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微納在線激光粒度儀（在線粒度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）詳解

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1 前言

在水泥、硅膠等產(chǎn)品生產(chǎn)中,粒徑作為其中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù),直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)上粉體的粒度測(cè)試采用人工采制樣或機(jī)械采制樣,加人工實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)的方法,這種方法有很多的的點(diǎn):1、取制樣誤差大,以局部代表整體過程,存在代表性問題;2、不在線,不實(shí)時(shí),分析數(shù)據(jù)嚴(yán)重滯后;3、分析數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程指導(dǎo)意義不大,只能是一種補(bǔ)救措施。

激光粒度分析儀以其快速、準(zhǔn)確、重復(fù)、方便等特點(diǎn)越來越多地被用于生產(chǎn)控制,隨著生產(chǎn)控制的進(jìn)一步要求,離線測(cè)試已經(jīng)不能夠滿足要求,為了能夠得到連續(xù)的粒度測(cè)試結(jié)果,在線粒度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸成為各制造企業(yè)產(chǎn)品粒度控制及監(jiān)測(cè)的一種趨勢(shì)。

 

 

2.微納在線激光粒度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

粉體在線激光粒度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是可用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的粉體粒度分析系統(tǒng),各項(xiàng)參數(shù)根據(jù)客戶應(yīng)用要求量身定制,本系統(tǒng)主要有以下幾部分構(gòu)成:主機(jī)系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)、樣品分散系統(tǒng)、密封樣品窗口系統(tǒng)、回料系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)控制柜系統(tǒng)、遠(yuǎn)程傳輸與顯示系統(tǒng)。本系統(tǒng)的主要功能是可以對(duì)流動(dòng)的顆粒粒度分布進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并提供準(zhǔn)確的控制信號(hào)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。取樣器把粉體樣品從生產(chǎn)線管道中取出,通過卸料器傳給喂料器,喂料器均勻地把樣品送入樣品分散泵中,分散好的粉體樣品通過防堵反吹閥進(jìn)入儀器主機(jī),在保護(hù)氣的作用下通過樣品窗口,回料泵把測(cè)試過的粉體樣品送回到生產(chǎn)線管道中。測(cè)試過程中主機(jī)把測(cè)試到的粉體散射光譜實(shí)時(shí)地傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)控制柜,由安裝到現(xiàn)場(chǎng)控制柜PC平板中的在線粒度分析軟件通過反演運(yùn)算得到粉體樣品的粒度分布,現(xiàn)場(chǎng)控制柜把得到的粒度分布數(shù)據(jù)一方面通過遠(yuǎn)程通訊傳給中控PC,工作人員可根據(jù)粒度分布數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)線及時(shí)作出調(diào)整,也可直接傳輸給生產(chǎn)線控制系統(tǒng),直接調(diào)整生產(chǎn)線上的設(shè)備使其運(yùn)轉(zhuǎn)到最佳位置?，F(xiàn)場(chǎng)控制柜中的PLC系統(tǒng)是整套系統(tǒng)的控制中心,能控制系統(tǒng)上每一個(gè)部件的開關(guān),并對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,對(duì)異常情況及時(shí)報(bào)警。

 

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1在線取樣系統(tǒng)

從管道中取出具有代表性的樣品是實(shí)現(xiàn)粉體粒度在線測(cè)試的第一步,根據(jù)不同的粉體生產(chǎn)工藝,微納在線激光粒度儀的設(shè)計(jì)提供兩種取樣系統(tǒng):負(fù)壓取樣和螺旋取樣。負(fù)壓取樣主要應(yīng)用于飛灰式取樣,如火力發(fā)電廠鍋爐尾部煙氣飛灰取樣,螺旋取樣主要應(yīng)用于粉料的取樣,如水泥在空氣斜槽中傳輸過程中的取樣。負(fù)壓取樣器由取樣管和噴射泵組成,取樣管插入工藝管道,通過特殊設(shè)計(jì)的取樣孔從氣固兩相流中取出具有代表性的樣品。噴射泵與取樣管相連,可以形成0.04Ma的負(fù)壓,將取樣管中的樣品吸出送到主機(jī)進(jìn)行測(cè)試,噴射泵采用陶瓷內(nèi)芯,具有良好的耐磨特性。粉體在管道中傳輸過程中大小顆粒會(huì)產(chǎn)生分層現(xiàn)象,因此應(yīng)采取多點(diǎn)取樣,本負(fù)壓取樣系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)式取樣,取樣器在運(yùn)動(dòng)控制箱的控制下作往復(fù)運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)過程中連續(xù)取樣,可保證取出的樣品具有代表性。粉體運(yùn)輸一般采用氣體輸送,管道中存在一定的正壓力或負(fù)壓力,螺旋取樣器只有在常壓下才能正常工作,因此在本設(shè)計(jì)中加入了旋轉(zhuǎn)卸料閥,能夠?qū)崿F(xiàn)空氣密封,能夠保證螺旋取樣器的在正壓和負(fù)壓環(huán)境下正常工作,取出的樣品進(jìn)入到分散泵中分散后經(jīng)防堵反吹閥門進(jìn)入主機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

