3D技术在PTA粉料计量中的应用

3D技术在PTA粉料计量中的应用

马丽辉

(中国石化 洛阳分公司 ， 河南 洛阳471012)

摘要：粉料动态计量是物料计量中的一个难点。通过对粉料特性分析，开发采用3D技术，基本解决了粉料动态计量难题。

关键词：3D技术 ； PTA粉料 ； 料仓 ； 计量

中图分类号：TQ050.2文献标识码：B

收稿日期：2014-12-25

作者简介：马丽辉(1977-)，女，本科，从事计量管理工作，电话： 13838850962。

0前言

目前国内外新建的化工化纤装置和粉料生产量在不断增加，其中化纤PTA产量和供下游装置PTA输送量的计量方法五花八门，有输送罐称重法、汽车罐车称重法、人工敲仓法等，其中，以人工敲仓法居多。随着精细化管理的深入，针对化纤PTA大料仓的物位计量，研发出一种准确计量的方式迫在眉睫。随着科学技术的发展，将“3D”技术应用到粉料物位计量方法已成雏形。

1PTA粉料计量的现状

1.1　PTA粉料输送流程

化纤PTA粉料输送流程如图1所示。

图1　化纤PTA粉料输送流程

图1中，左侧框内为化工车间部分，采用称重法计量，经比对，检定数据准确、可靠。由化工车间输送至聚酯大料仓、聚酯大料仓至合纤分别采用固体物料微波质量流量计FIQ10201 、FIQ10203和 FIQ10202计量。右侧框内为聚酯料仓，自开工投产后曾使用过康泰斯公司设计系统配套的E+H厂家FTM31系列音叉料位计和西门子公司生产的LR460系列雷达液位计测量，不能达到有效计量效果，目前无其他计量手段，月底盘库采取敲仓法计量。

1.2　原有计量方式

化工车间生产的PTA采用流量计量法、输送罐称重法、汽车罐车称重法、人工敲仓法结合来计算；合纤公司PTA采用的是输送罐称重法、汽车罐车称重法结合来计量；聚酯生产部PTA消耗量采用流量计量法和人工敲仓法结合来计量。

1.3　计量过程中存在的问题

1.3.1料仓情况

料仓体形状：料仓体顶部属于拱形半圆顶盖，半圆的高度1.5 m；中间部分是圆柱形，高度15 m，圆柱半径15 m；下面部分是倒锥形，高度17 m，锥底半径15 m，锥底为出料口； 进料口在拱形弧顶偏离中心3.8 m的位置；料仓建筑结构为是水泥钢筋混合体建筑，沿料仓柱体部分外表面有螺旋式盘梯。三个料仓并行排列，自西向东分别为C仓、A仓和B仓。

1.3.2计量的难点

①粉末状粉仓内物料颗粒细小，进料时在仓内呈弥漫状态，细小粉尘飘扬，粉料堆密度小，有粉与无粉的边界趋于模糊，严重影响超声波或其他电磁波法的测量。②由于PTA粉料分子粒径、湿度等不同，导致其物理性质出现差异，尤其是位于不同高度位置的粉料堆密度相差很大，无法用一个统一的物理量去衡量，对连续动态测量造成很大影响。③料仓内不规则的出粉、加粉、塌粉等现象，产生的机械力破坏性大，可使仓内传感器或传感器的支架产生弯曲、变形，甚至损坏。④料仓内壁极易出现挂料现象，无法得出真实物位，并且物料呈现凹凸不平的不规则表面，很容易出现冒顶现象。

综上所述，料仓料位准确计量的难点在于：测量元件不能与物料直接接触；对物料物理特性不敏感(如黏度、密度、介电常数等)，减少物料物理特性带来的误差；对空间粉尘具有穿透力不影响测量；在料仓现有状况下易安装；不受外界环境因素干扰。通过调研和分析，认为“3D”料位计可以解决上述计量难点。

2“3D”料位计原理及特性

“3D”物位扫描仪是目前唯一能够不受材料影响、能够准确测量散装固体和粉末的设备。“3D”物位扫描仪采用了三个天线组成的阵列来发送低频脉冲，并接收储仓、仓库或容器内物料所发出的脉冲回声。借助三个天线，该设备不仅可以测量每个回声的时间、距离，而且还可以测量其方向。设备的数字信号处理器对接收的信号进行采样和分析，从而对存放的物料进行精确的物位、体积和质量测量，并通过“3D”方式呈现容器内产品的实际分布情况，将其显示出来或发送到远程计算机屏幕上。

