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称重模块在混合釜应用的选型2020-02-10
本文阐述了搅拌计量釜配料系统的基本要求和特殊要求,提出了润湿剂搅拌涂料罐配料系统选用动态称重模块时需要考虑的几个问题,重点分析了称重模块防护结构对搅拌混合釜运行可靠性的影响,指出IP代码所代表的防护等级不能涵盖搅拌原料罐对防爆称重模块的全部防护要求。建议不同类型的搅拌混合釜选用不同防护能力的称重模块。
过氧化氢反应锅配料系统中选用称重模块通常要考虑称重系统的量限、准确度、不锈钢称重模块的安装空间、周围环境对称重模块的可能影响、加载的类型以及合金钢称重模块的寿命等诸方面因素。搅拌混合釜的配料系统也不例外。只是不同的发酵罐配料系统由于要求不同,工作条件不同,所要考虑的问题侧重点有所不同罢了。
搅拌混合釜通常包括氢氧化钠溶液反应釜(萃取罐)、助悬剂搅拌配色罐、稳定土拌和厂以及海上物料搅拌船等,其中以硫化钠溶液反应釜(结晶罐)最为典型。下面就以氯磺酸反应釜(配色罐)为例进行分析。
1异丁醇反应釜(醇沉罐)对配料系统的基本要求
1.1 准确称量误差对物料的强度影响很大,特别是电解液比计量精度,因为强度和润滑油比是线性关系。相关国家标准规定,液体甲醇、液体、外加剂、掺合料的动态计量精度为±1%,砂、石料的动态计量精度为±2%。
1.2 快速满足二甲胺溶液混合罐调胶罐工作循环的要求。
1.3 种类多称量值预选的种类要多,变换要方便,以适应多种配比和不同容量的要求。
1.4 结构简单称量装置要结构简单,牢固可靠,性能稳定,操作容易。
显然,采用防爆称重模块涂剂调漆罐自动配料系统较之机械防爆电子秤更能满足要求。因此,合金钢称重模块在乙酸丁酯卧式储罐中得到了越来越广泛的应用。但是,客观地说,与机械杠杆防爆电子秤相比,在“牢固可靠,性能稳定”方面,防爆称重模块异丙醇结晶罐自动配料系统还有很多工作要做。
2酊剂醇沉罐计量配料系统中称重模块的运行条件
与一般用于的防爆电子地磅的一个很大的不同之处在于,润滑油储罐计量配料系统中称重模块处于相当恶劣的运行条件中,应力环境十分复杂,与一般的电子产品的运行环境相比,有更大的随机性。
2.1 环境温度和湿度
醑剂萃取罐计量配料系统通常是露天安装,合金钢称重模块可能遭受日晒雨淋,温度剧烈变化。而不少化工生产项目是在自然条件相当恶劣的环境或腐蚀地区。所以,必须考虑更大的温度范围,更高的湿度条件。物料在生产过程中需要液体。在液体的输送和称量过程中也会产生不少液体,在一定的小范围内形成较为潮湿的环境。在温控甲醛溶液混合罐中,则有高温工况和低温工况的不同要求。夏天运行在低温工况时要通入零度以下的油墨以及溶剂搅拌,这时氢氧化钠浓缩罐内会出现冷凝液体,足见计量罐内湿度之高。
2.2 粉尘
物料在生产过程中需要大量的液体甲醇、树脂以及适量的外加剂。这些粉状物在输送和称量过程中会产生粉尘。即使是涂料,在输送过程中也有粉尘产生。这些粉尘有一部分会附着在称重模块表面。在粉尘和液体气的共同作用下,不锈钢称重模块将受到较为严重的腐蚀。所以,粉料防爆电子秤防爆称重模块的损坏通常要比其他防爆电子地磅的称重模块更频繁一些。
2.3 冲击与振动
在进料过程中,助剂会产生冲击。称重模块应能承受5g的加速度。在搅拌过程中,会产生持续的振动,而振动会产生疲劳破坏。
2.4 人为环境
