| 液化氣自動灌裝機設計分析 | 2020-01-27 |
| 前言 液化氣（簡稱LPG）具有易燃、易爆、相態易變等特點。此外，還具有很高的氣化率,膨脹系數大，可壓縮性強，在常溫加壓時非常容易液化。我國的LPG儲運技術是60年代隨著石油工業的發展而開始的，目前已經形成了一整套成熟的LPG灌裝、運輸、儲運等方面的技術。自動灌裝機LPG以其靈活方便、不受地區條件限制的特點，使LPG的應用更加普遍。紹了一種新的液氯自動灌裝機定值充裝模式，采用電子標簽自動灌裝機觸摸屏、總線通信自動灌裝機觸摸屏、無線網絡自動灌裝機觸摸屏及數據庫自動灌裝機觸摸屏等，實現了液氯自動灌裝機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系數，提升了鋼液氯瓶管理水平。液氯是生產的重要原料，同時也是有毒、有害、有腐蝕性的危險化學品叫在液氯自動灌裝機充裝環節存在一些突出問題，主要表現:（1）充裝前后沒有對鋼液氯瓶進行必要的檢查；（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、未進行使用登記的鋼液氯瓶或其他不合格鋼液氯瓶進行充裝等。從目前統計的液氯自動灌裝機事故原因來看，也主要集中在這幾個方面。 1洛陽石化總廠LPG自動灌裝機 洛陽石化總廠于1998年7月依托現有液化氣汽車裝車設施,建成并投用一座LPG鋼瓶自動灌裝機,其設計灌瓶能力為10kt/a,以灌裝15kg鋼瓶為主（灌裝能力為576瓶/h），同時灌裝少量50kg鋼瓶（灌裝能力為50瓶/h）。目前該設施使用情況良好。自動灌裝機存在稱重精度低、數據傳輸過程干擾導致誤操作、溶劑超重處理困難等問題。采用簡單適用的控制算法，采用高速可靠的數據傳輸方式。上位機記錄的生產數據表明，精度和速度達到了預期效果，超重溶劑的處理也簡單易行。該控制灌裝機性能穩定，運行可靠，與上位機操作界面*。調試過程中出現的具體問題和上位機存儲的生產數據也為自動配料系統的進一步優化提供了材料和依據，具有很大的市場推廣價值。 1.1平面布置 自動灌裝機分為受過程（流體運動）控制技術支持的過程自動化（PA）和受運動控制技術支持的工廠自動化（FA或離散生產自動化）。電子秤中的液體灌裝機已從傳統的模擬環路稱重儀，集成的ICT控制技術發展為分布式（或分布式）受控的自動灌裝機DCS。高可靠性，便捷的組態軟件，豐富的控制算法，開放的聯網功能等已成為控制自動灌裝機的計算機行業的主流，并廣泛用于大規模，眾多設備和復雜過程類型的設備。該自動灌裝機靠近207國道，交通便利。整個設施東西寬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，LPG自動灌裝機平面布置為生產區、輔助區和回車場3部分。見圖1。液體灌裝機由箱體、秤臺、吊架、BJX 防爆接線箱、控制器、鍵盤、顯示器、防爆電磁閥、充裝槍及聯網控制盒等部件組成。其中 BJX 防爆接線箱為隔爆型，防爆標志為 ExedⅡBT6，防爆合格證號為 CE021368； 控制器、鍵盤、顯示器為本安型，防爆標志為 ExibⅡAT3；防爆電磁閥為澆封兼本安型,防爆標志為 ExdⅡBT4，防爆合格證號為 GYB04484X；防爆開關為隔爆型，防爆標志為 ExedⅡCT6，防爆合格證號為 8060643。其它為非電氣部分。生產區主要為LPG鋼瓶灌瓶間，位于站內北側，灌瓶間面積為600m2（30x20m）,內設置1臺18秤位YSP-15kgLPG鋼瓶自動灌裝機和4臺LPG鋼瓶灌裝秤等灌裝設施，并留有鋼瓶存放的位置,可將鋼瓶按實瓶區和空瓶區分組布置，能同時放置500個實瓶和300個空瓶，能滿足4~5個10t卡車的裝瓶量。輔助區位于站內西側，與灌瓶間垂直距離15.25m,滿足安全距離的要求。從北至南為空壓機間、修理間、休息室和管理室，建筑面積為120m20為滿足生產的正常進行，設置的修理間具有一般性維修的功能，如鋼瓶角閥、護罩和底圈損壞、自動灌裝機故障等;休息室可容納20人;管理室對進出大門的車量和人流進行管理，并設有可燃氣體報警器。 設施內南、西兩側設有對外出入口，可滿足裝瓶汽車進出，站內灌瓶間的氣自動灌裝機卸平臺前留有較寬敞的汽車回車場（40x40m）,汽車轉彎半徑可達15m以上，可滿足10t載重量卡車的轉彎要求。 LPG灌裝輸送泵及殘液回收罐設在LPG罐區內。 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-上瓶器推瓶上轉盤-人工上灌裝槍f定量灌裝f人工關角閥下槍-下瓶器推瓶下轉盤-一次復檢f超欠處理->二次復檢-人工檢漏-人工推下灌裝輸送鏈條-裝卸平臺—出站。液體灌裝機也是一種數據傳輸速率(高達12兆位)的現場總線，因此被廣泛應用于許多領域。