2025年04月04日 14:02:14 来源：广州市凯士称重设备工程有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：2
| 液化气自动灌装机设计分析 | 2020-01-27 |
| 前言 液化气（简称LPG）具有易燃、易爆、相态易变等特点。此外，还具有很高的气化率,膨胀系数大，可压缩性强，在常温加压时非常容易液化。我国的LPG储运技术是60年代随着石油工业的发展而开始的，目前已经形成了一整套成熟的LPG灌装、运输、储运等方面的技术。自动灌装机LPG以其灵活方便、不受地区条件限制的特点，使LPG的应用更加普遍。绍了一种新的液氯自动灌装机定值充装模式，采用电子标签自动灌装机触摸屏、总线通信自动灌装机触摸屏、无线网络自动灌装机触摸屏及数据库自动灌装机触摸屏等，实现了液氯自动灌装机超期使用或超期未检的自动检查、液氯的自动定值充装、钢液氯瓶档案管理和流转管理，大大降低了人为因素的影响，提高了工作效率和安全生产系数，提升了钢液氯瓶管理水平。液氯是生产的重要原料，同时也是有毒、有害、有腐蚀性的危险化学品叫在液氯自动灌装机充装环节存在一些突出问题，主要表现:（1）充装前后没有对钢液氯瓶进行必要的检查；（2）在充装过程中对充装量的控制不合格，过量充装现象依然存在；（3）对超过使用年限的钢液氯瓶、超期未检的钢液氯瓶、未进行使用登记的钢液氯瓶或其他不合格钢液氯瓶进行充装等。从目前统计的液氯自动灌装机事故原因来看，也主要集中在这几个方面。 1洛阳石化总厂LPG自动灌装机 洛阳石化总厂于1998年7月依托现有液化气汽车装车设施,建成并投用一座LPG钢瓶自动灌装机,其设计灌瓶能力为10kt/a,以灌装15kg钢瓶为主（灌装能力为576瓶/h），同时灌装少量50kg钢瓶（灌装能力为50瓶/h）。目前该设施使用情况良好。自动灌装机存在称重精度低、数据传输过程干扰导致误操作、溶剂超重处理困难等问题。采用简单适用的控制算法，采用高速可靠的数据传输方式。上位机记录的生产数据表明，精度和速度达到了预期效果，超重溶剂的处理也简单易行。该控制灌装机性能稳定，运行可靠，与上位机操作界面完善。调试过程中出现的具体问题和上位机存储的生产数据也为自动配料系统的进一步优化提供了材料和依据，具有很大的市场推广价值。 1.1平面布置 自动灌装机分为受过程（流体运动）控制技术支持的过程自动化（PA）和受运动控制技术支持的工厂自动化（FA或离散生产自动化）。电子秤中的液体灌装机已从传统的模拟环路称重仪，集成的ICT控制技术发展为分布式（或分布式）受控的自动灌装机DCS。高可靠性，便捷的组态软件，丰富的控制算法，开放的联网功能等已成为控制自动灌装机的计算机行业的主流，并广泛用于大规模，众多设备和复杂过程类型的设备。该自动灌装机靠近207国道，交通便利。整个设施东西宽55m,南北长72m,占地面积为3960m2。该段地势平坦，从东北向西南呈0.5%的自然坡度,且临近公司围墙，雨水可直接排至围墙外的排洪沟;北靠400m3液化气罐区，LPG自动灌装机平面布置为生产区、辅助区和回车场3部分。见图1。液体灌装机由箱体、秤台、吊架、BJX 防爆接线箱、控制器、键盘、显示器、防爆电磁阀、充装枪及联网控制盒等部件组成。其中 BJX 防爆接线箱为隔爆型，防爆标志为 ExedⅡBT6，防爆合格证号为 CE021368； 控制器、键盘、显示器为本安型，防爆标志为 ExibⅡAT3；防爆电磁阀为浇封兼本安型,防爆标志为 ExdⅡBT4，防爆合格证号为 GYB04484X；防爆开关为隔爆型，防爆标志为 ExedⅡCT6，防爆合格证号为 8060643。