水泥助磨劑定量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試
前 言
由于使用水泥助磨劑有助于 1.顯著改善和穩(wěn)定粉磨工藝；2.改善水泥性能、實(shí)施細(xì)磨和超細(xì)磨、滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求；3.改善物料的易磨性、提高粉磨效率、增加磨機(jī)臺(tái)產(chǎn)、提高水泥實(shí)際產(chǎn)量、節(jié)省電耗從而降低水泥生產(chǎn)成本；4.提高熟料利用率從而提高混合材摻量等而被大量用于現(xiàn)代水泥生產(chǎn)的過程中。水泥助磨劑分粉體助磨劑和液體助磨劑，液體助磨劑由于其配比少（一般在0.01%～0.2%范圍內(nèi)）、對(duì)單位水泥生產(chǎn)成本影響小、效果持續(xù)穩(wěn)定、其摻量易于控制等特點(diǎn)而得到越來越廣泛的應(yīng)用。正是基于此考慮，我公司于2006年3月初計(jì)劃使用格雷斯的液體水泥助磨劑。
1 對(duì)水泥助磨劑定量控制系統(tǒng)的技術(shù)要求
為用好水泥助磨劑，水泥助磨劑摻入物料的工藝過程必須采用定量控制系統(tǒng)。在安裝使用水泥助磨劑定量控制系統(tǒng)之前，公司工藝方面提出以下要求：① 我公司有兩條水泥生產(chǎn)線，每條水泥生產(chǎn)線的42.5水泥品種的設(shè)計(jì)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量為110t/h，實(shí)際臺(tái)時(shí)產(chǎn)量已可達(dá)到150t/h，為保證生產(chǎn)32.5水泥品種臺(tái)時(shí)產(chǎn)量在160t/h時(shí)仍然能滿足要求，考慮到所選用水泥助磨劑的配比在0.17%以內(nèi)，故所選計(jì)量器具的量程范圍必須至少達(dá)到272kg/h；② 由于水泥生產(chǎn)線的配料系統(tǒng)的每臺(tái)定量給料機(jī)的動(dòng)態(tài)計(jì)量精度為1.5%，故要求水泥助磨劑定量控制系統(tǒng)用計(jì)量器具的動(dòng)態(tài)計(jì)量精度也必須優(yōu)于1.5%；③ 要求水泥助磨劑的配比可以在中控室的DCS操作界面上隨意修改；④ 當(dāng)水泥配料系統(tǒng)穩(wěn)定配料時(shí)水泥助磨劑的實(shí)際摻入量也應(yīng)該確保穩(wěn)定；⑤ 當(dāng)水泥配料系統(tǒng)的總流量給定值由于實(shí)際需要而修改時(shí)，水泥助磨劑的摻量也應(yīng)自動(dòng)的隨之改變；⑥ 水泥助磨劑的流量實(shí)際值必須在中控室的DCS操作界面上準(zhǔn)確顯示，顯示值精確到小數(shù)點(diǎn)后一位；⑦ 水泥助磨劑的每班的累計(jì)值必須在中控室的DCS操作界面上顯示出來；⑧ 水泥助磨劑的摻入設(shè)備的啟停可以在中控室的DCS操作界面上進(jìn)行操作，并與有關(guān)設(shè)備聯(lián)鎖，確保由于故障等原因有關(guān)設(shè)備停機(jī)時(shí)水泥助磨劑的摻入設(shè)備也必須聯(lián)鎖停機(jī)；⑨ 盛放水泥助磨劑的容器內(nèi)助磨劑的液位須在中控室的DCS操作界面上顯示出來。
2 水泥助磨劑定量控制系統(tǒng)的解決方案
2.1、水泥助磨劑定量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
根據(jù)前面工藝方面提出的要求，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)里應(yīng)該包含 ① 盛放水泥助磨劑的容器、把水泥助磨劑導(dǎo)向確定地點(diǎn)的管道和使液體穩(wěn)定流動(dòng)的液泵，使得水泥助磨劑能按要求流動(dòng)到確定的地點(diǎn)；② 液泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，使得系統(tǒng)能按要求控制水泥助磨劑的流量大??；③ 能計(jì)量管道中的水泥助磨劑流量大小的液體流量計(jì)；④ 對(duì)管道中的助磨劑的流量大小進(jìn)行穩(wěn)定控制的調(diào)節(jié)器；⑤ 測(cè)量容器內(nèi)水泥助磨劑液位高低的液位計(jì)；⑥ 用于消除管道內(nèi)的液體發(fā)生流量脈動(dòng)的管道阻尼器。如圖1即是水泥助磨劑
