复合肥装置配料秤误差分析及选型探讨.pdf

收稿日期 作者简介胡彦文（），男，青海民和人，工程师，青海云天化国际化肥有限公司设备管理中心副总经理兼电仪总监。复合肥装置配料秤误差分析及选型探讨胡彦文，祁维军，曹文强，杨一仁（青海云天化国际化肥有限公司，青海 西宁 ）摘要复合肥装置配料秤测量的准确性对产品养分达标和保证产品质量至关重要。青海云天化国际化肥有限公司 套复合肥装置配料秤均为动态配料秤，其测量精度已无法满足生产所需，且存在维护工作量大、校验频次高等问题。经调研及探究，一期 二期高塔复合肥装置、转鼓复合肥装置改用双带式静态配料秤，水溶肥装置改用减重式配料秤（静态配料秤），技改后，静态配料秤运行稳定、测量精度高、故障率低，与 系统结合可在上位机上实现所有操作，且具有数据趋势和故障记录等功能，不足之处是无法进行故障预判及计划性维护，并指出数字式、智能化已成为配料系统设计选型的发展方向。关键词复合肥装置；动态配料秤；误差分析；优化技改；静态配料秤；维护情况；配料秤选型 中图分类号 文献标志码 文章编号 （）引言青海云天化国际化肥有限公司（简称青海云天化）有套复合肥装置，总产能 的一期高塔复合肥装置 二期高塔复合肥装置于 年投产，转鼓复合肥装置（亦称多功能复合肥装置）于 年投产，水溶肥装置于 年投产。青海云天化复合肥装置生产中，原料均通过配料秤进行添加，原始设计配料秤型号均为 ，变频器 ，传感器 ，称重控制器 ，配料秤量程 、精度 ，原料添加量是否准确，直接影响产品质量与生产成本。复合肥装置原设计的配料秤均为动态配料秤，随着生产系统自动化水平提高与工艺指标的不断优化等，动态配料秤的精度已无法满足生产需求。为此，青海云天化对动态配料秤误差来源进行分析，技改为静态配料秤后，收到了较好的效果。以下对有关情况作一介绍。动态配料秤工作原理及误差来源分析 动态配料秤结构及工作原理动态配料秤称重段的称重传感器和速度传感器将物料的重力转换成电信号，传送至称重控制器进行信号处理和运算，得到物料的瞬时流量和累计量。生产人员可根据产品配方在称重控制器上进行物料添加量的设定，称重控制器据设定值调节变频器频率及皮带转速，从而达到调节物料添加量的目的。动态配料秤正常运行状态下，皮带上的物料近似均匀，但实际上有薄有厚，皮带机的带速根据设定而变化，理论上称重传感器测量的皮带单位长度载荷重量与测速传感器测量的皮带倾斜角度等有关系数均为瞬时值，因此，一段时间内的物料累计量用积分值来表示。动态配料秤误差来源分析 称重传感器的测量（力）误差理想状态下，称重传感器测到的重量只有称重托辊、称量段皮带以及皮带上物料的重量。但实际生产中皮带是转动的，会有“胶带效应”，皮带的张力也会作用于称重传感器，而此张力不是恒定的 随着托辊上物料的黏粘、皮带速度快慢、皮带是否跑偏等，此张力一直在变化，测量误差也会变化，而且随着粘料的逐渐增多，误差也逐渐增大。称重传感器的控制特点：每台秤单独运行，所有操作在称重控制器操作面板上完成，操作频率高，易损坏，数据记录需人工在纸上完成。测速传感器的测速误差速度传感器通过测量减速机齿轮的转速间接算出皮带速度，当托辊、头尾传动滚筒粘料时，滚筒轨迹会从正圆变为椭圆，严重时皮带还会出第 期 年 月中氮肥 现跑偏，此时测速误差会增大；另外，皮带过松、物料吸潮后皮带打滑也会造成测速误差增大。