其它为非电气部分。生产区主要为LPG钢瓶灌瓶间，位于站内北侧，灌瓶间面积为600m2（30x20m）,内设置1台18秤位YSP-15kgLPG钢瓶自动灌装机和4台LPG钢瓶灌装秤等灌装设施，并留有钢瓶存放的位置,可将钢瓶按实瓶区和空瓶区分组布置，能同时放置500个实瓶和300个空瓶，能满足4~5个10t卡车的装瓶量。辅助区位于站内西侧，与灌瓶间垂直距离15.25m,满足安全距离的要求。从北至南为空压机间、修理间、休息室和管理室，建筑面积为120m20为满足生产的正常进行，设置的修理间具有一般性维修的功能，如钢瓶角阀、护罩和底圈损坏、自动灌装机故障等;休息室可容纳20人;管理室对进出大门的车量和人流进行管理，并设有可燃气体报警器。 设施内南、西两侧设有对外出入口，可满足装瓶汽车进出，站内灌瓶间的气自动灌装机卸平台前留有较宽敞的汽车回车场（40x40m）,汽车转弯半径可达15m以上，可满足10t载重量卡车的转弯要求。 LPG灌装输送泵及残液回收罐设在LPG罐区内。 1.2灌装工艺流程 (1)钢瓶灌装流程 LPG空瓶卸至装卸平台—人工外观检查一人工推上灌装输送链条-检斤倒残-上瓶器推瓶上转盘-人工上灌装枪f定量灌装f人工关角阀下枪-下瓶器推瓶下转盘-一次复检f超欠处理->二次复检-人工检漏-人工推下灌装输送链条-装卸平台—出站。液体灌装机也是一种数据传输速率(高达12兆位)的现场总线，因此被广泛应用于许多领域。液体灌装机不依赖于制造商的现场总线，各种自动灌装机可以通过同一接口交换信息。Profibus-DP(分布式/操作自动配料系统-分布式自动配料系统)是一种数据传输速率相对较高的优化模块，适用于自动配料系统与外部自动灌装机，尤其是远程输入输出自动配料系统之间的通信。自动灌装机允许高速周期性小批量数据通信，适用于时间要求高的自动化场合。因为PROFIBUS现场总线是一个数字通信网络。利用数字信号在自动配料系统中间层或不同层的总线自动灌装机之间进行通信，可以在一对导线上传输多个信号(包括多个运行参数值、多个自动灌装机状态和故障信息)，大大降低了导线和连接附件的数量，提高了自动配料系统的可靠性和抗干扰能力。 (2)回收残液流程 上述流程中加设回收残液措施(即检斤倒残):输送链条上的钢瓶检斤f超重钢瓶推出-倒残—钢瓶重新上输送链条。自动灌装机混合系统由工控机、PLC、工业称重终端（LYNX）,变频器、振动电机、混料机、传感器等部分组成。上位工控机提供人机交互界面，完成控制信息输入、数据管理、进行数据显示、存储、统计和报表等功能，上位机釆用IPC810I控机，它的主要工作有：通过主机键盘输入配料的重量，根据液体的灌装配比，生成各种液体的重量，通过通信传送给PLC。灌装过程中，进行动态实时监视，定时收集各从机发送来的各液体重量，累计下料量，各液体重量给定值等信息，在CRT±进行显示，并形成有关的数据库文件，在需要时打印出各种管理文件和报表.。残液主要为C5成分，而我厂LPG中的戊烷含量为0.05%,戊烷量低于国标要求。根据这一特点,本流程采用了正压法回收残液:将LPG储罐与钢瓶联通,对钢瓶加压后，利用钢瓶自压将残液压入残液罐内，如戊烷可作为汽油成分进入汽油罐内。该工艺采用设备少，流程简单，投资省，比较，但倒残时间长。自动灌装机中，一般有两种称重方式：输入式称重和卸荷式称重。通常输入式称重相比卸式称重具有更高的精度，所以我们使用前者。输入型称重有两种实现方法，我们称种为零位法。当称重开始，我们通过加料设备把材料放到秤斗直到称重值达到设定值，然后打开闸门，倾倒材料，最后重新从零定位称量下一种材料；第二种被称为增量方法，与种方式不同的是我们不在称重工作刚完成时就立即倾倒材料，而是首先清除电子秤的计数值，然后再以同样的方法对另一种材料进行操作。