小于報(bào)警濃度。 3亟待解決的問題 (1)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50028-93)中所述不發(fā)火地面主要是指面層材料的選擇。常用的做法是配制不發(fā)火花的水泥砂漿、細(xì)石混凝土或水磨石，做成樓面或地面。攪拌澆搗時(shí)難免混入其它石料及鐵屑等雜物，因此，在保證材料的純度和施工質(zhì)量方面難度較大。對于施工質(zhì)量是否滿足不發(fā)火花的要求，也只有在工程驗(yàn)收時(shí)才能證實(shí)。如果不合格,也往往因施工周期長、整改影響面大而難以補(bǔ)救，同時(shí)造成浪費(fèi)。近來，鑒于新材料與新產(chǎn)品的不斷開發(fā)和研制，建議少用或不用此類做法，改用其它方法：在一般的混凝土基層上直接貼敷防靜電層，如采用?；卮u、導(dǎo)靜電橡膠板、防靜電抗壓地板塊以及木板等。自動灌裝機(jī)是針對不同類型的液體進(jìn)行輸送、配比、加熱、混合以及成品包裝等全生產(chǎn)過程的自動化生產(chǎn)線。灌裝機(jī)廣泛應(yīng)用于油墨、涂料、助劑、溶劑等化工行業(yè)。自動配料系統(tǒng)基于西門子PLC和新型稱重控制器的技術(shù)特性。根據(jù)西門子s7-200 PLC和稱重儀表作為控制器,以完成控制過程。自動灌裝機(jī)主要由s7-200 PLC,稱重儀表,HMI和四通道灌裝設(shè)備構(gòu)成。 (2)LPG灌裝泵的缺點(diǎn)。目前，國內(nèi)尚無專用LPG灌裝泵，本設(shè)施采用傳動皮帶驅(qū)動的泵，在運(yùn)行中傳動皮帶也會釋放自由電子而產(chǎn)生靜電，其電位往往高達(dá)20kVo為防止靜電的產(chǎn)生，需要改善傳動皮帶內(nèi)側(cè)面的導(dǎo)電性，可以涂上一層以碳黑為主要成分的涂料，同時(shí)外側(cè)罩上金屬網(wǎng)。應(yīng)當(dāng)及早開發(fā)專用LPG灌裝泵。 (3)液化氣鋼瓶自動灌裝機(jī)(轉(zhuǎn)盤及鏈條)的安裝。本設(shè)施自動灌裝機(jī)采用地下法安裝。一般工程施工是設(shè)備先就位，再進(jìn)行管線的施工：最后打磨地平。而LPG,自動灌裝機(jī)的安裝卻不同，涉及地下管線的定位，灌瓶間地面打磨好后用膨脹螺栓固定自動灌裝機(jī)，所以在打磨地面之前，必須將設(shè)備所需的電源線、接地線、控制線及各種管線預(yù)留到位置，同時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格定位要求，否則地面打磨好后，再想改變管線等的饋點(diǎn)位置就很困難。而本設(shè)施的灌裝間內(nèi)有各種饋點(diǎn)30處，且相當(dāng)集中。在這方面設(shè)計(jì)人員做了大量工作，并與設(shè)備生產(chǎn)廠家就接點(diǎn)問題多次核對，但是在施工過程中仍然不能很好地避免這一問題。原因有以下2點(diǎn):①所采購的設(shè)備與廠家提供資料部分不符，饋點(diǎn)與設(shè)備管嘴對接不上；②工程施工中缺乏基準(zhǔn)點(diǎn)，個(gè)別饋點(diǎn)嚴(yán)重偏離。如何解決好饋點(diǎn)位置準(zhǔn)確無誤的問題有待于進(jìn)一步的研究和探討。 (4)LPG鋼瓶瓶罩應(yīng)統(tǒng)一規(guī)格尺寸，以實(shí)現(xiàn)LPG鋼瓶全自動灌裝。全自自動灌裝機(jī)的工作原理是: 灌裝機(jī)電子秤通過氣缸的前后運(yùn)動帶動料缸內(nèi)的活塞做往復(fù)運(yùn)動,從而使料缸前腔產(chǎn)生負(fù)壓。自動灌裝機(jī)電子秤當(dāng)氣缸向前運(yùn)動時(shí),拉動活塞向后,料缸前腔產(chǎn)生負(fù)壓。供料桶內(nèi)的物料被大氣壓力壓入進(jìn)料管,通過進(jìn)出料的單向閥進(jìn)入料管。 | |
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