它采用了TMR独特的防灰尘渗透技术，可以达到无与伦比的工艺测量和库存控制水平。这种独特的设备可以测量多种容器中存放的任何材料，其中包括储仓、大型露天仓库、散装固体储藏室、货堆和货栈。它可以描绘出堆积的负载情况以及在长时间存放过程中形成的其他不规则的形状，除了此类应用，还可以为原来无法解决的高难度应用问题提供完美精确的解决方案。

3“3D”系统开发应用

2013年5月份，经过实地考察，太原特玛茹电子科技有限公司，在激光“3D”技术应用方面国内领先，能以简洁的设备、便捷的操作，实现对PTA大料仓的准确计量，确定了开发技术方案。

根据现场条件：即粉尘大，是典型防爆环境；进料和出料时间上的不确定性，对准确测量的难度要求提高；高频雷达穿透力弱，粉尘吸收和反射信号，使信号衰减过快，难以准确地测量点，采用低频声波信号，从而能够穿透粉尘；采用喇叭式天线，增强信号的接受能力，并且匹配信号接收的阻抗；天线采用TFLON镀膜，增加防腐蚀性；采用金属外壳和24V直流低电压供电，采用“3D”表面成像技术，如实反应物料的表面形状。

3.1　硬件安装

在硬件安装中，为了保证仪器稳定运行，对仪器安装要求也相应提高。天线对地形成90°夹角，扫描仪的天线、喇叭伸出安装法兰，与料仓的顶部平面平行，并且保证扫描仪喇叭不受到任何横栏、框架或者法兰圆筒的包围或干扰；现场24 V直流电源供电，通讯是工业标准“485”总线模式，各仓的扫描仪采用菊花链方式连入控制室。为了匹配传输线阻抗，在最后一个扫描仪和控制器的“485”总线正负极连接一个120 Ω电阻。

3.2　软件安装与调试

根据测量要求，基于MODBus的OPC协议编制测量程序。据配置扫描仪相关参数，对系统进行设置和调试，同时对设备发回的波形进行分析。通过分析，消除错误回波，可得到真实料位的反射信号。同时把测量数据上传到DCS系统，便于局域网内数据共享。

4主要成效

4.1　可实时监控、方便查询

①系统和探测头测试调试成功，能够实时测量料仓内的料位高度、体积和质量。②“3D”扫描仪实时显示料仓内的料位情况。③“3D”测量数据采用历史数据方式记录，方便查询。实时测量数据通过OPC协议上传送到DCS控制系统，实时查询测量数据。④远程控制，方便系统远程调试和测试。

4.2　与敲仓数据实时比对

制定比对、标定方案。根据设计图纸，结合现场实测，确定每一个料仓的锥高、圆柱体高度、直径等实际参数等，正确输入系统中。为了验证“3D”扫描仪在实际工况下的效果，采取随机抽查的方式，进行“3D”扫描仪系统数据和敲仓数据实时比对，得出比对数据见表1。

表1　聚酯大料仓“3D”与敲仓数据比对表　　　　　　　　　　　　　m

与以往定量输送比对不同，此次比对聚酯大料仓分别在进料、出料、静止料位等实际工况下，标定比对的数字得出，此测量系统准确度等级大于0.5级。

4.3　与化工车间定量输送比对

利用化工批料仓AF201A/B和成品料仓AF202，通过新线或旧线分别定量向聚酯料仓的A、B、C仓输送PTA，要求专仓专送，每次定量输送。输送过程中，保持AF201A/B或AF202和被接受仓静止，分别在开始输送前、输送结束后、每隔相对应的时间对日料仓或成品料仓数据，以及接受仓的数据进行记录。在上、中、下仓等不同料位时进行质量和体积对比，验证其准确性和重复性。在连续的七次比对检定中(见表2)。由表2可以看出，误差在-0.38%～0.28%，符合计量要求，达到了科研开发效果，解决了聚酯PTA粉料的计量难题。

表2　比对检定表

注：起始时间为每天上午9：00开始。

5结论

利用“3D”技术，对聚酯三座大料仓逐一进行开发应用，对不规则的粉料进行“3D”测量，可准确计量出其体积，再输入平均密度，在电脑上合成大料仓PTA的质量，实现聚酯PTA大料仓物位的准确计量。准确度达到±0.5%，可逐步取消“敲仓计量”。