本文對化工係統原料（複合肥）的儲運和配料的自動化配料控製器、狀態檢測及故障診斷報警係統、實時動態稱重配料控製係統、料位檢測技術、自動控製定位的可逆配料設備、卸料裝置、物料排堵新工藝等進行了研究, 成果應用到大慶工程中, 效果良好, 達到國際同類係統的先進水平。
1　研究目標、內容及指標
1.11　研究目標及內容
本項目的研究目標是全麵完成大慶石油化工總廠30萬t/a複合肥裝置儲運係統、自動配料係統項目合同規定的內容, 研究開發適合化工係統的機電一體化係統、自動控製器、實時監控報警係統, 技術水平達到國內領先, 替代進口。
本項目物料儲運、配料控製係統集機、電、儀、信息技術於一體, 涉及物料自動搬運 (自動輸送) 與儲存、信息自動識別、數據采集與通訊、實時監控、係統集成、係統仿真等多種技術及設備, 是自動化、信息化、智能化的成套係統。其主要功能是根據各種不同生產工藝的要求, 準確自動地實現氮磷鉀3種基礎原料及填料的儲運、裝卸、輸送、存儲、配料、混料和造粒等工藝過程。主體設備為各種粉體工程設備和自動化控製與計算機監控管理係統。
為了達到預期目標, 需就如下幾方麵進行研究:
(1) 係統設備配置的優化設計;
(2) 自動化控製器的研究;
(3) 實時狀態檢測及故障診斷報警係統研究;
(4) 化工物料漏鬥堵塞問題的研究;
(5) 適合化工物料料位檢測設備的合理選取;
(6)成品料輸送過程中, 降低成品料的破損率的研究
(7) 研製合理設備, 提高料庫容量的利用率
1.12　技術指標
(1) 係統生產能力原料上料係統:80t/h; 複合肥（尿素）上料係統:80t/h; 原料配料部分:20t/h(每台給料機); 成品至散料庫部分:70t/h; 成品至包裝樓部分:135t/h。
(2) 稱量精度給料機配料精度:015%; 皮帶秤計量精度:015%。
(3) 自動化監控係統操作方式為現場手動操作、DCS係統遠程單動操作和DCS係統遠程順控操作3種方式; 實現實時狀態檢測及故障診斷報警。
2　儲運和配料技術研究
大慶石油化工總廠30萬t/a高濃度複合肥裝置是國家重大項目,NPK複合肥生產工藝采用法國K-T公司的先進技術, 我所承擔了原料儲運和配料2大係統。
2.11　儲運係統和配料控製器組成
2.1111　儲運係統儲運係統包括原料運輸係統、NPK成品輸送係統及除塵係統
原料運輸係統是將氯化鉀、磷酸一氨、重鈣和填料等原料, 通過拆包經刮板輸送機上料至散料庫。NPK成品輸送係統是將由NPK車間生產出的成品輸送到成品散料倉庫以及由成品散料倉庫輸送到成品包裝樓。除塵係統主要是消除原料拆包及上料係統各部分粉塵, 改善工作環境。
2.1112　配料控製器包括原料上料係統、配料控製器係統及尿素輸送係統,原料上料係統把氯化鉀、磷酸一氨、重鈣和填料等由帶式輸送機輸送到NPK裝置界區內, 進行篩分、破碎後, 由提升機及旋轉分料器分別輸送到各原料儲料倉儲存。原料配料控製器的料倉下均安裝料倉出料定量給料機, 通過膠帶調速, 根據不同配方所需K8凯发登录入口準確地將物料加入到混料帶式輸送機中進入下道工序。
尿素上料在廠房內進行拆包、上料, 由埋刮板輸送機、鬥提機和三通閥門分別送至尿素儲料倉儲存。尿素儲料倉下均安裝有慣性振動給料鬥、手動閘扳閥和氣動閘扳閥。通過慣性振動給料鬥加料到帶有電子皮帶秤的帶式輸送機上, 進行實時在線計量, 再通過四通漏鬥按照需要進入不同的尿素溶解槽中。
2.1113　儲運、化肥配料的電氣係統
由硬件與軟件2部分組成。
係統硬件:
(1) 工控機采用西門子 PCIL40P4係列工業控製計算機,用於係統監控管理。
(2) 可編程控製器采用西門子S7300係列PLC, 完成對執行機構的控製。
(3) 定量給料機及電子皮帶秤采用ICS-DT-5A稱重控製儀, 完成所配物料的稱重與控製。
係統軟件:
(1) 組態軟件 (係統監控管理軟件) 　主要完成係統全自動運行下的工藝流程及外圍設備運行狀態的監控管理, 並編譯輸出各種原料用量的日、月、年管理報表。
(2) 通信軟件　完成稱重配料控製儀表、PLC、工控機及DCS係統之間的信息交流。
