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智能型藥液流量計在制藥廠浮選工藝參數(shù)自動監(jiān)測中的作用
智能型藥液流量計在制藥廠浮選工藝參數(shù)自動監(jiān)測中的作用
1 設(shè)計背景
浮選藥劑用量的準(zhǔn)確與否是關(guān)系到浮選系統(tǒng)產(chǎn)品灰分及回收率的一項重要因素。目前國內(nèi)大多數(shù)選煤廠在浮選藥劑投加方面仍然由崗位人員靠經(jīng)驗進(jìn)行手動操作。
近年來，一些選煤廠開始探索浮選自動加藥控制，以期達(dá)到根據(jù)實時監(jiān)測工藝參數(shù)，自動調(diào)節(jié)加藥量的目的?；茨系V業(yè)集團(tuán)選煤分公司汲取*經(jīng)驗，在新莊孜、潘一選煤廠進(jìn)行了浮選自動加藥控制系統(tǒng)的研發(fā)，取得了較好效果。
2 浮選工藝系統(tǒng)存在的問題
浮選作為重介系統(tǒng)后續(xù)工藝，是煤泥水處理工藝的重要環(huán)節(jié)，在整個生產(chǎn)工藝中擔(dān)負(fù)著重要的角色。新莊孜、潘一選煤廠的浮選生產(chǎn)系統(tǒng)基本一致，進(jìn)入浮選機(jī)的物料由兩臺給料泵給入浮選機(jī)的礦漿準(zhǔn)備器，起泡劑和捕收劑通過加藥管路加入混合漏斗，煤泥水與藥劑在礦漿準(zhǔn)備器內(nèi)充分混合，然后自流入浮選機(jī)中。
*，影響浮選機(jī)分選效果的因素主要有兩點: 一是進(jìn)入浮選機(jī)內(nèi)的物料濃度需維持在合理范圍; 二是藥劑的用量需與進(jìn)入浮選機(jī)的干煤泥量相匹配。由上述兩廠的系統(tǒng)構(gòu)成可知，在浮選操作及質(zhì)量控制方面存在以下問題。
(1)起泡劑、捕收劑從儲料箱自流至管路再通過普通球閥添加，調(diào)量時人工手動調(diào)節(jié)開度。這種添加方式無法得知添加藥劑的具體數(shù)量，只憑崗位司機(jī)目測判斷; 其次調(diào)節(jié)過程比較麻煩，生產(chǎn)數(shù)據(jù)波動頻繁時，調(diào)節(jié)頻率增加，因此人工添加很難保證產(chǎn)品質(zhì)量。
(2)手動調(diào)節(jié)無法準(zhǔn)確測量浮選機(jī)的入料濃度，不利于生產(chǎn)系統(tǒng)的調(diào)控，容易造成浮選精煤回收率低。入浮濃度對生產(chǎn)指標(biāo)的影響較大，需保證其維持在一定范圍。原系統(tǒng)中對這一重要指標(biāo)并無監(jiān)測，仍采用人工觀測判斷方式，準(zhǔn)確性低。
(3)手動調(diào)節(jié)無法測量進(jìn)入浮選機(jī)的實時干煤泥量。在以往的浮選系統(tǒng)中，對物料的流量并無監(jiān)測，濃度也是由崗位司機(jī)間隔性的手動檢測，根本無從得知實時的干煤泥量。這就給生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量的控制帶來了很大難度，人工添加藥劑往往 “寧多勿少”，容易造成浮選藥劑的浪費。
3 浮選工藝參數(shù)自動監(jiān)測及加自動藥系統(tǒng)設(shè)計
3. 1 設(shè)計原理
通過現(xiàn)場試驗檢測，計算入浮濃度和流量，再統(tǒng)計對應(yīng)手動操作添加的起泡劑和捕收劑總量，找出基本對應(yīng)數(shù)據(jù)。完善工藝過程監(jiān)測系統(tǒng)，主要監(jiān)測指標(biāo)有儲漿桶液位、入浮流量、入浮濃度、稀釋水流量等。監(jiān)測浮選的實時入浮干煤泥量，通過給定關(guān)系公式，算出藥劑添加量，由精密藥劑泵進(jìn)行添加。
3. 2 重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測
由公式 G(干煤泥質(zhì)量)= L(煤泥水流量)×N(煤泥水濃度)可知，要得到進(jìn)入浮選機(jī)內(nèi)的干煤泥質(zhì)量就必須測量出管路中煤泥水的流量及濃度。
