快速装车系统（精选8篇）
快速装车系统 篇1
0 引言
近几年来, 快速定量装车系统的应用越来越广泛。但使用过程中其供料机构上出现了诸多问题, 如随着筒仓需求的多样化, 其容积要求越来越大, 筒仓不仅要考虑风载、雪载、地面振动等外载荷因素, 其内载荷也要考虑, 同时支撑筒仓的钢结构支架应具有足够的强度和刚度。这方面的问题曾引发过多起筒仓壁破裂或崩塌事故, 如法国布雷市1997年因筒仓倒塌造成了死亡11人的事故[1], 瑞士在同年也发生了筒仓崩塌事故[2], 而我国也因为设计时载荷考虑不足产生过重大事故。1998年天水市一钢筒仓突然倒塌造成二死三伤, 损失130多万元[3,4]。因此, 对快速定量装车系统供料机构强度展开研究具有十分重要的现实意义[5]。
1 基本结构与分析模型
1.1 装车系统基本结构
快速定量装车系统的结构如图1所示。该系统主要由缓冲仓、给料闸门、定量仓、称重传感器、控制室、卸料闸门、卸料溜槽7部分组成。当列车进入装车系统站线, 操作员通过控制室起动整个系统。带式输送机从装车塔架顶部将煤块装入缓冲仓, 操作员通过设置于缓冲仓内的料位计观察料位情况, 防止煤量过多或过少, 确保储料仓总保持一定量的煤。然后储料仓给料闸门打开, 煤块进入定量仓, 当重量达到称重传感器设定值时给料闸门关闭。待车厢到位后, 定量仓下的卸料闸门打开, 通过定量仓下的卸料溜槽装入车厢内, 卸料完毕后闸门关闭, 自动进行第二次配料称重循环作业。
1.2 分析模型
文章将采用ANSYS Workbench软件对缓冲仓强度进行数值模拟, 建模时对结构进行了如下简化:不考虑焊逢对结构的影响, 将仓壁看作一个整体;忽略螺栓等连接件对结构的影响;忽略各结构件上的圆角、倒角等。以徐州五洋科技股份有限公司研制的快速装车系统为例进行研究。缓冲仓的主要参数如下:筒仓内径2 800 mm, 筒仓高为2 000 mm, 漏斗卸料口直径1 000 mm, 漏斗高为1 000 mm。模型及网格划分如图2所示。
1.3 边界条件
除结构的自重外, 缓冲仓所承受的荷载主要来自储料对缓冲仓仓壁的作用, 筒仓仓壁主要承受来自储料的水平压力和竖向摩擦力, 漏斗主要承受储料的重力作用。经过对缓冲仓进行静态分析, 为了考虑缓冲仓装卸料过程的动态作用对结构强度的影响, 在进行荷载计算时, 按照承载能力极限状态进行计算, 在静态压力的计算结果上乘以动态压力修正系数, 并考虑荷载的效应组合。将算得的荷载结果施加在仓壁的相应位置上。缓冲仓加载效果如图3所示。
缓冲仓通过环梁置于硐室内的支座上, 可以认为环梁底部是固支的, 因此将环梁底面设置为固定全约束, 限制其所有自由度。而在缓冲仓上端仅对其环向及径向的位移进行约束, 竖向位移保持自由。
2 数值模拟结果与分析
2.1 应力分布
完成荷载施加和边界条件的定义后, 即可利用Workbench软件对模型进行有限元分析。缓冲仓等效应力分布示意图如图4所示。
由图4可知, 缓冲仓的最大等效应力出现在竖仓部分下端靠近环梁处的内壁上, 最小应力位于筒仓顶端。总体来看, 竖仓部分上部的应力较小, 中部应力变化较为均匀, 底部应力相对较大, 而漏斗部分整体应力较大, 且上部应力大于下部, 这是因为漏斗部分几乎承受了缓冲仓内物料的所有重力荷载。通过对内外侧应力的对比可知, 相同位置内侧应力稍大于外侧, 且内侧仓壁靠近环梁的位置出现了明显的应力集中。
缓冲仓内壁沿母线方向的应力变化曲线如图5所示。图5 (a) 描述了竖仓内壁环梁以上部分的应力变化, 图5 (b) 描述了整个漏斗内壁沿母线的应力变化。
由图5 (a) 可知, 缓冲仓竖仓部分内壁的最大应力并不是位于竖仓最底部与环梁相接处, 而是出现在距离环梁大约0.18 m处, 应力曲线在该位置发生突变。这是由于竖仓底部的位移受到限制, 竖仓仓壁在此处偏离了竖直方向出现局部弯曲, 储料水平压力与竖向摩擦力的共同作用使该处仓壁出现了弯曲内力, 从而引起仓壁应力在该处出现急剧变化。漏斗强度计算的结果表明, 上部应力大于底部。而在图5 (b) 中, 漏斗顶部的应力很小, 在距离顶部约0.2 m处发生突变迅速增大并出现最大值。这是因为强度计算时, 没有考虑环梁对漏斗壁应力的影响。而环梁的存在对漏斗的上部进行了加固, 使该处仓壁的应力得到降低, 同时在环梁与漏斗壁的相接处由于环梁的作用, 限制了壁面的径向位移, 仓壁变形量在此发生突变, 在储料重力荷载的作用下该处出现应力集中。
2.2 应变分布
通过对缓冲仓等效应力的分析可知, 由于环梁限制了仓壁的变形, 使得环梁与仓壁的交接处出现了应力集中。下面将对缓冲仓的变形情况作进一步分析。缓冲仓变形分布示意图如图6所示。
由图6可知, 缓冲仓环梁部分的变形最小, 最大变形出现在竖仓部分底部靠近环梁处, 为一个环形带状区域。这是因为缓冲仓通过环梁固定于支座上, 环梁几乎不发生变形。总体看缓冲仓的变形分布规律与应力分布基本相同, 竖仓部分自上而下变形量逐渐增加, 漏斗部分整体变形较大。缓冲仓内壁沿母线方向的变形曲线如图7所示。
由图7 (a) 可知, 缓冲仓竖仓部分仓壁的变形主要表现为径向变形和轴向变形, 而切线方向几乎没有变形。其中, 轴向位移随着深度的增加逐渐降低, 且变化较为均匀, 这是因为缓冲仓竖仓部分底部固定, 而上部仅对其径向和环向位移进行约束, 轴向位移自由, 仓壁在储料摩擦力作用下承受轴向压力。仓壁的径向位移的变化较大, 其变化曲线与竖仓内壁的应力变化曲线非常接近, 径向位移先随着深度的增加逐渐变大, 在距离环梁约0.18 m处发生突变然后迅速减小。这是由于固定的环梁使竖仓底部的径向位移受到限制, 从而导致在接近环梁位置径向位移出现转折并迅速减小。应力与径向位移的最大值均出现在该转折处, 在荷载过大时容易发生局部屈曲, 导致刚度损失而引起过大的径向位移, 即“象腿”破坏现象。
由图7 (b) 可知, 漏斗顶部的变形很小, 与应力分布规律一致, 表明在环梁的作用下该区域的变形受到限制, 应力也相对较小。在距离顶部约0.2 m处曲线出现突变, 变形量迅速增大, 对比图5 (b) 中的应力曲线可知, 漏斗壁上的最大应力出现在距离顶部约为0.2 m位置, 即该变形量发生突变处, 表明变形量的突变导致该位置出现应力集中。在距离顶部约0.8 m处变形量达到最大值, 该位置与应力曲线中的第二个峰值相对应, 可见若不考虑环梁的作用造成的应力集中, 漏斗在储料重力荷载的作用下, 最大应力和最大变形均出现在漏斗的中上部。
3 结论
(1) 缓冲仓竖仓部分仓壁的变形主要表现为径向变形和轴向变形, 而切线方向几乎没有变形。仓壁的径向位移的变化较大, 在距离环梁约0.18 m处发生突变然后迅速减小, 从而引起仓壁应力在该处出现急剧变化。