(3) 可編程控製器執行軟件　根據工藝要求, 完成對執行機構的動作控製。
2.1114　儲運、配料的監控管理係統該監控管理係統在計算機畫麵上顯示各個設備的運行狀態、故障信息及配方輸入和生產報表管理。
(1) 儲運係統計算機畫麵分為“儲運上料”、“儲運堆料”、“成品堆料”和“成品出庫”4個畫麵。在各個分畫麵裏, 點擊相關按鈕可以進入其他儲運分畫麵。也可按“配料”等配料控製器畫麵按鈕進入配料係統監控畫麵。按“報表”按鈕可以進入“儲運及配料控製係統報表”分畫麵。
(2) 配料控製器畫麵分為“配料”、“原料上料”、“尿素”、“設備連動設置”和“配方管理”幾個部分。其中配方管理又分為按K-T公式計算配方和“手動配方”2部分。
2.12　控製係統主要功能
(1) 上位機監控管理
生產配方的計算、儲存及發送; 生產報表的生成及打印; 設備報警信息的管理; 設備運行狀況的監控。
(2) 料位測量及報警
采用纜式導向微波物位計對料倉料位進行連續測量; 每隻料倉可設置低料位、高料位及高高料位3個報警點。
(3) 通訊方式PLC與DCS
係統通過MODEBUS 進行通訊;PLC與上位機通過PROFIBUS進行通訊; 上位機與給料機儀表及皮帶秤儀表通過RS485接口進行通訊。213　項目特點(1) 規模大項目總投資115億元, 原料儲運、配料和電氣係統及監控管理係統總合同額847萬元。工藝複雜、技術難度大NPK生產采用法國K-T公司的先進工藝, 工藝複雜, 所涉及的設備種類、品種多, 技術難度大。
(3) 自動化控製程度高
采用DCS對原料儲運、配料控製器進行自動控製, 隨時觀測各料倉的時實模擬料位狀況、係統各設備工作狀態及其報警, 對定量給料機配料量進行自動控製及調節, 並進行計量、統計, 形成報表,通過打印機打出。
(4) 製造精度、配料精度高
定量給料機及電子皮帶秤的稱重精度為0.15%。
3　自動配料技術創新及成果
(1) 自動控製定位的可逆配料設備通過研發並采用自動控製定位的可逆配料設備, 變化不同卸料位置來提高成品庫的利用率, 減少成品庫的占地麵積, 節約了成本。
(2)“之”字形卸料裝置成品產品品質的好壞, 與成品的破損率有很大關係。在成品料輸送過程中首次采用網格“之”字形卸料裝置以降低成品料的流速, 同時大大減小了成品料的跌落高度與衝擊力, 降低了成品料的破損率。
(3) 自動化控製、狀態檢測及故障診斷報警係統在PLC係統及組態軟件基礎上開發了工程應用軟件, 由監控機隨時觀察各料倉的時實模擬料位狀況、係統各設備動作狀態及其監控報警, 對定量給料機配料量進行自動控製及調節, 並進行稱重、統計, 形成報表, 通過打印機打出。
(4) 纜式導向微波物位計首次在化工複合肥行業采用纜式導向微波物位計, 很好地解決了昔日采用其他料位計因粉塵、潮解等因素對信號測量的影響, 完成動態監測原料倉高、中、低料位的功能。
(5) 采用新工藝, 解決物料堵料問題物料堵料對於任何工程都是一件頭疼的事。本項目采用慣性振動給料鬥與空氣炮清堵裝置、流化裝置的有機結合新工藝, 解決了化工行業原料料倉粘性物料的堵料問題。
(6) 降低粉塵汙染, 改善工作環境為了減少物料下落時飛濺產生的粉塵, 首次在輸送設備出料處設置自動變角卸料裝置。該卸料裝置可根據料堆高度的具體情況, 自動調整卸料角度, 降低卸料高度, 以達到降低粉塵的目的, 同時又在卸料口處配設除塵器除塵, 改善工作環境。
4　結束語
複合肥儲運係統和配料控製器從投入運行至今, 已安全運行1年多, 使用表明, 配料控製係統設計合理, 運行安全可靠, 自動化程度高, 操作方便, 完全達到設計要求, 收到較好的經濟效益。該係統及關鍵設備研製成功並推廣應用後, 完全可以替代進口, 為國家節省大量建設資金和外匯。隨著該項目成果的進一步推廣, 應用領域的擴大, 將使我國散料輸送技術的發展與國際接軌。該項目取得的成果亦可應用在礦山、鋼鐵、建材、港口碼頭等領域。

作者: 許曉暉　張尊敬

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