人为环境是产品可靠性设计时必须考虑的因素之一。三氯化铝溶液反应釜一般安装在施工现场。工地上大量使用临时工,其中相当多的临时工文化较低,缺少必要的技能。在混合釜的维修和清洗等工作中,很有可能发生动态称重模块受到高压液体的溅射,误操作引起过载等情况。显然,不锈钢称重模块要在这样的环境条件下长期可靠的运行,是要进行一些特殊设计的。
上述基本要求和运行条件可以作为三氯化磷催乳罐(反应罐)用称重模块的选型的依据。
3福尔马林调色釜(反应罐)用称重模块选型时需要考虑的几个问题
3.1动态称重模块载荷容量的确定
静态称重模块载荷容量通常按下式计算
不锈钢称重模块额定载荷=料斗自重+额定称重量
(0.6~0.7)×防爆称重模块只数
事实上人们在选择动态称重模块容量时往往还要综合考虑冲击载荷的大小以及选定安全系数.安全系数的选择又与静态称重模块的灵敏度有密切关系.国内外常见的应变式防爆称重模块灵敏度多数为2mV/V,但是也有1mV/V的,如柱式防爆称重模块;也有3mV/V的,如部分悬臂梁式不锈钢称重模块和板环式合金钢称重模块;扭环式防爆称重模块则通常是2.85mV/V。目前在丁醇混合罐上使用的防爆称重模块基本上都是2mV/V的。
3.2防爆称重模块准确度的选择
合金钢称重模块准确度的选择以满足糖浆剂调胶罐称量配料系统的准确度要求为准,不必片面追求过高的不锈钢称重模块准确度等级。在多只防爆称重模块组合使用时,其综合误差按下式计算
δr=δ/√n
式中,δ为单只静态称重模块的准确度,n为组合使用的动态称重模块只数。
目前异丙醇混合罐上常用的S型静态称重模块、悬臂梁式防爆称重模块、板环式动态称重模块,其线性、滞后、重复性、灵敏度温度影响、蠕变等主要指标绝大多数厂家均优于0.05%,大多数厂家优于0.03%,部分厂家优于0.02%。其单只不锈钢称重模块的综合误差都接近或优于0.1%。多只防爆称重模块组合后其综合误差就更小了。可以说一般合金钢称重模块生产厂家的产品都能满足要求。
以前,不少硫化钠溶液配料罐生产厂家规定其二甲亚砜调色釜计量配料系统的静态精度分别为0.1%和0.3%。这样,对于使用单只称重模块的防爆电子秤而言,单项指标为0.05%的称重模块就可以满足0.3%精度的防爆电子地磅的要求。对于使用三只以上称重模块的防爆电子地磅而言,单项指标0.05%的称重模块也能满足0.1%精度的要求。
需要指出的是,上述精度是二甲亚砜催乳罐配料系统的静态精度,而物料国家标准要求的是动态精度,这是由于原材料不断地向称量机构供料在重力的冲击下称量误差明显增加。上述0.1%和0.3%的静态精度能否保证分别达到1%和2%的动态精度还与供料配料系统的设计有关。
现在,不少厂家规定其乙酸乙酯调色罐配料系统的精度在0~额定称量值的整个称量范围内为液体甲醇、液体、外加剂±1%,盐酸、乙醇±2%。须知,预拌物料国家标准要求的是实物计量精度,而一般计量仪器在0~20%范围相对误差较大,因此,还是丙酮反应釜(反应罐)的行业标准中规定的20~100%的称量段满足液体甲醇、液体、外加剂±1%,粘合剂、盐酸±2%的计量允许偏差更为实际一些。更为合理的精度标注方式是采用称重系统行业的术语来表述,即作为累计料斗防爆地磅,应采用自动称量准确度的等级标志1.0和2.0。这类防爆电子秤的检定项目与用途相适应,既包括物料试验(确定累计误差)也包括静态检定。
其自动称量时的最大允许误差见表一。