(2) 由于环梁限制了仓壁的变形, 漏斗部分在距离顶部约0.2 m处曲线出现突变, 变形量迅速增大, 使得该位置出现了应力集中;在距离顶部约0.8 m处, 变形量达到最大值, 该位置为应力曲线的第二个峰值, 漏斗在储料重力荷载的作用下, 最大应力和最大变形均出现在漏斗的中上部。
摘要：为提高缓冲仓的安全性并延长其使用寿命, 采用Ansys workbench对缓冲仓的强度进行了数值模拟, 结果表明:缓冲仓竖仓部分仓壁的径向位移的变化较大, 在距离环梁约0.18 m处发生突变然后迅速减小, 从而引起仓壁应力在该处出现急剧变化。由于环梁限制了仓壁的变形, 漏斗部分在距离顶部约0.2 m处变形量出现突变, 迅速增大, 使得该位置出现了应力集中, 在距离顶部约0.8 m处, 变形量达到最大值, 最大应力和最大变形均出现在漏斗的中上部。分析的结果为缓冲仓的设计及实际应用提供了理论参考。
关键词：快速装车系统,缓冲仓,强度,数值模拟
参考文献
[1]刘冲, 齐玫, 臧梦, 等.煤矿列车装车过程自动化[J].煤矿自动化, 1999 (6) :27-29.
[2]Guy Mavrot, Isabelle Sochet, Patrice Baillly.Silo vulnerability:structural aspects[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2003 (16) :165-172.
[3]R.Kiseslbach.Bursting of a Silo[J].Engineering Failure Analysis, 1997 (4) :49-55.
[4]归衡石.钢筒仓倒塌事故和贮料流动影响[J].冶金矿设计与建设, 1999, 31 (5) :50-54.
[5]胡志鹏.立井箕斗定重装载系统筒仓结构研究[D].徐州:中国矿业大学, 2013.
基于PLC的配煤装车系统研究 篇2
关键词： PLC；配煤；装车系统
中图分类号：TD561 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0034-02
随着社会的不断发展，煤炭需求量也不断加大，煤矿企业每天输送的煤炭量至少达到几十万吨，由此可以看出，煤矿企业每天的装车和卸车以及配煤的任务非常繁重。由于配煤的重点是电液推杆下料速度和列车运行速度，装车的效率直接受到配煤结果的影响，是基于PLC的配煤装车系统的主要部分。该系统不仅使装车的速度得到了提高，而且增强了装车的可靠性。在确保完成全自动配煤作业的同时，节约了人力、物力、财力，使煤矿企业的配煤装车的效率和企业的经济效益得到进一步提高。
1 配煤装车系统的构成及控制原理
基于PLC的配煤装车系统主要由PLC控制装置和电液推杆、电子皮带秤和牵引绞车、配煤皮带机的输煤和装皮带机的给煤装置以及位置传感器和操作台等构成。其中，整个配煤装车系统的控制核心是PLC，牵引绞车由变频调速器控制，同时对煤车速度进行控制。煤通过装车皮带机输送到电液推杆中，并由皮带秤给出相应的电压与电流信号，随后煤仓中的煤通过配煤皮带机输送给装车皮带机，速度始终保持约定量。煤车的位置和数量信息由位置传感器发送到PLC，PLC对配煤皮带机的输煤和装皮带机的启停进行控制，牵引绞车速度的参考值由输煤量决定。具体工作原理如下图1所示：
由于系統控制主要是针对配煤比例和灰分控制来实现给煤量，因此，通过比例数学模型，将分灰仪和核子秤安装在皮带下，通过采样灰分值，结合各种煤比例参数和灰分参数以及装车经验，对各煤的流量设定值进行计算，并将煤的成分和灰分以及检验结果等信息输入到上位机，确定合理的配煤方案，并下达命令自动完成配煤。
2 基于PLC的配煤装车系统的设计
2.1 硬件设计
在基于PLC的配煤装车系统中，PLC控制系统主要采用SIMATIC S7200系列，对操作系统动力控制柜和操作台以及I/O模块进行控制，CPU则采用266XM。其中，动力控制柜由继电器和接触器、电流互感器和可编程控制器等组成，并与现场各设备连接；操作由显示装置和触摸屏、各按钮和指示灯以及报警器等组成，I/O模块则实现远程通信，确保各设备与PLC的数据交换和控制牵引绞车。即使在自动配煤控制失效的时候，依然能够顺利完成配煤。由于SIMATIC S7200系列的PLC能够实现复杂控制功能，并且性价比非常高，因此，被广泛应用于各行各业。在配煤装车系统中，不仅具有强大的计算和控制功能，而且还具有强大的数据传输等功能。系统中节点电器被PLC半导体元件所替代，对系统控制方式的改变只需要对内部控制程序进行修改就能实现。 I/O模块则利用EM223和EM235扩展模块来接收配煤现场开关信号与采集现场各检测元件，在传送至CPU的同时，还接受PLC发出的输出命令，对继电器和接触器以及各声光设备进行控制。其中，送入CPU的电压转换信号在经过A/D处理后输出电流信号对电频器进行控制。如下图2所示：
2.2 程序设计
基于PLC的配煤装车系统现场监控和通信协议将采用RS485接口USS通信协议实现，该通信协议组成工业监控网站的方式主要以主从方式为主，其最高波特率为188kb/s。通信数据报文格式如下：
STX为起始字符；LGE为报文长度；ADR为占地址码；BCC为校验字符。而初始化是程序中的主要任务，对装车的方式和列车的车厢数量与长度以及速度的初始值等进行设定，给出相应的控制变量。同时，为了调用各数据和程序模块的实现，主程序的调用由各装车过程都以子程序模块提供，并且PLC每隔2秒都会对车箱中的煤量进行计算，便于控制牵引绞车速度。由于上级设备和下级设备之间存在闭锁功能，启动命令只有通过集中启停程序，由下级设备启动向PLC发出，一旦发生故障或事故，系统将会自动停止设备，并发出报警信号。其中报警程序是在不影响装车煤量计算的情况下，避免装车皮带发生打滑和跑偏的现象，通过显示屏显示故障画面，PLC记录故障并进行处理和声光报警。
3 配煤装车系统的实现
基于PLC的配煤装车系统的应用，实现了配煤装车的自动控制。不仅实现了现场设备运行的控制、参数设定命令集、数据显示、故障报警、自诊断功能、保护设备等功能，而且保证配煤装车质量等。
随着社会的不断发展，煤炭需求量也不断加大，煤矿企业每天输送的煤炭量至少达到几十万吨，由此可以看出，煤矿企业每天的装车和卸车以及配煤的任务非常繁重。综上所述，基于PLC的配煤装车系统实现了配煤生产的自动化，根据实际的配煤装车工艺流程，选择科学合理的配煤装车方式，不仅实现了现场操作的监控，节省现场的接线，而且所采用控制器本身具有较强的计算功能，使编程和调试等方面更具灵活性，同时还能够将数据操作和通讯功能进行兼容，整个系统抗干扰性和抗震能力强、运行性能稳定，较易维护和检修，大大提高了配煤装车的质量。
参考文献
[1] 张攀峰，张开生，郭国法.基于PLC控制的皮带输送机系统的应用[J].微计算机信息，2005.
