| 大型儲罐稱重調校裝置及其方法的應用 | 2020-01-15 |
| 摘要：通過應用大型儲罐稱重快速校準裝置代替砝碼對大型儲罐稱重進行校準，不斷解決了一直以來無法對大型儲罐稱重大量程段進行檢定/校準的難題，確保了大型儲罐稱重全量程的計量準確，而且使員工從繁重的勞動中解脫出來，提高了工作效率，降低了成本。 0前言 在工業生產控制系統中，大型儲罐稱重既可將一定容積的反應罐內所稱量的物料重量轉換成物料高度進行料位檢測（如燒結工程中反應罐料位檢測），又可作為配料秤進行物料的稱量配比（如高爐煉鐵，轉爐煉鋼過程中焦炭、礦石等的稱量配比）。無論大型儲罐稱重是用于料位檢測還是稱量配比都是工藝控制系統中極其重要的環節，其稱量精準與否直接關系到產品質量和生產安全問題。因而大型儲罐稱重在安裝調試及使用過程中，標定是最關鍵的環節之一，它直接決定電子秤的精確度。而對于電子秤的標定，傳統方法是采用加載標準重量的砝碼進行。但該方法需要對砝碼進行多次搬運，勞動強度大，勞動效率低。在加載砝碼過程中，電子秤的顯示精度還與砝碼的擺放位置直接相關，如果砝碼擺放不均勻偏載較大，將導致標定失敗，甚至因傾斜導致載荷分配不均而損壞稱重模塊，同時如果砝碼碼放不好還可能導致垮塌傷人。 在這種情況下，如何有效保證工程施工進度與質量，確保設備安裝、調試及運行安全，成為現場工程施工中急需解決的問題。 1工藝原理 1.1大型儲罐稱重系統的工作原理 大型儲罐稱重由稱重反應釜/反應罐、稱重模塊、稱重接線盒和稱重顯示器等組成。如圖1所示，稱重反應釜/反應罐是盛放被稱物料并將其物料重量全部傳遞到位于稱重反應釜/反應罐和基礎之 間的多個稱重模塊上。稱重模塊內部的彈性體因受力而變形，其內部貼片電阻值發生變化，在供橋電壓（EXC+/EXC-也叫激勵電壓）的作用下輸出與被稱量物料的重量成正比關系的直 流毫伏電壓信號（SIG+/SIG-)，該電壓信號經稱重接線盒通過屏蔽電纜傳送到相配的稱重顯示器或稱重模塊。電壓信號，經稱重顯示器內部放大、轉換電路轉換成相應的重量（或物料高度即料位）顯示值，同時由稱重顯示儀輸出與顯示值相對應的4～20mADC標準電流信號送 圖1大型儲罐稱重安裝示意PLC或其他控制單元，實現稱重 系統的自動控制，其接線原理圖如圖2所示。 1.2帶反應釜或反應罐水平檢測的大型儲罐稱重校秤裝置工作原理 帶反應釜/反應罐水平檢測的大型儲罐稱重調校裝置如圖3所示。其中，龍門架通過焊接或螺栓與支撐梁或地基固定連接，龍門架的水平橫梁中心位置下端設置千斤頂，千斤頂豎向垂直設置在調校用標準稱重模塊的上表面上，調校用標準稱重模塊的下方為施壓平臺，龍門架與千斤頂之間設置一定厚度的墊塊。磁性水平儀結構如圖4所示。各水平儀之間通過磁性水平儀連接軟管連接構成封閉串接的水平儀組；施壓平臺分別設置在反應釜/反應罐的各個側面外側，且各托臂沿水平方向向各側面的外側延伸；稱重顯示器與各標準稱重模塊相配置并外設于方便觀察結果處；所述調校裝置的套數與現場大型儲罐稱重設計使用的被調校重稱重模塊個數 相對應，圖3中僅以一套裝置為例加以說明。 在對防爆電子秤進行標定前，首先將4個磁性水平儀組成的磁性水平儀組放置到稱重反應釜/反應罐水平平面上，并在反應釜/反應罐水平平面四角均布，用漏斗和注射器通過上端開口的帶刻度的塑料管向水平儀組內注入適量的水。通過各水平儀中水的實時刻度示數檢測稱重反應釜/反應罐的安裝是否水平，如果不水平，則進行必要的調整直至達到水平為止。