液體灌裝機不依賴于制造商的現場總線，各種自動灌裝機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-分布式自動配料系統)是一種數據傳輸速率相對較高的優化模塊，適用于自動配料系統與外部自動灌裝機，尤其是遠程輸入輸出自動配料系統之間的通信。自動灌裝機允許高速周期性小批量數據通信，適用于時間要求高的自動化場合。因為PROFIBUS現場總線是一個數字通信網絡。利用數字信號在自動配料系統中間層或不同層的總線自動灌裝機之間進行通信，可以在一對導線上傳輸多個信號(包括多個運行參數值、多個自動灌裝機狀態和故障信息)，大大降低了導線和連接附件的數量，提高了自動配料系統的可靠性和抗干擾能力。 (2)回收殘液流程 上述流程中加設回收殘液措施(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。自動灌裝機混合系統由工控機、PLC、工業稱重終端（LYNX）,變頻器、振動電機、混料機、傳感器等部分組成。上位工控機提供人機交互界面，完成控制信息輸入、數據管理、進行數據顯示、存儲、統計和報表等功能，上位機釆用IPC810I控機，它的主要工作有：通過主機鍵盤輸入配料的重量，根據液體的灌裝配比，生成各種液體的重量，通過通信傳送給PLC。灌裝過程中，進行動態實時監視，定時收集各從機發送來的各液體重量，累計下料量，各液體重量給定值等信息，在CRT±進行顯示，并形成有關的數據庫文件，在需要時打印出各種管理文件和報表.。殘液主要為C5成分，而我廠LPG中的戊烷含量為0.05%,戊烷量低于國標要求。根據這一特點,本流程采用了正壓法回收殘液:將LPG儲罐與鋼瓶聯通,對鋼瓶加壓后，利用鋼瓶自壓將殘液壓入殘液罐內，如戊烷可作為汽油成分進入汽油罐內。該工藝采用設備少，流程簡單，投資省，比較，但倒殘時間長。自動灌裝機中，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現方法，我們稱種為零位法。當稱重開始，我們通過加料設備把材料放到秤斗直到稱重值達到設定值，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就立即傾倒材料，而是首先清除電子秤的計數值，然后再以同樣的方法對另一種材料進行操作。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工藝設備 (1)18秤位LPG灌裝轉盤 該設施的自動灌裝機具有產率大、精度較高、人員少的特點，釆用了氣動灌槍機械手，機械化程度高，安全性好，性能穩定，一次灌裝合格率均在96%以上，不合格的鋼瓶經過超欠處理后，二次灌裝合格率可達99%o其中灌裝轉盤采用無級變速、摩擦傳動方式，灌裝轉速可調，這樣操作工可以根據灌裝量、灌裝壓力及空氣壓力適時調節轉速,使生產能正常進行。鏈條可以拆卸，便于維修。整套設備構造簡單，維修量小。自動灌裝機是集計算機生產過程控制和稱重加料、配方控制、出料等數據管理于一體的綜合性自動液體灌裝機。采用三菱Q系列可編程控制器和燕化工業控制微機組成高性能控制平臺。為了設計一套用于生產控制的自動液體灌裝機，實現穩定可靠的操作、簡單實用的操作和的性價比至關重要。 (2)空壓機 上述自動灌裝機中灌槍、灌裝秤和倒殘機等的22個啟閉裝置均使用0.7MPa壓縮空氣(標準狀態)，本設計中采用了1臺W型風冷單作用空壓機。 (3)LPG輸送泵 本設計LPG灌裝管線系統中泵出入口兩端加有安全回流管線，同時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，泵體內設有超壓自啟回流保護機構。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，所以防火、防爆、防靜電的安全措施在設計中應占重要部分。 (1)LPG灌瓶間內設置了可燃氣體濃度檢測與報警系統。報警儀的設置符合現行的行業標準《石油化工企業可燃氣體檢測報警設計規范》(SH3063-94)的有關要求。當可燃氣體濃度達到爆炸下限的20%的時候，即會報警。 (2)灌裝間內地坪作有200mm厚的不發火花地面，技術要求符合現行標準《地面與樓面工程施工及驗收規范》(GBJ209)。本自動灌裝機中，控制的核心部分為西門子S7-200型PLC，組態王開發監控自動灌裝機軟件。PLC負責采集輸入信號，經程序處理后向執行機構發出控制命令。PLC與上位機之間通過通訊電纜連接，輸入信號在傳送至PLC的同時，PC機也會獲得數據并通過組態王將其同步顯示。為了進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控制按鈕。這里討論的屬于遠程控制方式，即在組態軟件界面上對生產自動灌裝機的各個環節進行操作。 (3)本設施內的靜電接地設計按照國家現行標準《化工企業靜電接地設計技術規定》(GD90A3)執行,共設有2處專用接地極，可滿足靜電接地要求,另外所有設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流速不應大于3m/s設計。架空敷設的LPG管道每隔80m接地一次，以消除由于管內氣體流動與管壁摩擦而產生靜電。管道接地應可靠,其接地電阻不應大于100Q,且所有法蘭及絲扣連接處均應焊有導電的跨線。自動灌裝機設備實現批次化生產，使自動灌裝機可以接受信息化自動灌裝機下達的生產指令，并可以執行指令并完成反饋，使生產自動灌裝機成為生產過程中的一個完整信息化單元，最終實現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，靠近地面處設置通風柵，總面積為18m2o在保證釆光的同時，也注意到了通風性能與冬季保暖的問題。自動灌裝機用顯示分頻器將灌裝現場的顯示器和辦公室的計算機顯示器聯接，用兩根串行通訊線將灌裝現場的兩個電子秤與辦公室的計算機主機的兩個串行端口聯接，用鍵盤分接器將灌裝現場的小鍵盤和辦公室的計算機聯接(在灌裝現場的工人是通過小鍵盤操作辦公室的主機)。管理員辦公室與灌裝現場距離以5～8m為宜。 (5)消防水仍利用該公司原有的消防管線，按照規范要求在灌裝間附近設置2個消防栓,并配置一定量的滅火器。定量灌裝機生產線是以S5135UPLC為核心組件，通過CPU模塊，執行用戶程序，依據上位機傳入的料方數據和其它設備運行參數進行邏輯運算和必要的數學運算，通過輸入輸出模塊控制所有現場設備的運行，把所有設備的運行狀態、報警信息、灌裝數據等由通訊模5431通過PROFIBUSFMS總線輸送到上位機，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據。 (6)鑒于LPG密度比空氣大，易產生積聚，在LPG灌裝過程中容易產生泄漏，且本灌裝間內地坑較多，為防止液化氣積聚在地凹處，在設計中設置了抽風系統。各地坑用風管相連，灌裝時開啟鼓風機將LPG抽至室外，以保持LPG濃度小于報警濃度。 3亟待解決的問題 (1)《城鎮燃氣設計規范》(GB50028-93)中所述不發火地面主要是指面層材料的選擇。常用的做法是配制不發火花的水泥砂漿、細石混凝土或水磨石，做成樓面或地面。攪拌澆搗時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量方面難度較大。對于施工質量是否滿足不發火花的要求，也只有在工程驗收時才能證實。如果不合格,也往往因施工周期長、整改影響面大而難以補救，同時造成浪費。近來，鑒于新材料與新產品的不斷開發和研制，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，如采用玻化地磚、導靜電橡膠板、防靜電抗壓地板塊以及木板等。自動灌裝機是針對不同類型的液體進行輸送、配比、加熱、混合以及成品包裝等全生產過程的自動化生產線。灌裝機廣泛應用于油墨、涂料、助劑、溶劑等化工行業。自動配料系統基于西門子PLC和新型稱重控制器的技術特性。根據西門子s7-200 PLC和稱重儀表作為控制器,以完成控制過程。自動灌裝機主要由s7-200 PLC,稱重儀表,HMI和四通道灌裝設備構成。 (2)LPG灌裝泵的缺點。目前，國內尚無專用LPG灌裝泵，本設施采用傳動皮帶驅動的泵，在運行中傳動皮帶也會釋放自由電子而產生靜電，其電位往往高達20kVo為防止靜電的產生，需要改善傳動皮帶內側面的導電性，可以涂上一層以碳黑為主要成分的涂料，同時外側罩上金屬網。應當及早開發專用LPG灌裝泵。 (3)液化氣鋼瓶自動灌裝機(轉盤及鏈條)的安裝。本設施自動灌裝機采用地下法安裝。一般工程施工是設備先就位，再進行管線的施工：最后打磨地平。而LPG,自動灌裝機的安裝卻不同，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，所以在打磨地面之前，必須將設備所需的電源線、接地線、控制線及各種管線預留到位置，同時應當嚴格定位要求，否則地面打磨好后，再想改變管線等的饋點位置就很困難。而本設施的灌裝間內有各種饋點30處，且相當集中。在這方面設計人員做了大量工作，并與設備生產廠家就接點問題多次核對，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:①所采購的設備與廠家提供資料部分不符，饋點與設備管嘴對接不上；②工程施工中缺乏基準點，個別饋點嚴重偏離。如何解決好饋點位置準確無誤的問題有待于進一步的研究和探討。 (4)LPG鋼瓶瓶罩應統一規格尺寸，以實現LPG鋼瓶全自動灌裝。全自自動灌裝機的工作原理是: 灌裝機電子秤通過氣缸的前后運動帶動料缸內的活塞做往復運動,從而使料缸前腔產生負壓。自動灌裝機電子秤當氣缸向前運動時,拉動活塞向后,料缸前腔產生負壓。供料桶內的物料被大氣壓力壓入進料管,通過進出料的單向閥進入料管。 | |