快速装车系统 篇3
随着年产量突破千万吨的大型煤矿不断涌现,越来越多的大型选矿厂引入了快速装车系统。快速装车系统是一种采用自动控制方式将煤炭等固体物料按照规定的重量连续地称量并将其装入到列车车厢中的高效装载系统[1,2],具有装车速度快、称量精度高、工作效率高等特点[3,4]。煤炭快速装车系统高效、稳定工作性能的实现得益于监测控制技术的应用,监测控制技术的逐渐成熟将会进一步促进快速装车系统的发展。因此,研究煤炭快速装车系统监测控制技术具有重要的意义。本文在介绍煤炭快速装车系统的基础上,从监测与控制技术入手,论述了储煤仓、输煤系统、称重系统、液压系统及车辆定位与识别系统等子系统的监测技术研究现状,并指出了煤炭快速装车系统监测控制技术的发展趋势。
1 煤炭快速装车系统
煤炭快速装车系统的工作流程如图1所示。储煤仓的煤炭通过给煤机输送到储煤仓下部的带式输送机,由带式输送机将煤炭灌入缓冲仓、定量仓,定量仓由称重传感器称重,当达到火车车皮所需的设定吨位后,装车刮板输送机开启向行进中的火车车厢装煤[1]。
随着科学技术的进步,大量新的监测手段和技术得到应用,特别是对装载精度和装车效率有很高要求的快速装车系统。快速装车系统主要采用传感器技术、PLC控制技术、组态软件技术、网络通信技术等高效、智能的监测控制技术进行系统的管理、监测和控制,其监控系统结构如图2所示。首先,通过PLC实现对储煤仓、输送带、输送电动机、定量仓、液压站等现场设备的信号采集;然后,再将采集的信号经逻辑控制、仪表通信等传递到组态监控软件系统;最后,通过组态软件实现人机交互,完成对给煤机、给料闸门、刮板输送机和液压站等子系统的控制及仪表显示等一系列功能[2]。
2 煤炭快速装车系统监测技术
煤炭快速装车系统的监测主要体现在对储煤仓、输煤系统、称重系统、液压系统等子系统的监测上。由于储煤仓、输送带存在较多危险性因素,所以,对其进行监测是研究的重点;同时,由于称重系统是保证装车质量与精度的重要环节,所以,也有很多学者对其做了大量研究。
2.1 储煤仓监测技术
储煤仓的主要作用是储存、保护煤炭,减小煤炭在储存和运输过程中对环境造成的二次影响。另外,煤炭长期存放将会使仓内温度升高,存在自燃的危险。与此同时,仓内煤易散发可燃气体,当这些可燃气体温度、浓度超过一定数值后也会造成自燃甚至爆炸等危险。因此,采用大型筒仓方式储煤,首先要建立一个完善的监测体系来保证储煤的安全。目前,对储煤仓的研究主要以仓内温度、可燃与有毒气体浓度、烟雾浓度、氧浓度及筒仓料位为监测对象,加强安全保护。
(1)温度监测。主要采用红外线测温仪、热电阻、智能温度传感器(如DS18B20)、分布式光纤传感器和连续热电偶等进行温度监测,几种温度监测方法的性能比较见表1[3]。红外测温仪用于定期对煤仓底部和仓壁进行温度测量,发现温度异常时进行分析判断,这种方法效率比较低下、不能实时监测,其他几种测温方法都可实现实时监测。例如,吕崇晓在参考文献[3]中利用不同导体对温度变化的导电系数不同研究了热电阻实时测温法,该方法具有精度高、不易受影响等特点;白永强[4]研究了分布式光纤测温法,同样解决了实时测温的问题,但光纤价格较贵,难以成为测温系统的首选;田金云[5]利用DS18B20数字温度传感器实现了-10~80℃范围内的温度测量,数据传输距离长达30m,性能稳定、工作可靠;黄河[6]基于热点效应原理研究了连续热电偶实时监测方法,实现了储煤仓堆煤内部的温度监测,反映了内部煤层各处最高温度以及最高温度升温速率的实时状况,较为准确、全面。
(2)气体和烟雾监测。对于可燃气体和烟雾的监测,严威[7]指出在储煤仓顶部和抽尘风管处都设置监测CH4浓度、CO浓度的传感器和烟雾检测器,当CH4浓度或CO浓度达到危险值时联锁充入氮气稀释浓度,进行惰性保护。对可燃气体的监测,许宁等[8]还研究了用红外光谱分析的监测方法。为保证操作及检修人员工作区域的安全性,方啸[9]指出还要在储煤仓顶部通廊和底部通廊处各设置若干氧浓度检测器,以保证工作人员的安全。此外,刘会敏等[10]在研究储煤仓储煤保护时设置了消防设备:当CO浓度上升到危险值且储煤温度在70~100℃时,应紧急出煤,并在储煤仓出煤口对煤流喷水降温,确保输送带及其他设备的安全;还要对储煤仓顶部的可燃气体喷撒水雾以稀释其浓度,降低危险。
(3)料位监测。为了防止满仓或者空仓,保证筒仓中储煤的合理调配和连续装载,储煤仓中还要配置料位计进行煤位监测。目前最常见的料位计主要有重锤式、超声波式、核辐射式、电容式、雷达式等几种。例如,王央波[11]改进重锤式料位计,减小了重锤质量,解决了系统阻力大等问题;郎永平[12]研究了超声波式料位计,安装使用方便;邓勇刚[13]研究了NAKe-系列无放射源核子料位计,通过检测天然γ射线的变化来判断物料的位置,寿命长、抗粉尘效果明显;苏东海[14]针对一般料位计误报虚假信号问题,研究了电容式料位计,克服了空仓误报信号的问题,运行稳定;为提高料位测量精度,曾志伟等[15]研究了雷达式料位计,误差小、连续性较好。几种料位监测方式的性能比较见表2[16]。此外,为了保证筒仓内储煤高度的绝对安全可靠,防止出现冒仓现象,一些学者也在储煤仓顶部设置了高料位辅助开关。例如,孙立伟[17]研究了高料位倾斜式水银开关,为储煤仓安全设置了第2道保护措施。
2.2 输煤系统监测技术
输送机的主要作用是利用输送带将储煤仓里的煤炭输送到缓冲仓,其核心部位是输送带,它直接决定了装车的速度和连续性,因此,要对输送带和输送电动机进行监测保护。
(1)输送带监测。最常见的输送带保护措施主要是利用跑偏传感器、撕裂传感器、拉绳传感器及温度传感器等对其运行状况进行实时监测,以保障其安全运行。例如,吴丽等[18]指出,当输送带跑偏20°时报警并自动停车,并采用速度打滑检测器YHSJ-I进行打滑监测,提高了输送系统的安全性和可靠性;赵博[19]采用了GSH4转速传感器和GEJ30跑偏传感器分别对输送带的速度和跑偏角度进行监测,并采用了KH105/12拉绳传感器对带式输送机进行拉绳监测,安装简单、精度高。