圖1 水泥助磨劑計(jì)量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖
定量控制系統(tǒng)的總體方案示意圖。即由中控室的磨操按化驗(yàn)室提供的配比單設(shè)定配比表中水泥助磨劑的配比，水泥助磨劑的配比與物料總流量給定值的乘積即為水泥助磨劑的流量給定值，水泥助磨劑的流量給定值經(jīng)PLC中的D/A轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)化為模擬量并通過模擬量輸出模塊及調(diào)節(jié)器加到液泵變頻器的外給定端子，相應(yīng)的液泵變頻器就有一個(gè)特定頻率的交流電壓加到液泵電機(jī)的定子線圈，液泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)液泵按特定的速度旋轉(zhuǎn)，這時(shí)容器內(nèi)的水泥助磨劑通過管道進(jìn)入液泵的進(jìn)口，液泵的出口便有確定流量的水泥助磨劑排出；從液泵的出口排出的助磨劑流過管路中的流量計(jì)時(shí)助磨劑的流量大小被流量計(jì)測(cè)得，流量計(jì)把這一模擬量信號(hào)送入PLC的模擬量輸入模塊，再經(jīng)PLC的A/D轉(zhuǎn)換程序把這一流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)，一方面對(duì)助磨劑的實(shí)際用量進(jìn)行累計(jì)，另一方面與助磨劑的流量給定值相比較；若實(shí)際測(cè)得的流量值大于流量給定值，則PLC輸出一下調(diào)信號(hào)給調(diào)節(jié)器，這時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)令變頻器的輸出頻率降低，從而液泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，從液泵排出的助磨劑流量也隨之降低；反之，若實(shí)際測(cè)得的流量值小于流量給定值，則PLC輸出一上調(diào)信號(hào)給調(diào)節(jié)器，最終使得液泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，從液泵排出的助磨劑流量也隨之上升。上述調(diào)節(jié)過程可用如下的圖2來表示?？梢娙绱私?gòu)的水泥助磨劑定量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成完全可以滿足前面工藝方面提出的所有技術(shù)要求。
圖2 水泥助磨劑流量計(jì)量閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖
2.2、液泵、液體流量計(jì)及液位計(jì)的選型及安裝
2.2.1液泵的選型、原理及安裝：
根據(jù)上面的要求，系統(tǒng)的液泵可選用齒輪泵或隔膜泵。由于液泵一般按體積流量選型，根據(jù)上面的要求，每臺(tái)磨的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量按160t/h算，水泥助磨劑的相應(yīng)的配比為0.17%，則相應(yīng)的水泥助磨劑的流量為272kg/h。根據(jù)供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)，水泥助磨劑比重γ助=1.2±0.015kg/L，平均值為1.2kg/L。當(dāng)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量為160t/h時(shí)水泥助磨劑的體積流量為226.67L/h。這樣，為留足余量，液泵的額定流量選型為240L/h。另外，考慮到當(dāng)定量控制系統(tǒng)有故障時(shí)液泵能繼續(xù)使用，液泵最好能采用定量泵，這種泵在單獨(dú)使用時(shí)自身的流量可以進(jìn)行機(jī)械調(diào)節(jié)，并且其對(duì)流量的計(jì)量能達(dá)到相當(dāng)?shù)姆€(wěn)態(tài)精度。