显然，零位法相比增量法具有较高的精度，所以零位法是方法。 1.3工艺设备 (1)18秤位LPG灌装转盘 该设施的自动灌装机具有产率大、精度较高、人员少的特点，釆用了气动灌枪机械手，机械化程度高，安全性好，性能稳定，一次灌装合格率均在96%以上，不合格的钢瓶经过超欠处理后，二次灌装合格率可达99%o其中灌装转盘采用无级变速、摩擦传动方式，灌装转速可调，这样操作工可以根据灌装量、灌装压力及空气压力适时调节转速,使生产能正常进行。链条可以拆卸，便于维修。整套设备构造简单，维修量小。自动灌装机是集计算机生产过程控制和称重加料、配方控制、出料等数据管理于一体的综合性自动液体灌装机。采用三菱Q系列可编程控制器和燕化工业控制微机组成高性能控制平台。为了设计一套用于生产控制的自动液体灌装机，实现稳定可靠的操作、简单实用的操作和的性价比至关重要。 (2)空压机 上述自动灌装机中灌枪、灌装秤和倒残机等的22个启闭装置均使用0.7MPa压缩空气(标准状态)，本设计中采用了1台W型风冷单作用空压机。 (3)LPG输送泵 本设计LPG灌装管线系统中泵出入口两端加有安全回流管线，同时采用了具有超压安全回流阀装置的LPG泵，该LPG泵为容积式叶片泵，可作为LPG灌装用，密封性能好，泵体内设有超压自启回流保护机构。另外,LPG装车用的2台ZA504M型化工流程泵可作备用泵。 2安全措施 由于LPG具有易燃、易爆的特点，所以防火、防爆、防静电的安全措施在设计中应占重要部分。 (1)LPG灌瓶间内设置了可燃气体浓度检测与报警系统。报警仪的设置符合现行的行业标准《石油化工企业可燃气体检测报警设计规范》(SH3063-94)的有关要求。当可燃气体浓度达到爆炸下限的20%的时候，即会报警。 (2)灌装间内地坪作有200mm厚的不发火花地面，技术要求符合现行标准《地面与楼面工程施工及验收规范》(GBJ209)。本自动灌装机中，控制的核心部分为西门子S7-200型PLC，组态王开发监控自动灌装机软件。PLC负责采集输入信号，经程序处理后向执行机构发出控制命令。PLC与上位机之间通过通讯电缆连接，输入信号在传送至PLC的同时，PC机也会获得数据并通过组态王将其同步显示。为了进一步降低一线人员操作的难度，可以考虑用触摸屏取代传统控制按钮。这里讨论的属于远程控制方式，即在组态软件界面上对生产自动灌装机的各个环节进行操作。 (3)本设施内的静电接地设计按照国家现行标准《化工企业静电接地设计技术规定》(GD90A3)执行,共设有2处专用接地极，可满足静电接地要求,另外所有设备均有防静电处理装置，防止因摩擦或碰撞引起火花，其接地电阻均小于lOOflo管径确定按照LPG流速不应大于3m/s设计。架空敷设的LPG管道每隔80m接地一次，以消除由于管内气体流动与管壁摩擦而产生静电。管道接地应可靠,其接地电阻不应大于100Q,且所有法兰及丝扣连接处均应焊有导电的跨线。自动灌装机设备实现批次化生产，使自动灌装机可以接受信息化自动灌装机下达的生产指令，并可以执行指令并完成反馈，使生产自动灌装机成为生产过程中的一个完整信息化单元，最终实现自动化与信息化的融合。 (4)灌装间采用半敞开式建筑,净高为6m。采用自然通风，靠近地面处设置通风栅，总面积为18m2o在保证釆光的同时，也注意到了通风性能与冬季保暖的问题。自动灌装机用显示分频器将灌装现场的显示器和办公室的计算机显示器联接，用两根串行通讯线将灌装现场的两个电子秤与办公室的计算机主机的两个串行端口联接，用键盘分接器将灌装现场的小键盘和办公室的计算机联接(在灌装现场的工人是通过小键盘操作办公室的主机)。