(2)输送电动机监测。除了对输送带的监测保护外,还要对输送电动机进行温度监测,以防止温度过高带来的安全隐患。对输送电动机的监测主要是监测其转子、绕组、轴承等部件的温度和振动情况。目前,利用智能多路巡检仪XMD5000对温度检测点进行温度采样,是一种比较经济实用的监测方法。
2.3 称重系统监测技术
称重系统用于对煤炭快速、准确的称量。最常见的是定量仓称重系统,其工作原理:称重料斗坐落在4个称重传感器上,4个称重传感器按90°均匀安装在料斗的4个支撑腿上。称重传感器是整个称重系统的核心部件之一,输出与料斗内的煤炭质量成线性比例的电信号。称重系统直接决定了煤炭装车的精度,因此,有大量文献对其进行研究。例如,张泽江[20]采用ARCHTECH 80210 125K型称重传感器对定量仓进行称重,该传感器具有自我纠偏的功能,提高了称重的精度;李茂刚等[21]利用4个RaceLake负载传感器称重的同时,又对缓冲仓设置了4个料位传感器,用来监测筒仓内物料的高度,防止满仓、欠仓,保证正常装车时有足够的煤量。
需要指出的是,除了上述基于定量仓的称重方式外,还有基于胶带轮、轨道衡等的称重方法。例如,张荣轩[22]针对目前大多数老矿区原有储煤仓因结构和空间限制而无法安装大型计量控制设备的现状,提出了基于定量控制胶带称重式给料机的快速装车系统,得到了应用和推广,实现了装车效率、经济效益和环境治理三提高;孙丙科等[23]研究了基于轨道衡的称重方法,根据轨道衡质量的反馈信息来调节给煤量,以达到自动装车的目的,这种称重方式同样具有很好的称重效果。
2.4 车辆定位与识别系统监测技术
(1)车辆定位监测。煤炭快速装车是一个动态的装载过程,当列车进入装车站之后,如何准确无误地将各节车厢定位在给料漏斗下十分重要。例如,周谷鸣等[24]以山东高庄煤矿装车系统为背景,采用10对对射式光电传感器监测车厢行进位置:当火车车厢经过发射器和接收器之间且阻断光线时,光电开关就产生0和1的信号,利用该信号来控制牵引机车的停止,实现了对煤炭装车过程中车厢位置的实时定位;王莉[25]研究了将超声波位置传感器安装在列车轨道上对火车进行定位,同样达到了很好的定位效果。
(2)车辆识别监测。由于火车车辆存在多种型号,其运输量也不尽相同。为了让每节车厢都实现最大的安全装载量,快速装车系统通常要配备车辆识别装置,用来识别不同的车皮型号,以调整装载量。目前,最常用的是基于微波射频识别技术的车辆自动识别系统。例如,郭欣[26]将无线射频技术引入到运输管理中,设计了车辆自动识别和装车系统,实现了运输车辆的监测管理、自动识别、连续装车等,缩短了车辆作业时间,提高了煤炭的运输效率和安全度;王正书等[27]又将雷达扫描技术和车辆识别系统结合应用到安太堡快速装车系统中,有效地防止了车皮偏载偏重、超亏吨位,大大减少了企业的损失。
2.5 液压系统监测技术
液压系统由液压泵站、控制阀、蓄能器、液压油缸、加热制冷装置组成。液压系统被誉为快速装车站的“四肢和肌肉”,它的主要作用是为缓冲仓闸门、定量仓闸门、装车刮板输送机的垂直提升和横向移动等部件提供稳定的液压力。液压系统的好坏将影响到装载效率和装载精度的高低,进而影响整个装车效率。液压站的油温、油位的过高或过低都会直接影响液压站的正常运行,对装车的精确度和安全生产带来隐患。因此,有很多学者对其进行了研究。例如,刘永光[28]利用精密的温度变送器进行温度数据采集,进行温度监测;宋志光[29]指出可用油位开关进行低油位保护,将油位开关放在工作油位中部进行油位监测。
3 煤炭快速装车系统智能控制技术
煤炭快速装车系统是一种非线性、强耦合、强干扰的系统,采用传统的PID控制势必造成参数设计困难、系统不稳定等问题。因此,大量的智能控制技术被应用到快速装车系统之中,大大提高了快速装车系统的自动化程度。目前,在快速装车系统中应用较多的智能控制技术主要有模糊控制、神经网络控制和专家控制等。
3.1 模糊控制技术
模糊控制理论主要用于解决工程中难以建立精确数学模型的非线性问题。模糊控制规则是模糊控制的核心,它是根据经验和知觉推理,将人的大量成功的控制策略经整理、加工提炼后,用输入、输出的模糊状态加以描述,就得到了控制规则[30]。模糊控制具有动态响应速度快、鲁棒性强等特点[31]。
模糊控制理论经过半个多世纪的发展,逐渐成熟、稳定,在快速装车系统中得到了大量的应用。例如,针对加料阀门关闭时机不易选择,操作人员难以把握,存在装车精度与装车效率矛盾的问题,李佛垚等[32]提出了运用模糊控制技术控制定量仓加料闸门的方法:工控机根据称重传感器采集的信号,经控制规则处理、比较,判断下料的速度和空间,进而控制加料闸门的开度,最终实现了在满足精度要求下的最快装车,系统结构如图3所示。同样地,张世懂等[33]分析现有装车过程中刮板输送机升降的控制方式,利用模糊控制理论的优势,提出了采用PLC和模糊控制实现刮板输送机升降控制的理论及方式,满足了装车系统的均匀化、高效化,提高了装车的智能化程度,得到了实际应用。
3.2 神经网络控制技术
神经网络控制技术是20世纪80年代将人工神经网络与控制理论相结合而发展起来的自动控制技术,它经历了缓慢的发展过程之后现已慢慢成熟。神经网络以其非线性、自适应和自学习功能等优势在自动控制领域得到了较为广泛的应用。
随着智能控制技术的发展,神经网络控制技术同样被应用到快速装车系统中。例如,高雄雄[34]指出,带式输送机系统具有明显的纯滞性、非线性、参数时变特性,而神经网络控制算法具有很强的自主学习能力、逼近任意非线性表达能力和概括推广能力,能够很好地解决这一问题,故可将神经网络控制技术应用到带式输送机上。神经网络控制器结构如图4所示。由图4可知,神经网络控制器由常规的PID控制器和神经网络2个部分组成,其中常规PID控制器能直接根据输送机输出与预设值之间的误差进行闭环控制,并且控制的3个控制参数可根据输送机系统的运行状况进行在线调整;同时,神经网络也会不断地调节、修正PID控制器的参数,从而达到精确控制输送机转速的效果;董修明等[35]针对装车系统中定量仓易受物料装载冲击噪声的影响和出现单个传感器故障时严重影响系统运行等问题,设计了小波变换和径向基神经网络结合的算法,对称量信号进行有效的去噪,并给出有效值代替故障传感器信号,保障了系统的正常称量。