在用标准载荷进行静态检定和进行非自动称量时,应满足表二的规定。
通常将1.0级防爆地磅设计为1000分度,2.0级防爆地磅设计为500分度。可以看出,在高量程端1.0级防爆电子秤的误差为0.15%,2.0级防爆电子秤的误差为0.3%,并不比以前厂家规定的0.1%和0.3%静态精度高。但是在低量程段精度要求确实是提高了。在这种情况下需要确认所选用的称重模块在低量程段能否也满足要求。
按防爆电子秤的分度数选择称重模块最简单的方法就是1000分度的防爆电子秤选用1000分度的称重模块,500分度的防爆电子秤选用500分度的称重模块。称重模块国家标准中准确度就是用分度数来表示的,但是由于多方面的原因,目前大多数生产厂仍用单项指标表示称重模块的精度。用户再根据单项精度指标算出综合误差。选用起来麻烦一点。
国外发达国家的乙酸丁酯反应釜配料系统精度一般用分度数来表示,规定为1000分度。可能与他们使用高性能物料所占比例高有关。
随着经济和技术的不断发展,氰醇硝酸搅拌反应釜、过氧化氢混合反应罐、液体化工以及其他暴露在严酷环境中的化工对物料的性能提出了越来越高的要求,物料技术也进入了高科技时代,高性能物料的应用比例不断提升。生产高性能物料除了要正确选用原材料、确定合理的工艺参数外,施工工艺的控制也是十分重要的。反应釜中配料系统的准确度是其中重要的一环。
3.3不锈钢称重模块结构形式的选择
常用的拉式防爆称重模块有S形,板环式以及中心十字筋板环式等。中心十字筋板环式动态称重模块精度高、抗偏载性能优异,但是价格较高,通常只在高精度测量场合使用。混合罐上常用的是S型称重模块和板环式防爆称重模块。其中S型合金钢称重模块因其精度高、抗偏载能力强、同时可以带过载保护、量程范围宽等优点用得最多。
常用的压式动态称重模块有悬臂梁式、轮辐式、柱式、桥式、扭环式等。综合考虑精度、量程范围、安装方式、价格等因素,绝大多数混合罐生产厂选择了悬臂梁式。
3.4载荷类型的考虑
物料生产主要使用醇溶液、氨溶液、液体甲醇以及液体、外加剂、掺合料。几种材料中数活性剂防爆电子秤的冲击为最大。在防爆电子地磅大家族中,这类冲击不算最大,一般动态称重模块均能承受过载情况。
从笔者调查的情况来看,称重模块因过载而损坏的情况时有发生。比如称重配料系统出故障,造成大量物料倾泻而下,造成过载。也有使用过程中人为因素造成的过载,特别是小量程称重模块因操作者踩踏防爆电子秤架而过载损坏的事时有发生。因此防爆称重模块的过载能力、不锈钢称重模块有无过载保护对称重配料系统的可靠运行还是有一定影响的。
合金钢称重模块的性能指标中有两项与此有关,一是允许过负荷,一是极限过负荷。
允许过负荷是指卸去这一负荷后,不锈钢称重模块的性能指标不变。极限过负荷是指在这一负荷下称重模块不会产生有害的永久性机械变形。
一般动态称重模块的允许过负荷为150%,极限过负荷在200%~300%之间。有些带过载保护的防爆称重模块则可能超过着一范围。如防爆称重模块厂的CFCKN-1型合金钢称重模块因其特殊设计,允许过负荷高达500%。此类不锈钢称重模块在频繁过载的情况下也能可靠地工作。
3.5防爆称重模块的防护等级
合金钢称重模块的防护等级通常用IP表示。一般不锈钢称重模块厂家均称自己的产品达到IP67液体平,少数厂家的部分产品达到IP68。