机械误差头尾轮、托辊粘料，皮带跑偏、刮蹭，托辊轴承卡涩，均会导致“胶带效应”加剧，测力误差和测速误差随之增大，且机械误差随设备运行时间的延长会越来越明显。校验误差动态配料秤原设计为挂码校验，运行后期，随着测力误差、测速误差、机械误差的增大，挂码校验误差会超过 ，因此一般采用实物校验来减少校验误差，但由于物料要经过预先称重计量后再加入料仓，每次校验时仓中余料清理须彻底，过程中参与人员多、环节多，出现人为误差几率高，校验误差也会增大。年 月 日水溶肥装置动态配料秤实物校验记录见表 。可以看到，由于误差来源多，称重计量很不稳定。另外，运行过程中由于皮带跑偏、料仓中料位变化，每批次皮带的启停均会引起皮带张力发生变化，出现无法避免的系统性误差。实际生产中，复合肥装置动态配料秤计量误差普遍在 ，产品养分很难控制，有时甚至出现不合格产品，且动态配料秤每周均需清理检修、每次交接班（四班两倒）均需进行实物校验，维护工作量大、校验频次高。总之，这种动态配料秤已无法满足生产所需。表 水溶肥装置动态配料秤实物校验记录项目原皮重 新皮重 实际物料累计 配料秤显示累计 误差量 校验误差 秤 秤 秤 秤 秤 秤 秤 秤 注：第一次标定；第二次标定（空秤标定）。优化技改措施复合肥装置配料秤称量的准确性对产品养分达标和保证产品质量至关重要。从动态配料秤的结构原理、误差来源、日常维护等方面进行分析，要提高配料秤的精度，减小测量误差，就要避免“胶带效应”、测力误差、测速误差、机械误差等，青海云天化经调研及探究，决定对复合肥装置配料秤进行优化改造，并重新选型，实现静态称重、连续给料、集中控制等功能。静态称重容易实现，而连续给料的实现需使用 系统、变频器、电脑等自动化设备以及程序软件，通过设计、编程形成配料系统。青海云天化经过对静态配料秤（其计量精度在 以内）的考察和研究，确定高塔复合肥装置、转鼓复合肥装置改用双带式静态配料秤，水溶肥装置改用减重式配料秤，具体情况如下。高塔复合肥装置双带式配料秤高塔复合肥装置双带式配料秤，其给料皮带和称重皮带通过 台变频器一拖二调节速度，控制给料皮带和称重皮带同速、同停、同启。称重皮带采用 只传感器全悬浮称重（类似于磅秤），每皮带秤物料称重时，给料皮带和称重皮带同时暂停 ，完成次称重，通过 系统进行累计、计算和控制。由于是静态称重，称重精度得以大幅提升 可控制在 以内。双带式配料秤的特点：除称重传感器为毫伏信号外，其他设备的信号均由 通讯完成，减少了信号误差，且其结构和线路比较简单；杜绝了“胶带效应”带来的误差；称重时因称重皮带暂停 ，占用系统时间，其量程在 以内。年 月 日一期高塔复合肥装置双带式配料秤校验记录见表 。可以看到，双带式配料秤称重测量精度很高、误差很小。表 一期高塔复合肥装置双带式配料秤校验记录项目理论值 实测值 误差量 校验误差 秤 秤 秤 秤 秤 秤 年 月、年 月一期、二期高塔复合肥装置先后改用双带式配料秤技改实施后，配料系统运行稳定，双带式配料秤每月检修 次（主要是传感器清灰、检查校验、减速机加油、托辊清理等常规项目），检修工作量很少，遇生产配方调整时，只需进行去皮重操作，用砝码检第 期胡彦文等：复合肥装置配料秤误差分析及选型探讨查其称重计量数据是否正常。