在各臺浮選機(jī)入料管安裝電磁流量計，電磁流量計具有測量精度高、安裝方便、可輸出 4～20 mA電流信號等諸多優(yōu)點。其次，在煤泥水的總管段安裝一臺放射線濃度計，用于測量物料的實時濃度。
3. 3 PLC 可編程控制器的選擇及算法確定
本系統(tǒng)選用施耐德公司 M340 系列 PLC。在浮選車間現(xiàn)場配置 1 臺 PLC 控制柜，控制柜具有觸摸式人機(jī)界面，可供電氣工程師現(xiàn)場調(diào)試及崗位司機(jī)操作，能現(xiàn)場顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)及歷史曲線。PLC 讀取電磁流量計、濃度計實時電流信號，通過公式 Q(起泡劑用量)= K 1 ×G(干煤泥量)、B(捕收劑用量)= K 2 ×G(干煤泥量)(K 1 、K 2 取決于工藝需求，后期使用中可根據(jù)偏差進(jìn)行修正)來確定起泡劑及捕收劑的實時用量。CPU 執(zhí)行內(nèi)部程序計算出藥劑用量后，輸出至電磁隔膜計量泵執(zhí)行。
3. 4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇
由以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析得知，單臺浮選機(jī)的*大藥劑消耗量維持在 70 L/h 以下，從而可以確定出計量泵的工作流量范圍。根據(jù)計量泵流量小，但要求控制精度高的特點，本案選用了電磁式隔膜計量泵。該種型號的泵具有體積小、安裝方便、控制精度高、隔膜損耗低等優(yōu)點，還可接受 4～20 mA 電流信號調(diào)控，降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。
3. 5 藥液流量計浮選工藝參數(shù)自動監(jiān)測及自動加藥系統(tǒng)配置
新莊孜選煤廠、潘一選煤廠的浮選工藝參數(shù)自控系統(tǒng)配置如圖 1、圖 2 所示。新莊孜選煤廠在煤泥水總管路上安裝 1 臺濃度計，在每臺浮選機(jī)的入料分管路上各安裝 1 臺電磁流量計，每臺浮選機(jī)安裝 1 臺起泡劑泵、1 臺捕收劑泵。在循環(huán)水總管路安裝 1 臺電磁流量計。4 臺浮選機(jī)由同一臺 PLC 站點控制。潘一選煤廠共 5 臺浮選機(jī)，除補(bǔ)水方式不同外，其余配置均與新莊孜選煤廠一致。該廠的補(bǔ)水方式為單臺分散補(bǔ)水，故在每臺浮選機(jī)的補(bǔ)水管路安裝 1 臺電磁流量計。
3. 6 軟件設(shè)計及人機(jī)界面
自動加藥程序流程為更直觀地顯示自動監(jiān)測及自動加藥系統(tǒng)的運行情況、實時工藝參數(shù)，使崗位司機(jī)能方便地手動、自動切換控制方式，在 PLC 站點配置了一塊可以實現(xiàn)人機(jī)互動的觸摸操作屏幕。通過觸摸屏，可以顯示各臺浮選機(jī)的實時工藝參數(shù)，顯示每臺計量泵的實時流量。觸摸屏后臺程序還可以收集記錄生產(chǎn)數(shù)量歷史曲線，通過點擊日期時間框，可以調(diào)取任意一天生產(chǎn)情況和數(shù)據(jù)，方便生產(chǎn)技術(shù)人員調(diào)閱分析。
實時趨勢界面可以實時提供藥劑添加量以及入浮干煤泥量的動態(tài)信息。在實時趨勢圖上用不同顏色的曲線代表不同的工藝參數(shù)。
歷史趨勢主要的功能是記錄、顯示數(shù)據(jù)。在歷史趨勢上顯示的信息基本包含了浮選生產(chǎn)的關(guān)鍵性參數(shù)，同時將這些參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)保存在觸摸屏的第二驅(qū)動器中，可將其從觸摸屏讀取到計算機(jī)中，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理。在歷史趨勢界面上通過點擊左上方的日期時間框，可以方便地調(diào)取任意一天的生產(chǎn)情況和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