3.3 专家控制技术
专家控制的实质是使系统的构造和运行都基于控制对象及控制规律的各种专家知识,而且要以智能控制的方式来利用这些知识,使得受控系统尽可能地优化和实用化。知识库是专家控制的核心,知识库中包含了该控制系统的结构、性能、工作原理等一系列事实和大量规则,专家水平的知识和经验及专家控制所需要的一般常识性知识。并且,专家控制系统有自动归纳新知识和剔除旧知识的自学能力。
专家控制技术作为智能控制技术的一个重要分支,在快速装车也有相应的应用。例如,为了实现输送带启动张紧力和正常运行张紧力之间的安全、平稳、连续的变换,褚衍坤等[36]在常规PID控制算法基础之上提出来了专家PID控制策略:专家控制过程中是根据拉力传感器输入值来调节不同阶段液压系统的压力大小,进而精确控制了输送带的张力,控制结构如图5所示。既实现了在较短时间内完成输送带从停机到启动的过程,而且能快速平稳地实现启动时张紧力的连续切换,响应速度快;张愉[37]以给煤机为研究对象,分析其给煤特性,设计了一种基于给煤量反馈的变频控制系统,采用专家算法实现了给煤量的精确调节。
4 结论与展望
近年来,煤炭快速装车系统监测与控制技术取得了长足的发展,现已达到单车装载速度不超过40s、装载精度为±0.05%,极大地提高了装车效率。在诸多监测环节中,储煤仓以存在较多危险因素而研究最多。在智能控制系统上,模糊控制以适应性好、鲁棒性较强等特点在快速装车系统中的应用最为广泛,如给料闸门的开闭、装车刮板输送机的升降、给煤机的给煤控制等都较多地应用了模糊控制技术。然而,从监测控制技术的角度来看,仍有很多问题需要解决,比如传感器的布置、数据的采集、信号在传输过程中易受干扰及监测手段的单一性等。由于研究煤炭快速装车监测控制技术就是实现煤炭装载的高效与智能化,因此,从这个角度来看,未来的发展趋势和研究重点将主要集中在以下几个方向:
(1)融合监测技术。针对某些高危对象,从产生机理出发,将多种监测技术融合在一起形成融合监测方法,并且在一定规则下将采集的信号综合处理和协调优化,以获得被测对象的一致性解释或描述。这样,监测的精度、可信度均会得到大幅度提高。
(2)无线传感器监测技术。现有装车系统主要采用有线监测方法,而无线传感器监测方法相比有线监测方法,具有组网方便、简单易行的优点,同时还可以实现远程控制。因此,无线传感器与智能技术相结合发展,向网络化方向发展,也是未来的发展方向。
(3)智能混合控制技术。快速装车系统现有智能控制技术中以模糊控制应用最多,要继续发挥模糊控制的优势,兼以神经网络控制、专家控制等为辅,采取并行控制和知识共享的策略,形成智能混合控制技术,并融合简洁有效的优化算法,从而实现更加高效、智能的控制。
摘要：在简单介绍煤炭快速装车系统的基础上,从其监测与控制技术入手,着重论述了储煤仓、输煤系统、称重系统、液压系统及车辆定位与识别系统等子系统的监测技术研究现状,总结了模糊控制、神经网络控制和专家控制等智能控制技术在快速装车系统中的应用现状,指出了煤炭快速装车系统监测控制技术的发展趋势。
快速装车系统 篇4
1 原装车系统存在的问题
田庄选煤厂原装车系统为移动式胶带输送机装车系统。该系统主要由一台固定式胶带输送机和一台移动式胶带输送机组成。装车时通过调度绞车将车皮运至装车点下称量轨道衡上, 需要装几号仓就由岗位职工通过操作放仓按钮将精煤放至仓下固定式胶带输送机, 再通过溜槽转载至移动式胶带输送机, 进行多点装车, 如此反复直到整列车装完为止。整个装车过程需要放仓、操作胶带输送机、移动装车、绞车操作及装车计量等工序, 最少需要3人密切配合, 一般装完一节车皮大约需7 min。装车过程中由于人为因素, 往往会出现偏装偏载现象, 这种现象发生时, 需要进行人工平车。装车计量是人工截取, 人为干扰因素比较多, 经常会出现亏涨吨现象, 涨吨会造成铁路罚款, 亏吨会导致客户商务纠纷。这样的装车速度严重影响了田庄选煤厂的小时处理量, 偏装偏载及亏涨吨现象大大增加了选煤生产成本核算费用。
2 精确快速定量装车系统的结构和性能
2.1 精确快速定量装车系统的技术性能
缓冲仓容量:200 t;
称重仓容量:80 t;
装车能力:5 400 t/h;
称重精度:±0.1%;
装车精度:单车装车精度±0.1%, 整列车装车精度±0.05%。
2.2 精确快速定量装车系统原理及结构
精确快速定量装车站系统是将煤炭、矿石、粮食等散装物料快速精确装入火车、汽车中的大型计量装车系统, 它以大承载剪切梁传感器为计量基础, 通过控制称量仓入料闸门的开闭来控制物料称量精度。该系统通过对闸门的控制, 实现对连续动态行进中的列车一次或两次快速精确装载, 将物料按规定的重量连续自动称量并装入车辆系统中。装车系统主要包括装车全过程的各种运转、控制、保护、监测和显示设备装置, 是目前最为先进的煤炭及大宗物料装车系统。
装车系统主要由大型钢结构、称量系统、液压系统、电控系统、PLC控制系统、车辆自动识别系统等组成。
2.3 精确快速定量装车系统的主要系统
2.3.1 大型钢结构
精确快速定量装车站系统钢塔架结构复杂, 工作荷载大, 工作环境条件严酷, 是一套大型重载钢结构装车塔架, 是装车系统中的重要部分。钢结构采用优质钢材, 低温脆性满足低温环境要求。钢结构塔架由钢结构塔架本体、称量仓、缓冲仓等组成。
(1) 钢结构本体。钢结构塔架本体主要承载缓冲仓、称量仓、闸门、可伸缩滑移溜槽及其他设备的荷载, 缓冲仓及称量仓所装煤量的活动荷载, 同时, 还要承受地震荷载、风荷载、雪荷载等。
(2) 缓冲仓。缓冲仓容重为190 t, 体积为185 m3, 为圆柱—圆锥形结构, 仓下设四开闸门, 缓冲仓内料位用四个连续料位传感器与一个FT-11表实时显示, 以保证装车过程的连续性。
(3) 称量仓。称量仓用于精确计量, 仓容重为80 t, 体积为80 m3, 圆柱—圆锥形结构;仓下设一个排料口, 尺寸为1 525×1 525 mm, 用法兰与卸料闸门连接。仓体顶部设有两个排气通道, 以减缓物料快速进入时所产生的气流冲击。称量仓通过四个称量传感器与钢结构接触连接, 称量仓、称量传感器、钢结构之间均采用螺栓连接, 既保证了稳固性, 还可提高读数的精度。