3.2密封樣品窗口

保持主機(jī)光學(xué)部件和探測(cè)陣列的潔凈是保證在線儀器連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵,在本設(shè)計(jì)中采用多重氣幕保護(hù)裝置,能夠保證儀器的長(zhǎng)時(shí)間免維護(hù)運(yùn)行。

3.3測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)主要由主機(jī)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

主機(jī)系統(tǒng)包括光路系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng),光路部分采用傅立葉變換光路,全量程采用米氏散射理論。電路部分掃描速度1000次/秒,每秒可顯示2個(gè)完整粒度分布(用戶可調(diào))。儀器符合IS013320標(biāo)準(zhǔn),所有接口(采樣管,閥門,管道)及主機(jī)各關(guān)鍵部位均采用耐磨材料,能夠保證長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。軟件系統(tǒng)專門為在線粒度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研制,軟件具有形象化的良好的人機(jī)界面,操作方便,運(yùn)行可靠,安全性良好,為用戶自行定制輸出數(shù)據(jù)項(xiàng)目提供方便。


3.4遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)

在線激光粒度分析系統(tǒng)的通訊系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示,在線控制系統(tǒng)用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的自動(dòng)控制及報(bào)警,現(xiàn)場(chǎng)PC為在線粒度測(cè)試軟件的運(yùn)行平臺(tái),生產(chǎn)控制系統(tǒng)為粉體生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng),中控PC用于數(shù)據(jù)的顯示及遠(yuǎn)程生產(chǎn)線控制。在線控制系統(tǒng)控制器采用PLC,能夠穩(wěn)定地控制各器件的依次啟動(dòng)和依次關(guān)閉,并能夠接收粒度分布數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出,能夠與生產(chǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行接口,用于生產(chǎn)設(shè)備控制,提供完善的報(bào)警裝置。如果在線設(shè)備出現(xiàn)問題則自動(dòng)報(bào)警,并自動(dòng)采取保護(hù)措施?，F(xiàn)場(chǎng)PC采用一體式工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理、并實(shí)時(shí)顯示在線顆粒的粒度分布,
與中控室終端采用光纖通訊,能夠保證在遠(yuǎn)距離和電磁干擾的情況下穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù),本系統(tǒng)加入的物聯(lián)網(wǎng)功能,能夠通過互聯(lián)網(wǎng)或者手機(jī)APP就能夠隨查詢數(shù)據(jù).


4系統(tǒng)應(yīng)用


現(xiàn)場(chǎng)安裝

如圖2所示是微納公司為南京某水泥生產(chǎn)線定制的礦渣微粉在線粒度測(cè)試系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)。本項(xiàng)目目的是為了在線24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)礦渣微分成品的粒度分布數(shù)據(jù),為生產(chǎn)線提供調(diào)整依據(jù)。本項(xiàng)目分為以下幾個(gè)系統(tǒng):

l、在線取樣系統(tǒng)

2、在線分散系

3、在線主機(jī)

4. 在線回料系統(tǒng)

        5.  在線空氣凈化系統(tǒng)

        6.  在線氣體分配系統(tǒng)

        7.  PLC控制系統(tǒng)

        8.  工業(yè)PC測(cè)試系統(tǒng)（包含在線粒度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)專用軟件）

        9.  遠(yuǎn)程傳輸與顯示系統(tǒng)

 

5.結(jié)論

    針對(duì)在線粒度測(cè)試方面的技術(shù)難點(diǎn)，結(jié)合微納在線粒度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，經(jīng)過幾年的現(xiàn)場(chǎng)使用結(jié)果表明在線取樣技術(shù)，激光粒度儀在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程通訊技術(shù)均滿足了粉體粒度在線測(cè)試的需求。

在線激光粒度儀