管理员办公室与灌装现场距离以5～8m为宜。 (5)消防水仍利用该公司原有的消防管线，按照规范要求在灌装间附近设置2个消防栓,并配置一定量的灭火器。定量灌装机生产线是以S5135UPLC为核心组件，通过CPU模块，执行用户程序，依据上位机传入的料方数据和其它设备运行参数进行逻辑运算和必要的数学运算，通过输入输出模块控制所有现场设备的运行，把所有设备的运行状态、报警信息、灌装数据等由通讯模5431通过PROFIBUSFMS总线输送到上位机，通过PROFIBUS-DP总线和称重仪表相连，接收处理称重仪表传入的电子秤称量数据。 (6)鉴于LPG密度比空气大，易产生积聚，在LPG灌装过程中容易产生泄漏，且本灌装间内地坑较多，为防止液化气积聚在地凹处，在设计中设置了抽风系统。各地坑用风管相连，灌装时开启鼓风机将LPG抽至室外，以保持LPG浓度小于报警浓度。 3亟待解决的问题 (1)《城镇燃气设计规范》(GB50028-93)中所述不发火地面主要是指面层材料的选择。常用的做法是配制不发火花的水泥砂浆、细石混凝土或水磨石，做成楼面或地面。搅拌浇捣时难免混入其它石料及铁屑等杂物，因此，在保证材料的纯度和施工质量方面难度较大。对于施工质量是否满足不发火花的要求，也只有在工程验收时才能证实。如果不合格,也往往因施工周期长、整改影响面大而难以补救，同时造成浪费。近来，鉴于新材料与新产品的不断开发和研制，建议少用或不用此类做法，改用其它方法：在一般的混凝土基层上直接贴敷防静电层，如采用玻化地砖、导静电橡胶板、防静电抗压地板块以及木板等。自动灌装机是针对不同类型的液体进行输送、配比、加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。灌装机广泛应用于油墨、涂料、助剂、溶剂等化工行业。自动配料系统基于西门子PLC和新型称重控制器的技术特性。根据西门子s7-200 PLC和称重仪表作为控制器,以完成控制过程。自动灌装机主要由s7-200 PLC,称重仪表,HMI和四通道灌装设备构成。 (2)LPG灌装泵的缺点。目前，国内尚无专用LPG灌装泵，本设施采用传动皮带驱动的泵，在运行中传动皮带也会释放自由电子而产生静电，其电位往往高达20kVo为防止静电的产生，需要改善传动皮带内侧面的导电性，可以涂上一层以碳黑为主要成分的涂料，同时外侧罩上金属网。应当及早开发专用LPG灌装泵。 (3)液化气钢瓶自动灌装机(转盘及链条)的安装。本设施自动灌装机采用地下法安装。一般工程施工是设备先就位，再进行管线的施工：最后打磨地平。而LPG,自动灌装机的安装却不同，涉及地下管线的定位，灌瓶间地面打磨好后用膨胀螺栓固定自动灌装机，所以在打磨地面之前，必须将设备所需的电源线、接地线、控制线及各种管线预留到位置，同时应当严格定位要求，否则地面打磨好后，再想改变管线等的馈点位置就很困难。而本设施的灌装间内有各种馈点30处，且相当集中。在这方面设计人员做了大量工作，并与设备生产厂家就接点问题多次核对，但是在施工过程中仍然不能很好地避免这一问题。原因有以下2点:①所采购的设备与厂家提供资料部分不符，馈点与设备管嘴对接不上；②工程施工中缺乏基准点，个别馈点严重偏离。如何解决好馈点位置准确无误的问题有待于进一步的研究和探讨。 (4)LPG钢瓶瓶罩应统一规格尺寸，以实现LPG钢瓶全自动灌装。全自自动灌装机的工作原理是: 灌装机电子秤通过气缸的前后运动带动料缸内的活塞做往复运动,从而使料缸前腔产生负压。自动灌装机电子秤当气缸向前运动时,拉动活塞向后,料缸前腔产生负压。供料桶内的物料被大气压力压入进料管,通过进出料的单向阀进入料管。 | |