(4) 装车溜槽。装车溜槽可以滑移伸缩, 其截面为1 940×2 340 mm的长方形。可适应C61、C62、C64、C70、C80、C100等系列车辆, 溜槽还包括一个平整段, 用以调整煤炭的装车高度, 并完成整形。
2.3.2 称重系统
称重系统包括4个Race Lake负载传感器、1个Race Lake 920i显示器和4个紧凑型传感器固定支座。
2.3.3 砝码标定系统
称重系统配置砝码校正装置, 配备10个重1t的标定砝码, 全液压提升, 以完成整个称重系统的标定。标定砝码经省级技术监督部门检定合格, 附检定合格证书。砝码的作用是定期校准称量仓的称重精度, 一般每半年校准一次。
2.3.4 液压系统
液压系统采用双泵双电机为各种闸门提供动力, 其中液压泵、电机设置备用泵、备用电机各一台, 还包括加热及冷却装置。当发生临时断电和液压泵失效时, 蓄能器的容量仍可完成一个工作循环, 使系统工作平稳、动作精确灵敏、安全可靠的运转。液压系统包括液压泵站, 控制阀站及蓄能器站, 液压油缸, 蓄能装置, 加热制冷装置几部分。
2.3.5 自动控制系统
自动控制系统对装车过程中所有设备进行检测和自动控制, 从给煤系统到装车站系统的所有设备、保护装置及检测装置等均纳入装车站的控制及检测范围。根据装车工艺及控制要求, 控制系统采用集中控制方式, 分为给煤控制、称重控制和装车控制三部分。在三个部分的控制中, 各个环节都在PLC的监控之下。控制方式有手动和半自动两种模式, 并可按需转换, 过程监控。
2.3.6 车辆识别系统
铁路车辆识别系统采用了微波射频技术、计算机技术和网络技术, 能够将采集到的车号数据进行处理后通过计算机网络传送到运输管理信息中心。该系统主要由电子标签、射频读出装置、编程器、车站控制与车号处理系统 (CPS) 和列检复示系统五部分组成。
3 精确快速定量装车系统的应用及改进
3.1 加装风力吹仓系统
该装车系统在田庄选煤厂投入使用后, 由于所装物料为炼焦精煤而不是设计中的动力煤, 炼焦精煤中浮选精煤粒度小, 水分相对较高, 造成了精煤装车时缓冲仓、称量仓不同程度的粘煤, 降低了装车速度。
为解决缓冲仓堵煤问题, 在快速装车站的适当位置安装了3 m3风包, 铺设风管至缓冲仓、称量仓, 实现“风力吹仓”。并将“风力吹仓”与缓冲仓、称量仓闸板放料操作联锁, 实现放料时自动风力吹仓, 装车过程无需人工参与捅仓操作, 减轻了职工的劳动强度, 实现了连续放料, 连续装车, 提高了装车效率。改造方式如图1所示。
3.2 解决复杂车型的装车问题
3.2.1 改进车辆基础信息录入内容
田庄选煤厂精煤车皮主要分为铁路用车和集团内部自备车, 同一列次车型混杂。如按照厂家设计车型进行装载, 造成部分路用车、集团内部自备车信息无法准确扫描, 所以必须改进车型基础信息录入系统。
更改后的车辆基础信息录入内容包括:列车序列号、车箱序号、车号、自重信息、标重信息。要求快装站操作人员按照车型、车号信息不同录入单个车皮标重信息, 改进后的车辆基础信息录入功能更加灵活, 完全满足田庄选煤厂复杂车型车辆信息录入、装载需要。
3.2.2 加设溜槽保护装置
由于各车皮高度不同, 因此装载时溜槽需适时调节其高度。安装调试前期, 操作人员不仅需观察称量仓内煤量、煤质变化、每节车皮装载位置、绞车运行情况, 而且要控制好溜槽高度, 过高或过低都会造成车皮前后偏装。运行前期, 由于操作人员提升溜槽延时, 频繁发生撞溜槽事故, 严重时液压缸下段溜槽四周高强螺栓全部切断, 溜槽下半部整个脱离。
为切实解决这一问题, 考虑安装防撞溜槽保护装置。根据现场情况, 防撞保护装置计划安装在溜槽右侧。由于集控室位于18、19道装车作业点两个伸缩溜槽的中间, 根据现场实际, 18道防撞保护装置安装在溜槽右前方, 19道安装在溜槽右后方, 便于操作人员在集控室内清晰地观察。防撞保护装置采用拆除的溜槽堵塞检测装置改装而成, 将内部行程开关的检测联杆由原来的50 mm延长到300 mm。装载车皮车帮与防撞保护联杆接触时, 行程开关动作信号传入PLC内部, 程序自动控制伸缩溜槽液压缸动作, 溜槽向上提升, 防止溜槽与车帮碰撞。安装使用现场如图2所示。
改造后近1 a的使用情况表明, 防撞溜槽保护装置起到了很好地保护伸缩溜槽的作用, 再未发生撞落溜槽影响生产的事故。
3.2.3 自主设计、加装平煤器
由于田庄选煤厂精煤装载后, 车皮内部精煤高度超出车帮较多, 每车都需要二次平整, 溜槽平整段使用频率高。装载后的车皮在绞车的推动下溜槽逆向平整的阻力加大, 平整段耐磨胶皮有时不到一天就出现变形、脱落的情况, 伸缩溜槽也不同程度地出现一侧倾斜, 需频繁提升溜槽调节液压缸比例阀, 纠正溜槽位置。另外, 溜槽在平整到接近下一车位置时, 需人工提前将其提起, 以防止溜槽撞到车帮, 这就造成每车右侧存在一个溜槽的位置不能进行平整, 从外观上看, 车皮内右侧高出左侧一个溜槽位置的煤, 不仅影响美观, 而且多次受到铁路部门“偏载”的质疑。
由于平整段安装在伸缩溜槽下部, 两段固定在一起, 因此平整段出现变形、脱落时直接影响装车过程中伸缩溜槽的行程控制, 进而影响装车效率, 加大更换维护工作量。另外, 平整后的精煤车皮达不到车皮平整要求, 高出车帮的物料存在高速行车时撒落的危险, 直接影响铁路行车安全。
为解决此难题, 选煤厂自行设计了具有固定式平整效果的平煤器 (见图3) , 采用直径165mm钢管与12 mm厚的钢板焊接, 安装在装车点前方钢梁两侧, 实现了装载后的车皮自动平整。改进后的平煤器安装牢固, 高度适宜, 平整效果好, 受到操作、维护人员的好评。
4 实施效果
实施改进措施后, 精确快速定量装车站在田庄选煤厂精煤装车系统的装车时间大幅度减少, 快速装车站最初投入使用时19道单车用时为:
改造后19道单车用时为:
整列车节约时间: (7.26 min-5 min) ×25车≈57 min