我公司的水泥助磨劑計(jì)量控制系統(tǒng)選用的GM系列隔膜計(jì)量液泵由水泥助磨劑供應(yīng)商提供（與之配套提供的還有變頻器），生產(chǎn)廠家為漢勝工業(yè)設(shè)備（上海）有限公司，其型號(hào)為GM024SP4MNN、流量為240L/h、工作壓力為0.7MPa、穩(wěn)態(tài)精度為±2%額定流量，并具有可鎖定調(diào)節(jié)旋鈕，可對(duì)泵自身的流量進(jìn)行0-100%的調(diào)節(jié)。GM系列隔膜計(jì)量泵為隔膜式計(jì)量泵，由兩部分組成：驅(qū)動(dòng)端和泵頭。其輸出流量由驅(qū)動(dòng)端的沖程速度、泵頭尺寸和沖程長(zhǎng)度決定，驅(qū)動(dòng)端根據(jù)可變偏心機(jī)構(gòu)原理工作。電機(jī)驅(qū)動(dòng)與偏心機(jī)構(gòu)相連的渦輪、蝸桿，偏心機(jī)構(gòu)將渦輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成連桿的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。隔膜組件和連桿采用機(jī)械方式連接，與連桿同時(shí)進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。在吸入沖程時(shí)，隔膜向后運(yùn)動(dòng)，泵頭內(nèi)壓力降低，當(dāng)其壓力低于吸液管路壓力時(shí)，吸入口單向閥球被向上推開，進(jìn)口管路中的介質(zhì)進(jìn)入泵頭強(qiáng)室內(nèi)；在排出沖程時(shí)，隔膜向前運(yùn)動(dòng)，泵頭內(nèi)壓力升高，當(dāng)其壓力高于出口管路壓力時(shí)，排出口單向球閥被向上推開，泵頭內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)入出液管路。為能夠很好的使用隔膜計(jì)量泵，安裝時(shí)應(yīng)注意：首先在泵的進(jìn)口前必須加裝過濾器，以防止管道中的雜物進(jìn)入隔膜計(jì)量泵的腔體內(nèi)進(jìn)而損壞隔膜泵；其次由于進(jìn)入隔膜泵的液體是被一腔一腔送出的，故管道中的液體的流量會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)，這種脈動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響流量計(jì)的計(jì)量及流量的控制，為減少管道內(nèi)液體流動(dòng)過程中產(chǎn)生的流量脈動(dòng)現(xiàn)象，在距泵的出口一定距離必須加裝管道阻尼器。管道阻尼器的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，為減少資金投入完全可以自制，在我公司，管道阻尼器就是由工藝人員提出制作方案進(jìn)行自制的；另外為防止當(dāng)泵的出口發(fā)生堵塞時(shí)造成事故，應(yīng)在泵的出口管道上加裝安全閥。
2.2.2液體流量計(jì)的選型、原理及安裝：
流量計(jì)的選型。流量計(jì)種類繁多，根據(jù)流量的定義劃分，流量計(jì)可分為體積流量計(jì)與質(zhì)量流量計(jì)；體積流量計(jì)又包括容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、速度式流量計(jì)；質(zhì)量流量計(jì)又包括直接式質(zhì)量流量計(jì)與推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)等等。根據(jù)流量計(jì)的測(cè)量原理劃分可分為基于力學(xué)原理的流量計(jì)、基于電磁學(xué)原理的流量計(jì)、基于熱力學(xué)原理的流量計(jì)、基于光學(xué)原理的流量計(jì)、基于原子物理原理的流量計(jì)等等；另外還有其他劃分方法?？梢娏髁坑?jì)的種類非常之多，可供選擇的范圍很大。面對(duì)如此龐大的流量計(jì)家族，要想選擇一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用的流量計(jì)，的確不是一件很容易的事，在具體選擇時(shí)要考慮的因素很多。首先要?