转鼓复合肥装置双带式配料秤转鼓复合肥装置双带式配料秤与高塔复合肥装置双带式配料秤的组成结构稍有不同，使用双变频器，分别控制称重皮带机和给料皮带机，而且配有称重料仓，上位机采用触摸屏；配料秤启停、手动 自动切换由操作台上按钮完成，属批次配料；皮带停止静态瞬间称重计量，通过 系统进行累计、计算和控制；配料速度 次 ，单次、单台配料（称量）范围 ，量程在 以内，装置最高负荷时单秤称重量 左右。年 月 日转鼓复合肥装置双带式配料秤校验记录见表 。可以看到，转鼓复合肥装置双带式配料秤比高塔复合肥装置双带式配料秤的校验误差稍大，这是因为转鼓复合肥装置配料秤自身秤架比较重，选用的传感器（型）量程为 ，量程的 范围内定量精度在 以内，而高塔复合肥装置双带式配料秤使用的传感器（型）量程为 。表 转鼓复合肥装置双带式配料秤校验记录项目理论值 实测值 误差量 校验误差 秤 秤 秤 秤 秤 年 月转鼓复合肥装置改用双带式配料秤技改实施后，配料系统运行稳定，未有因配料秤方面的问题而出现不合格产品。水溶肥装置减重式配料秤水溶 肥 装 置 减 重 式 配 料 秤，其 称 重 仓（）、螺旋给料机（）、下料切断阀（）由紧固件安装在一体，使用 台传感器（）悬浮式支撑；称重控制器通过传感器的信号计算称重料仓中物料的累计量，并用通讯信号在上位机实时显示，操作工据水溶肥配方在上位机设定加料值，系统据设定值控制启动变频器和螺旋给料机并打开下料阀加料，下料量达到预设值时，关闭下料阀、停变频器，完成配料；料仓中剩余料以及加料情况，可根据称重控制器的状态信号判断；配料速度 次 ，单次、单台配料（称量）范围 ，量程为 ，装置最高负荷时单秤称重量 左右。年月 日水溶肥装置减重式配料秤校验记录见表。可以看到，减重式配料秤称量准确性较高。表 水溶肥装置减重式配料秤校验记录项目理论值 实测值 误差量 校验误差 秤 秤 秤 秤 秤 秤 秤 秤 年 月水溶肥装置改用减重式配料秤技改实施后，配料系统运行很稳定，每月检修校验 次，平时无维护事项。静态配料秤维护情况 年青海云天化转鼓复合肥装置、一期高塔复合肥装置、二期高塔复合肥装置、水溶肥装置静态配料秤缺陷工单数分别为 、；年 月转鼓复合肥装置、一期高塔复合肥装置、二期高塔复合肥装置、水溶肥装置静态配料秤缺陷工单数分别为 、。可以看到，转鼓复合肥装置配料秤的故障率较其他 套装置高，这与转鼓复合肥装置静态配料秤的设计结构等有关：第一，其配料秤技改及投用最早，设计理念没有其他 套复合肥装置配料秤先进，且其控制室在原料库，每次检修发现元器件附着的粉尘很多，吸潮腐蚀、损坏次数多；第二，启动、停止、自动切换等功能均使用按钮开关完成，操作频次高，工作环境粉尘多，易损坏；第三，去皮重、清零操作通过称重控制器的操作按钮完成，常出现误操作、参数被修改等问题。鉴于转鼓复合肥装置配料秤存在的这些问题，在其他 套复合肥装置配料秤技改时进行了优化，高塔复合肥装置和水溶肥装置配料秤的所有操作在主控室的上位机电脑上完成，减少了故障源，并增加了生产数据趋势记录、重要设备声光报警以及故障记录与生产报表自动生成等辅助功能。中 氮 肥第 期 配料秤选型及发展方向实践表明，配料秤选型首选静态配料秤，具体选择时还需考虑物料性质与装置产能等：物料组成种类繁多、结块多、单次配料量大，宜选择带称重缓冲仓的，如转鼓复合肥装置配套的双带式配料秤；物料组成单一、配料少，可选用无称重料仓、裙边皮带式的，投资省、性价比高，如高塔复合肥装置配套的双带式配料秤；物料干净、易氧化、卫生级别要求高，可选用减重式配料秤，如水溶肥装置配套的减重式配料秤。