通过以上数据对比, 快速定量装车站在田庄选煤厂改造后比改造前单车快2 min, 每列车节约近57 min, 达到了快速定量装车站的设计要求。
5结语
快速装车系统 篇5
随着国民经济的发展, 为了减少工人劳动强度, 减少环境污染, 提高储运管理作业的效率和石油化工企业的整体效益, 以适应经济发展的需求。需装车转运的生产过程中的中间物料和成品物料如何快速高效的完成装车、降低人工成本、实现装车自动化日益显得十分迫切。石油化工企业迫切需求自动化程度高、安全可靠性好、便于操作维护的装车自动化系统, 借以实现生产及管理自动化、信息数据网络化、控制程序化, 并使计量达到商务交接标准。
本论文主要论述如何运用定量装车控制仪及PLC控制系统完成对整个火车栈桥装车系统的控制。
二、定量装车系统
定量装车系统由PC机、定量装车控制仪、通讯模块等组成, 由一台用于“集中管理”的PC机作为上位机, 安装在装车栈桥现场的若干台用于“分散控制”的定量装车控制仪作为下位机。下位机与上位机之间通过RS485通讯网络及相应的通讯协议来达到数据采集、装车管理和流程控制的功能。一台PC机能管理多台定量装车控制仪, PC机与局域网相连, 实现数据共享。在PC机上可以实现下位机与上位机之间通过RS485通讯网络及相应的通讯协议来达到数据采集、装车管理和流程控制的功能。
三、PLC控制系统在装车系统中的应用
PLC系统即逻辑可编程控制系统, 在最初主要应用于电力行业, 随着国际上各PLC系统产品生产大公司对其功能的完善, 其控制功能越来越强大, 在化工过程控制中得到了广泛的应用。化工产品在铁路发运过程中, 根据铁路安全管理规定, 对每具槽车均有安全充装范围的要求, 不允许超装也不允许欠装。因此在手工装车时代, 充装工人凭眼睛和经验判断充装量, 经常存在较大误差, 造成欠装和超装, 增加了二次装车或卸车的工作量, 同时增加了安全风险。为了降低工人的劳动强度及接触有毒化学品的安全风险, 大量新建的化工产品栈桥均上了控制系统, 实现了定量装车控制。现在用的定量装车控制系统大部分采用PLC系统+定量装车控制仪实现定量装车控制系统。应用定量装车控制仪对装车过程实现控制。应用PLC控制系统对整个站场储罐的液位、温度、压力及可燃/有毒气体浓度的检测, 对所有设备运行参数的检测与装车控制集中在一个系统内实现。
四、装车控制过程
火车槽车在铁路上与装车鹤位对应停好后, 装车工人先在现场手动操作将鹤管对入槽车充装口, 该鹤管内部包含液相管及气相回流管各一根。由于火车槽车的型号是固定的, 每个槽车的充装量也是一定的, 装车工人根据槽车的型号对每个鹤位在定量装车控制仪中设定好本次装运累计量的设定值, 对每个鹤位的上次充装累计量数据复位清零, 确认无误后启动装车泵、打开流量计后的电动球阀, 开始装车。现场定量装车控制仪将流量信号通过RS485通讯实时远程至上位机PLC, 上位机画面上将显示瞬时流量及累积流量。当定量装车控制仪中显示的累积流量与设定值相同时, 充装线上的电动球阀连锁关闭, 该槽车完成装车过程。当所有鹤位的累积量均达到设定值停止装车时, 关闭装车泵, 停止装车。每个鹤位上均安装有液位开关, 当液位到达液位开关所安装的位置时, 液位开关动作, 关闭流量计后的电动球阀, 防止累积量设定错误或流量计计量有误时造成溢出罐车的安全事故。
五、装车系统的安全设计
除了以上装车控制过程中所用到的必要操作及联锁外, 对于装车过程中的安全设计也不容忽视。设计中在每个装车鹤位上均安装有溢油保护器及静电接地夹, 溢油保护器和静电接地夹的状态引入定量装车控制仪, 当这两个信号任意一个出现异常状况时联锁关电动球阀, 停止装车。另外, 充装的介质多为易燃易爆或者有毒介质, 火车装车栈桥周围设置有可燃/有毒气体探测器并带有就地声光报警功能, 对泄漏在空气中的可燃/有毒气体含量进行检测, 检测信号远传引入上位机PLC控制系统中监测。当发生泄漏探测器发出声光报警, PLC系统将报警信号远传至现场定量装车控制仪, 现场定量装车控制仪联锁关闭电动球阀停止装车。
六、结论
以上内容是我对危化品火车装车栈桥定量装车系统的设计方案, 希望能为进行相关设计的工程人员以及设计方案提供有益的帮助。
摘要：本论文主要论述了危化品火车装车栈桥定量装车系统的设计, 定量装车控制仪及PLC控制系统在定量装车系统设计中的应用。
关键词：定量装车系统,定量装车控制仪,PLC
参考文献
[1]定量装车系统在沥青火车栈桥的应用。燕莎, 张强。《电子设计工程》。2012
轻质油品铁路装车系统的改造 篇6
本文针对某企业轻质油品铁路装车系统整改过程中容易忽视的几个问题, 如铁路栈台超限、装车过程流速控制及密封措施完善等, 进行了危害性分析, 以期完善整改方案, 彻底消除安全隐患。
1 安全间距
近年来, 为了提高铁路运输效率, 铁路罐车容量不断增加, 罐车体积越来越大, 如GQ70型罐车, 与G60型罐车相比, 单车载重平均提高了12t, 按每天1列 (50节) 计算, 每年增加运力630 kt, 相当于每年减少200多辆罐车的使用, 运输效率明显提高。为避免出现安全问题, 企业在制定改造方案时, 要注意两个方面的问题。
1.1 罐车与栈台边缘的距离
以GQ70型罐车为例, 与G60型罐车相比, 宽度 (含梯子) 增加了478 mm。对于一些建设时间较早、管线设置不甚合理的栈台, 这一问题更加突出。某企业在引入GQ70型罐车时, 由于没有考虑到距离问题, 曾出现过罐车刮断管线的事故。
SH/T 3017—2000《石油化工液体物料铁路装卸车设施设计规范》[1]对液体物料铁路装卸线中心线与装卸栈桥边缘的距离提出了要求, 但从企业现场情况看, 铁路栈台的油品管道、蒸汽管线及轻落跳板等超出铁路限界现象较多, 整改时需特别注意。
1.2 装车鹤管间距
装车过程中, 如果因鹤管和罐车的对位不正确而出现鹤管斜拉、错位现象时, 对确保装车过程中的密封效果、安全流速的控制和装车液位的监测检测等影响较大, 隐患较多, 企业在设计改造时要对此给予充分的重视。