然后將各磁性水平儀全部從稱重反應釜/反應罐上取下，對防爆電子秤進行零點標定，完成零點標定后再把各磁性水平儀重新放置到稱重反應釜/反應罐上，這時磁性水平儀組放置到稱重反應釜/反應罐水平平面上，或者均布粘貼在稱重反應釜/反應罐側面同一水平高度處，以在加載過程中便于實時觀測為宜，然后準備進行加載標定。 加載過程中，通過千斤頂向上對龍門架產生作用力，靠龍門架形成向下的反作用力，該力同時加載到標準稱重模塊和被調校重稱重模塊上，并通過標準稱重模塊及稱重顯示器組成的標準防爆電子秤，準確顯示各個千斤頂所施加力的大小及全部千斤頂所施加力的總和。通過稱重顯示器操作面板上各按鍵的不同操作，完成對稱重顯示器內部控制單元的參數設定，稱重顯示器的顯示屏既可按要求切換顯示某一稱重模塊輸入通道的測量值又可切換顯示所有稱重模塊輸入通道的測量值的總和；通常，稱重顯示器設計有4～6個稱重模塊輸入通道，使用時，根據大型儲罐稱重實際安裝的稱重模塊的個數確定所用標準稱重模塊的個數，并將所用標準稱重模塊分別對應接入稱重顯示器的稱重模塊輸入通道即可。由此該校秤裝置將電子秤標定所需的標準重量轉變成施加方便的標準機械力，準確計量并作為標準載荷代替砝碼實現對大型儲罐稱重的標定。另外通過反應釜/反應罐水平平面四角均布的四個水平儀實時觀測稱重反應釜的水平情況，以避免秤臺偏載情況的發生。 2稱重模塊及稱重顯示器單體校驗 稱重模塊及稱重顯示器在安裝前，應進行相關檢測和校驗，以確定稱重模塊和稱重顯示器的好壞及精確度，以免影響系統調試延誤工期。進行相關檢測和校驗的主要操作要點是： 2.1外觀檢查 仔細查看被校稱重模塊及稱重顯示器的外觀，如發現設備有破損、變形等不得使用。 2.2絕緣電阻測試 1）用標準精密數字萬用表的MΩ檔檢測稱重模塊及稱重顯示器的供橋電壓線（EXC+/EXC-）與信號線(SIG+/SIG-)之間、供橋電壓線（EXC+/EXC-）與屏蔽線（SHD）之間、信號線(SIG+/SIG-)與屏蔽線（SHD）之間的絕緣情況。 2）用標準精密數字萬用表的MΩ檔檢測稱重顯示器的供橋電壓端子（EXC+/EXC-）與電源端子L/N之間、信號線端子(SIG+/SIG-)與電源端子L/N之間以及電源端子L/N與稱重顯示器接地端子之間的絕緣情況。 3）用標準精密數字萬用表的Ω檔檢測稱重模塊及稱重顯示器的供橋電壓線EXC+與EXC-之間以及信號線SIG+與SIG-之間的電阻值，并將以上檢測值與產品說明書等技術資料提供的參數進行對比。 2.3稱重顯示器的單體調校 1）將稱重顯示器上的EXC+與SEN+端子、EXC-與SEN-端子分別短接，并按照稱重顯示器要求的工作電壓（220VAC或24VDC）接好電源線。 2）接通電源，用標準精密數字萬用表測量稱重顯示器的供橋電壓端子（EXC+/EXC-）之間的直流電壓，檢查稱重顯示器的供橋電壓是否精準、穩定且與產品使用說明書中的技術參數相符。 3）按照設計工藝要求結合稱重顯示器產品使用說明書有關參數設定的操作步驟進行相關參數的設定。如：儀表工位號、測量單位、測量量程范圍等。在進行儀表調校時以單個稱重模塊的量程范圍為準，完成儀表調校后將測量量程范圍設置回儀表設計要求的量程范圍。如：稱重顯示器提供的供橋電壓為10VDC，連接四路0～5t的稱重模塊，稱重模塊的靈敏度為2±0.002mV/V，稱重顯示器設計量程范圍為0～10t并對應輸出4～20mADC。