目前国内静态配料秤使用的传感器多为模拟量传感器，存在电缆易损坏、中间连接复杂、故障不易判断、环境和人为影响因素无法预测等问题。因此，在新项目设计和配料秤选型中，要向智能化的方向探索，例如，传感器和称重仪表选用数字式智能型，采用数字信号通讯传输，提高智能化水平；配料系统具有传感器运行数据检测和故障预判能力，利于高效、准确维护。结束语经过多年的探索与研究，青海云天化复合肥装置改用静态配料秤后，其测量精度能保证在 以内，结合 控制系统实现了全自动配料。在国内复合肥行业中，青海云天化复合肥装置静态配料秤的设计和配置比较先进，运行比较稳定，达到了预期改造目标；目前主要的不足之处是使用过程中出现故障时只能被动地采取处理措施，无法对称重仪表进行全生命周期监控、故障预判以及计划性维护。随着人工智能、大数据、数字技术等的快速发展，当下数字式称重模块和智能仪表逐渐成为配料秤选型的主流配置，数字式、智能化已成为配料系统设计选型的发展方向。参考文献 李晓力电子皮带秤的误差分析：年第二届今日财富论坛 论 文 集 北 京：今 日 财 富 杂 志 社，：马辉电子皮带秤计量、校准及误差分析 衡器，（）：陈文钰电子皮带秤的误差分析与维护 计量与测试技术，（）：谭庆华，刘长风配料皮带秤的误差成因及改进措施 工业计量，（）：，櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 （上接第 页）制浆；同时，摸索此精馏塔的采出方式，逐渐将塔顶采出物改为送入稳定塔回流槽，重新进入精馏系统，观察产品质量，经验证后，此精馏塔采出物全部改为送稳定塔回流槽。经摸索与改进，三效蒸发器底部排出的尾液全部得以回收利用，级甲醇的回收率由 提升至 ，级甲醇产量提高约 且品质有保证，粗略估算每年产生的效益约 余万元。通过与同行对标了解到，业内也在摸索优化 级甲醇的生产，如我国西部大部分甲醇装置生产的粗甲醇直接进入稳定塔，在稳定塔内脱除轻组分，冷却降温后再进入 装置，节省了大量的能源，也减少了设备投资。节能降耗是化工生产永恒的主题，还需不断摸索与优化，稳定产品质量，形成独特的生产方式 ，以较低的生产成本生产出合格产品供下游用户使用。结束语甲醇装置生产中，粗甲醇精制不仅是决定甲醇产品品质的重要工序，而且精馏系统的能耗也是影响甲醇生产成本的关键因素 。精甲醇产品质量高，主要应用于下游精细化工领域，但作为甲醇制烯烃装置的原料，以精甲醇作为进料生产成本太高，相比之下，级甲醇生产工艺更加简单、易于操作，更加节能，生产成本更低。联泓化学通过 级甲醇的试生产及试用（与精甲醇掺配，部分替代精甲醇作为联泓新科 装置的原料），减少了大量蒸汽的使用，节能效果明显。在自动化换人、机械化减人的背景下，级甲醇生产工艺简单，系统自动化程度更高，可实现自控操作，对于配套 装置的甲醇装置而言，生产 级甲醇较生产精甲醇更具优势。参考文献 吕庆霖，王辉，孙青宝，等 级甲醇生产系统：陈翠翠，付玉川，赵勇精甲醇及 级甲醇精馏工艺技术进展 煤化工，（）：第 期胡彦文等：复合肥装置配料秤误差分析及选型探讨