3. 7 系統(tǒng)優(yōu)點
采用傳感器、PLC、計量泵構(gòu)成的浮選工藝參數(shù)自動監(jiān)測及加自動藥系統(tǒng)，實現(xiàn)了浮選藥劑自動動態(tài)添加。這套系統(tǒng)與原依賴人工調(diào)節(jié)的方式相比，具有以下優(yōu)點。
(1)自動化程度高，釋放崗位勞動力。該套系統(tǒng)的起泡劑、捕收劑添加*實現(xiàn)了自動功能，不再依賴崗位司機(jī)手動調(diào)節(jié)，降低了崗位人員的勞動強(qiáng)度。
(2)藥劑添加實現(xiàn)定量控制，精度高，易于控制浮選產(chǎn)品質(zhì)量，提升浮選精煤產(chǎn)率。根據(jù)生產(chǎn)情況由程序計算得出藥劑需用量，再通過計量泵定量添加。通過程序自動跟蹤生產(chǎn)數(shù)據(jù)，及時調(diào)控藥劑用量，從而保證浮選產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，有效減少精煤的流失，提升產(chǎn)率。
(3)系統(tǒng)響應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)速度快。本系統(tǒng)為實時不間斷監(jiān)測和調(diào)控，干煤泥量發(fā)生變化時程序會對藥劑的用量實時調(diào)整，*實現(xiàn)藥劑用量大小隨生產(chǎn)工藝參數(shù)波動而增減。其調(diào)控的反應(yīng)時間控制在 10 s 以內(nèi)，大大優(yōu)于人工調(diào)控的反應(yīng)時間，保證了浮選產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
(4)*計算，節(jié)約藥劑用量。藥劑添加量的大小不再依賴人工經(jīng)驗主觀判斷，杜絕了藥劑用量的浪費。
4 經(jīng)濟(jì)效益分析
4. 1 藥劑用量
目前 2 個選煤廠自動監(jiān)測及自動加藥裝置運行效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。從試生產(chǎn)中藥劑消耗量來看(見表 1)，預(yù)計全年藥劑使用量可縮減為該系統(tǒng)投運前的 50%，2 個選煤廠每年可以節(jié)約藥劑費 212. 57 萬元。
5 藥液流量計后期展望
自動化研發(fā)建設(shè)為生產(chǎn)技術(shù)管理人員提供了良好的生產(chǎn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析平臺。相比靠經(jīng)驗判斷的工作方式，技術(shù)人員在生產(chǎn)分析方面掌握了多方數(shù)據(jù)資源，可以總結(jié)歷史數(shù)據(jù)、分析不同煤質(zhì)情況下浮選工藝參數(shù)的變化，有利于掌握煤泥變化動態(tài)，及時調(diào)整工藝參數(shù)來應(yīng)對煤質(zhì)變化。目前本系統(tǒng)實現(xiàn)了監(jiān)測浮選工藝參數(shù)中的入浮濃度、煤泥水流量、藥劑添加量，未能對精礦灰分、尾礦灰分?jǐn)?shù)據(jù)實時監(jiān)測。如將這兩項重要工藝參數(shù)采集并進(jìn)行控制，浮選自動化系統(tǒng)將更加*、更加智能。
6 結(jié) 語
新莊孜、潘一選煤廠浮選工藝參數(shù)自動監(jiān)測及自動加藥系統(tǒng)研發(fā)的成功應(yīng)用，給企業(yè)帶來了巨大經(jīng)濟(jì)收益和社會效益。系統(tǒng)的投入使用，提高了對浮選產(chǎn)品質(zhì)量的控制，有利于技術(shù)人員及時掌握生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料，有利于工藝環(huán)節(jié)的分析與研究，提高了選煤自動化水平。