先尼科化工 (上海) 有限公司是一家上海高新技术企业, 高性能有机颜料P.R.254 (SR1C) 产品是该公司高新技术产品之一。在当今高性能有机颜料生产工艺上, 随着对高端颜料品质的高要求, 合成过程中对各反应阶段的物料配比也要求极其严格, 因此采用技术先进、可靠性高、稳定性好的计量表及其严谨的控制系统是十分必要的。

化工颜料生产厂家在物料配比中普遍采用流量计作为重量计量, 但该方法是以体积计量, 然后再根据液体的密度换算成重量, 由于密度与温度等因素有关, 所以误差比较大。另外, 因流量计的测量部分直接与被测介质接触, 对于一些腐蚀性介质, 需要选用价格昂贵的耐腐蚀材料。而称重模块不与被测介质直接接触, 上述缺点均不存在。

因此, 先尼科化工 (上海) 有限公司在DPP红SR1C装置中选用了称重模块来实现物料计量的设计方案。称重模块类型可分为两类:静载称重模块和动载称重模块。静载称重模块主要适用于侧向力较小静载荷称重场合或搅拌负荷较小的反应釜;动载称重模块主要适用于承受水平作用力的机械装置如流水线及搅拌负荷较大的反应釜。由于红SR1C颜料装置称重设备均为负荷较小的反应釜, 所以选用型号为FW的静载称重模块。该称重模块的原理是将高精度剪切梁传感器、负荷传递装置与安装连接板等部件合为一体, 保证了剪切梁传感器精度高、稳定性好。介绍梅特勒-托利多衡器有限公司的FW静载称重模块在公司DPP红SR1C装置称重控制系统中的设计与应用。

1 FW静载称重模块构造及其在圆形设备上配置

FW静载称重模块由顶板、底板、SB系列剪切梁称重传感器、传感器承压头及支撑螺栓等部件构成如图1所示。在称量时, 载荷作用于顶板, 通过传感器承压头施加到传感器的承载点上。传感器将容器所产生的压力转化成电信号输出到仪表。模块的容量依据其所用传感器而定, FW称重模块的容量为1~50t。FW静载称重模块可按模块的不同组装方式可分成3种类型, 分别为固定式模块、半浮动式模块和浮动式模块。这3类模块的组合可使称重系统免受热胀冷缩的影响, 保证传感器的受力点不变。

图1 FW静载称重模块   下载原图

2 FW静载称重模块的设计与选型

先丽DPP红SR1C装置称重仪表条件如表1所示。

2.1 确定FW静载称重模块的数量

一般较小直径的容器或反应釜采用3个称重模块, 较大直径的容器或反应釜采用4个称重模块。由于DPP红SR1C装置中反应釜直径都相对较大, 所以称重计量的每台反应釜均采用4个称重模块。根据DPP红SR1C装置称重仪表条件表, 4台圆形反应釜均为水平悬挂放置的压力容器, 每台反应釜均有4个设备悬挂式支架, 需配置4个称重模块组成该设备的一套称重系统, 每套称重系统由一个固定式模块、一个半浮动模块及两个浮动式模块组成, 半浮动模块必须安装在固定模块的对角上。

表1 先丽DPP红SR1C装置称重仪表条件     下载原表

2.2 确定每台反应釜上称重模块的容量和型号

称重模块的容量和类型选定原则为:计算秤体的皮重 (空载时) , 并加上冲击、震动外力等可能附加的重量;估计所需称量的最大载荷 (加料重量) ;将皮重和最大载荷相加得毛重, 将毛重乘以1.5倍确定所选用称重模块的最小容量, 所有的称重模块应选取相同的容量。结合DPP红SR1C装置称重条件, 先丽DPP红SR1C装置中各反应釜称重模块容量及型号选择如表2所示。

表2 各反应釜称重模块容量及型号选择     下载原表

2.3 在设计和使用过程中需注意和改进事项

(1) 让设备和土建专业设计标定时安放砝码的位置及安装、维修时的千斤顶工作位。

(2) 要求设备制造厂家在焊接耳座支撑架时注意水平度, 支架偏斜而引起与水平线的夹角不大于0.5b。

(3) 罐体的进、出口应尽量采用合适的软管, 并要求水平安装, DN80的管道软管设计长度需600mm以上。

(4) 每台反应釜的总载荷应平均地作用在4个称重模块上, 称重模块安装完成后应将称重模块尾部的支撑螺杆顶部的螺母松开使定位圈离开上支撑板, 然后进行标定。

(5) 4套称重系统与DCS通信不采用传统4~20m A模拟量信号, 而是采用专用DP电缆。

3 称重控制终端构成

DPP红SR1C装置中称重控制终端采用Panther系列, 它接收来自称重模块的模拟信号, 并将之显示为实际的质量读数。Panther系列面板带有7位荧光数码显示和6只功能按键 (分别为清零键、皮重键、清皮键、存储键、选择键、回车键) , 配Profibus-DP输出接口。集成功能为称重显示, 检重。称重控制终端工作电压为220VAC/50Hz。

4 称重控制系统在DPP红SR1C工程装置中的应用

在DPP红SR1C装置上, 存在甲醇、C醇等混合爆炸危险性气体, 现场称重仪表需安装在非安全区内, 应采用防爆衡器。防爆衡器主要有两大类型:复合型和本安型。复合型是指秤台在危险区, 仪表在安全区, 秤台与仪表之间加安全栅。本安型配置是指仪表和秤台均在危险区, 如果要接位于安全区的外设, 必须采用光纤通信套件。

DPP红SR1C生产特点和要求:既要求现场操控, 又要在DCS上直接控制。但现场是防爆区, 选取本安型配置要加隔爆电源和光纤通信套件, 需大大增加工程投资;如果选取复合型, 把仪表放置在控制室, 观察数据和现场操作不太方便, 也体现不了总线化接线的优势, 而且工艺要求对罐加入不同定量的多种溶剂, 需要现场设定。为适合需要, 设计方案确定为在现场设置仪表控制箱, 内置在防爆2区EXd IIBT4环境下的Panther仪表和人机界面, 实现在现场的操作要求;通过DP通信实现DCS画面重量显示及DCS对物料的称重控制。防爆称重控制系统结构如图2所示。

图2 防爆称重控制系统结构   下载原图

5 DCS与称重控制终端之间Profibus-DP现场总线通信方案的设计和实现

DPP红SR1C装置DCS采用浙江中控股份有限公司的ECS-100系统, DP卡型号为FW239-DP。FW239-DP主站接口卡在逻辑上等同于FW243主控卡, 在SCnet II网中直接向上位机广播实时数据, 用于在监控软件中显示, 并且支持上位机的写数据。Profibus-DP通信数据传送方案如图3所示。

图3 Profibus-DP通信数据传送方案   下载原图

要求设备厂家提供所要通信的DP从站的准确GSD文件, 因为GSD文件是每个DP从站设备在出厂时所必配的设备特性描述文件, 它记录着从站的通信数据大小和通信格式以及通信配备方式等特性。

称重设备与DCS系统进行DP现场总线通信组态方案如图4所示。

图4 称重设备与DCS通信组态方案   下载原图

通过SCKey组态软件实现DP通信的组态界面如图5所示。

图5 DP通信的组态界面   下载原图

6 结语

该方案在高性能有机颜料反应釜的定量配比过程中起着十分重要的作用, 提高了颜料产品的收率, 有效降低了原料的消耗。该装置目前运行稳定。