在進行儀表調校時，先將稱重顯示器的量程范圍設置為0～5t（稱重顯示器對應輸入的直流毫伏信號為0～20mV）對應輸出4～20mADC，待稱重顯示器及相連接的多路稱重模塊全部校驗完成后再將稱重顯示器的量程范圍設置為0～10t對應輸出4～20mADC。 4）用高精度標準信號發生器以第3步所述為例，在稱重顯示器的信號線端子(SIG+/SIG-)之間以0～20mVDC范圍五等分輸入0mV、5mV、10mV、15mV、20mV直流信號。稱重顯示器對應顯示0t、1.25t、2.5t、3.75t、5t，稱重顯示器電流輸出信號對應為4mADC、8mADC、12mADC、16mADC、20mADC。若測量值或輸出信號超出儀表或設計要求的精度范圍，則按照稱重顯示器產品使用說明書的調校步驟進行調校，校驗的同時做好稱重顯示器調校記錄。 5）切斷電源，參照圖4.1-2大型儲罐稱重接線原理圖將單個稱重模塊直接接到稱重顯示器對應的接線端子上，準備進行加載校驗。 2.4稱重顯示器及單個連接的稱重模塊的加載校驗 １）用經過定期檢定的高精度稱重模塊及相應的稱重顯示器組成的標準電子秤（其精度等級要比被校驗電子秤設計要求的精度高一等級），通過龍門架及千斤頂分別對被校驗的稱重模塊作加、減壓力試驗（要除去被調校重稱重模塊及千斤頂的重量），按被調校重稱重模塊量程的25%、50%、75%、99%校驗。上升（加壓）、下降（減壓）不少于兩次，校驗的同時做好調校記錄，調校記錄將作為交工資料交付業主。 ２）將校驗合格的稱重顯示器及相連接的多路稱重模塊貼上校驗合格證并標明相應的工位號，以便于安裝。 3系統單體調試與故障排查 3.1系統單體調試 大型儲罐稱重系統安裝、接線完成后，檢查線路連接是否正確可靠，并確認是否達到送電條件。如符合條件，則可進行系統調試即秤的標定。其操作要求及步驟如下。 1）校驗線路連接好后，通電前仔細檢查電源線是否正確無誤地接到設備對應的電源端子，供電電壓是否與儀表要求的工作電壓相符。 2）接通電源待設備完成自檢后，通過設備自帶的操作面板或是調試軟件檢查稱重顯示器內部設置的相關參數如：工位號、測量單位、測量范圍、分度值等與圖紙設計是否一致。 3）在對電子秤進行加載標定前，先按圖2.2-1（帶反應釜/反應罐水平檢測的大型儲罐稱重校秤裝置結構圖）圖示，將磁性水平儀組放置到稱重反應釜/反應罐水平平面上，用漏斗通過帶刻度的開口塑料管向水平儀組內注入適量的水。通過水平儀檢測稱重反應釜/反應罐安裝是否水平，如果不水平，則進行必要的調整直至達到水平為止。將磁性水平儀全部從稱重反應釜/反應罐上取下，按照稱重顯示器使用說明書中相關校準項的操作說明對電子秤進行零點標定，完成零點標定后再把磁性水平儀組成重新放置到稱重反應釜/反應罐上。這時磁性水平儀組既可放置到稱重反應釜/反應罐水平平面上，也可均布“粘貼”在稱重反應釜/反應罐側面同一水平高度處，以在加載過程中便于實時觀測為宜，然后準備進行加載標定。加校驗負載時，受力機構和稱重模塊應及時承接全部載荷，不受其它附加物和固定件的影響（如進料管與稱重反應釜/反應罐之間若有連接則必須是處于軟連接狀態，稱重反應釜/反應罐的防偏轉裝置必須處于自由狀態，稱重反應釜/反應罐與四周框架間有合理的間隙無摩擦現象等）。對于由多個稱重模塊組合成的稱重裝置，首行角平衡調試，其方法是在各稱重模塊上方施加相同大小的力（一般為大型儲罐稱重稱重量程范圍的10%），測量每個稱重模塊輸出信號mV值，確定一個中間值，然后分別調整補償接線盒內補償電位器使對應稱重模塊信號輸出mV值與中間值一致。 