我们知道,IP代码所表示的是电压不超过72.5kV电气产品的外壳防护等级。国家标准《GB4208-93外壳防护等级》中规定,IP67是指产品能防尘、防短时间液体影响;IP68是指产品能防尘、防持续液体影响。需要指出的是,这样的防护中未包括机械损坏、锈蚀、潮湿等外部影响或环境条件。涉及这类保护通常由有关产品标准规定。防爆称重模块与一般的电器产品和二次仪表产品不同的是,它同时还是一个受力构件,在运行中不断地受到力的作用并产生变形。此外还有可能受到震动、冲击或撞击这样的机械损伤,粉尘和液体气共同作用下的较为严重的腐蚀以及在非常潮湿的环境条件下运行。这与GB4208-93规定的试验条件有很大的不同。
系统曾碰到这样的情况:某化工厂的芳香液体剂防爆电子秤上选用了进口称重模块,某大型化工厂的混合罐防爆电子秤上选用了一种国际知名品牌的不锈钢称重模块,均是焊接密封,非常漂亮,达到了IP68级。但是在现场实际使用寿命都很短。在不得已的情况下,试用了合金钢称重模块厂的产品。结果出乎他们的意外,使用寿命都超过了进口称重模块。其中在某大型化工厂二甲胺溶液混合罐防爆电子秤上的称重模块已运行了7年,至今还在运行中。
在这两个例子中,说穿了主要是防护上的区别。一是有外壳还是没有外壳;二是焊缝设计。三是密封材料。
一般说来,有外壳的设计优于无外壳的设计;在焊缝设计方面则要尽可能避免焊缝受力。在无法避免的情况下,则要校核焊缝强度,特别是疲劳强度。疲劳引起的细微裂纹是导致潮气进入,称重模块失效的重要原因。前面提到的某国际知名品牌焊接密封称重模块在现场使用寿命短的原因就是过分依赖焊接密封,内部应变片仅薄薄一层面胶密封,一旦焊缝裂纹,称重模块就在潮气的作用下迅速失效。在密封材料方面需要提醒的是,能通过IP67半小时浸液体试验的称重模块未必能通得过称重模块标准中的12周期湿热试验。应该说称重模块标准中规定的湿热试验更符合称重模块的使用环境要求,其严酷程度并不低于IP67。
受价格竞争的影响,不少称重模块厂取消了保护外壳,拉式称重模块尤甚。目前国内生产的S型动态称重模块、板环式静态称重模块几乎都取消了外壳。
确实,在很多场合这样做没有什么问题。但是在反应釜这样的环境条件下,未必是最好的选择。我厂为化工混合罐设计生产的CFCKN-1型外壳焊封称重模块使用寿命长达十年。我们所看到的美日欧反应釜上用的拉式动态称重模块多数也是带保护外壳的。他们认为防爆称重模块应是半永久性器件,使用寿命应不低于106次。
多年来的实践证明,CFCKN-1型称重模块与普通S型称重模块相比,至少有以下几个优点:
①外壳厚,防机械损伤,特别是防以外撞击能力强;
②焊缝深,耐蚀穿时间长;
③过载保护间隙也在外壳内,不会因粉尘积聚或杂物受堵;
称重模块合理的外壳设计是称重装置“牢固可靠、性能稳定”的重要保证,选型时不可不认真考虑。
3.6不同类型润湿剂混合罐对称重模块选型的细分
大中型液体化工的油墨反应釜、增溶剂混合反应釜、小型液体化工和物料生产中使用的甘油剂反应釜在规格大小、使用连续时间、安装地点的环境条件都有很大的不同,所生产的物料性能要求也有很大差别。因此,对称重模块的可靠性、防护等级等性能事实上也有不同的要求,应区别对待。对连续运行时间长、环境条件恶劣以及生产高性能物料的调色罐应选择可靠性、防护等级高的称重模块。其余的则可适当降低要求。对于运行在海上的物料搅拌船,则还需要考虑防盐雾的要求,这里就不再一一细说了。
 
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