4）按照圖2.2-1將校秤裝置安裝好，旋升千斤頂對校秤裝置施加一定的預緊力，在預緊過程中要確保千斤頂垂直受力，避免千斤頂產生偏斜。然后在被校大型儲罐稱重稱重量程范圍內按滿量程的25%、50%、75%、99%均勻加載，同時通過水平儀組觀測稱重反應釜/反應罐的水平情況，要避免偏載情況的發生，確保所加載的力全部垂直作用到被校驗的稱重模塊上，直至所加載荷（含校秤用標準稱重模塊的總重量）達到被校電子秤量程上限，然后對電子秤進行滿度標定。 5）完成大型儲罐稱重滿度標定后，緩慢卸載并觀察被校電子秤重量顯示值與校秤裝置標準稱重顯示值的對應情況。直至缷到空載，確認被校大型儲罐稱重顯示是否為零，若不為零則重新進行零點標定。 6）重復上述4-5步，直至被校大型儲罐稱重稱重顯示值在量程范圍內0%、25%、50%、75%、99%的線性及精度滿足產品精度或設計精度要求為止。 7）重復性 分別在50%的稱量量程和接近99%的稱量量程進行兩組測試，每組至少重復3次。每次 測試前，應將秤調至零點位置。如果秤具有自動置零或零點跟蹤裝置，測試時應運行。對于同一載荷，多次稱量所得結果之差，應不大于該大型儲罐稱重稱量允許誤差的值。 8）完成系統標定后，應將大型儲罐稱重返回到測量工作狀態，系統可進行熱負荷考核運行。 3.2大型儲罐稱重系統故障的排查 對于大型儲罐稱重系統，其故障處理應遵循這樣的步驟；觀察(故障觀察)——分析(故障原因)——檢測(為故障判斷提供依據或對判斷結果加以驗證)——修復(修理或更換)——檢定(系統調試后對其計量性能進行測試)?？筛鶕嶋H情況選用下列方法判斷：直觀法、替代法、比較法、插拔法、代碼診斷法等。就稱重模塊自身的特點可通過下列方法檢測、判斷和驗證。 1)阻抗判別法：逐個將稱重模塊的兩根信號輸出線(SIG+/SIG-)、供橋電壓輸入線（EXC+/EXC-）拆開，用萬用表測試兩根信號輸出線(SIG+/SIG-)之間及供橋電壓輸入線（EXC+/EXC-）之間的電阻值以及信號輸出線(SIG+/SIG-)、供橋電壓輸入線（EXC+/EXC-）各芯線與屏蔽層間的絕緣電阻。如果測試結果達不到合格證上的數值，即可判斷為故障稱重模塊。 2)信號輸出判斷：如果阻抗法無法判斷稱重模塊的好壞，可用此法做進一步檢查。先給儀表通電，將稱重模塊的輸出線拆開。在空秤下用萬用表測量其mV輸出值。假設額定激勵電壓為U(v)，稱重模塊的靈敏度為S(mV／V)，稱重模塊的額定載荷FS(t)，那么當在某個稱重模塊實際施加的載荷為T(t)時，其輸出mV增加值為U×S×FS×T/FS(mV)。例如當額定激勵電壓為U=10(v)，稱重模塊的靈敏度為S=2(mV／V)，稱重模塊的額定載荷FS=10(t)，那么當在某個稱重模塊實際施加的載荷為T=1(t)時，其輸出mV增加值為U×S×T/FS=10×2×1/10=2(mV)。如果哪一個稱重模塊的輸出值超出該計算值過大或過小(理想情況下不存在偏載時應該相等)或不穩定，即可判定稱重模塊有故障。 對于稱重顯示器，其故障診斷有效的方法就是用代碼診斷法、替代法或是按照稱重顯示器的單體調校進行。 4.結束語 本文中采用的帶反應釜或反應罐水平檢測的大型儲罐稱重校秤裝置及其“對比模擬標定法"適用于工業生產中所有金屬結構大型儲罐稱重的安裝、調試及檢修標定。特別適用于工期緊、施工場地狹小，稱量范圍在5～50t，稱量精度≤0.2%的大型儲罐稱重（壓力式稱重模塊）的調試及檢修標定。例如在燒結工程中大型儲罐稱重作為反應罐料位檢測用，其稱量范圍從幾十噸到上百噸，其效果尤為突出。 | |