GQ70型罐车与G60型罐车相比, 单节车长增加了128 mm。为确保装车过程中鹤管正确对位, 要对现有栈台鹤管布局的间距重新计算, 特别是采用固定小鹤管鹤位的栈台, 其间距更要仔细核算, 以免影响装车效率和装车作业安全。
2 装车流速
装车流速的控制要考虑两方面的要求:一是铁路部门为保证车辆使用效率而提出的装车作业时间的要求;二是装车过程中安全流速的要求。企业在制定方案时, 应综合考虑, 不能顾此失彼。
2.1 装车作业
2.1.1 装车泵流量
按照铁路部门的规定, 每列车装车时间不超过3 h。以一列50节的G60型罐车为例, 装满系数取0.92, 则装车泵流量应不小于920 m3/h。
从笔者调研的实际情况看, 目前铁路装运能力普遍不足, 导致铁路装车过程中延时现象较多, 企业设计改造时应结合实际情况进行核算, 以确保满足铁路部门的要求。
2.1.2 经济流速
不同介质都有其经济流速, 但企业在实际运行过程中很难达到经济流速的要求。如某企业装车泵能力为360 m3/h, 实际测算管线内液体流速为0.28 m/s, 泵出口和管线内液体流速均不符合经济流速的要求[2,3]。
2.1.3 运行方式
目前, 部分企业在装车作业中为控制装车液位和流速等, 需要人工频繁启动装车泵和调整阀门开度, 运行方案非常不合理。
不同批次的装车流量不同, 同一批次在不同时期的装车流量也不同, 泵的运行效率也将随之变化。根据管道和泵的特性曲线, 通过改变泵的出口阀开度等改变流量的办法会带来较大的能量损失, 为兼顾装车时间和提高泵运行效率, 选择机泵变频技术是当前较为可行的方法之一。据文献[4-6]报道, 变频技术可节约电能约40%, 经济效益非常可观。
企业在改造过程中应认真核算装车泵的能力, 且装车泵宜选用变频技术。为减少投资, 建议改造方案可结合现有泵的能力, 采用主力泵变频、辅助泵固定流量的组合运行方式。另外, 改造过程中要对主管线重新进行经济性核算, 实现系统的安全经济运行。
2.2 安全流速
为防止静电积聚, 油品淹没鹤管前流速不应超过1 m/s, 淹没鹤管后流速不应超过7 m/s。如取2.1.1节数据, 装车鹤管为小鹤管 (直径为100 mm) 同时装车, 则:
式中:S为小鹤管面积, m2;d为小鹤管直径, mm;u为鹤管流速, m/s;n为一个批次同时装车的罐车数量。
假设装车泵恒量输送, 在没有限流措施的情况下, 按照安全流速要求, 计算得到装车初期n>32, 装车末期n>5。目前, 受栈台设施和人工条件等的限制, 许多企业的轻质油品装车只能保证n为10~15, 如要求在3 h内装完一列车, 在没有限流措施的情况下, 则装车初期u为2.15~3.23 m/s, 最小流速已超出1 m/s的限制。装车末期, 根据伯努利方程的简化式 (见式 (3) ) 计算装车泵出口至鹤管出口的压差 (不计管道始端、末端的位差及泵进出口管道压差) 。
式中:∆p为装车泵出口至鹤管出口的压差, k Pa;ρ为油品的密度, kg/m3;λ为阻力系数, 无量纲;L+LLe为管路当量长度, m;d′为管径, m。
可以看出, 如果对装车泵出口和每套鹤管单独列出伯努利方程, 主管道参数不变, 每套鹤管部分的压降也基本相等, 则鹤管流速应较为接近, 即各罐车容积相等时装车时间差别不大, 这样就可能造成装车末期鹤管装车阀门集中迅速关闭的情况。主管路内流体由于存在惯性, 会导致鹤管截止阀前压力快速上升, 特别是n为1或2时, 瞬间鹤管流速可能超过10 m/s, 极易造成水击现象[7]。因此, 建议企业改造时应增加限流控制措施以确保安全流速, 如对装车鹤管应设置旁路控制阀, 以控制装车初期流速;装车末期需增加压控回流设施以降低鹤管前压力, 避免出现超高流速和水击现象;鹤管出口流体最好采用两侧流出, 以降低流速并减缓对槽车内油品的扰动。
3 装车工艺
3.1 装车鹤管的设置
为避免装车过程中发生油品质量污染事故, 性质相差较大的油品不宜使用同一台装车鹤管, 且进鹤管前油品管线应单独设置。但仍有不少企业将装车油品管线汇集到鹤管前, 用同一鹤管装车, 极易导致油品质量事故。1) 鹤管中会残存少量油品。尽管鹤管上设置了真空阀, 但真空阀后的立管部分会存有少量油品, 按鹤管直径l00 mm、真空阀后管线长度约2 m计算, 约有15 kg油品存于鹤管中。当性质差别较大的油品采用同一鹤管混装时, 存在一定的油品污染风险, 如采用流量计计量时, 也将影响计量的准确性[8]。2) 油品汇集阀多采用闸板阀, 油品切换时人工操作阀门, 如阀门泄漏或操作不当时, 极易出现油品污染事故。
建议企业改造时应尽量将不同油品的鹤管分开设置, 特别是性质相差较大的油品必须分开设置。企业暂时没有条件进行改造时, 各闸板阀应采用阀门和盲板共用的方式。
3.2 残油收集设施
装车过程中残油的来源主要有两种:一是装车前罐车内的残油;二是装车后残存在阀门与鹤管最高点之间管线中的残油。
3.2.1 罐车内残油的处理
除了航煤等需要特洗的油品外, 企业无论是设置有普洗栈台还是直接在装车栈台用隔膜泵将罐车内残油抽出, 都会使装车前清罐时间显著增加, 且处理抽出的残油也较为困难。
某企业在装车栈台设置了普洗设施, 将洗车和装车在同一栈台完成, 设置有1~2套潜液式卸车鹤管, 并配有1台隔膜泵, 根据罐车内残油量灵活处理, 卸出的残油回收入密闭储罐统一处理。大大提高了机车使用效率。
3.2.2 阀门与鹤管最高点之间管线中残油的处理
笔者发现, 很多企业对装车鹤管管线内残油的收集不够重视。建议企业改造中应注意完善固定鹤管残油收集系统, 尽量将鹤管内存油泄放干净。建议对真空阀前的残油也设置回收线, 以降低装车损失, 减少环境污染, 消除安全隐患。
4 密封设施
密封盖密封不严的问题一直是困扰装车密封性能的难题之一。某企业油气回收设施距离栈台的距离约500 m, 因为槽车装车鹤管的密封盖存在泄漏, 密封盖没有起到密封的作用, 油气回收设施油气入口处压力已基本为零。
对于轻型鹤管, 密封盖质量和鹤管质量之和一般可达到300 kg甚至更高, 虽然鹤管支座承受了大部分的质量, 但作用在密封盖上的作用力应不小于密封盖内外压力差, 即鹤管自重应可满足密封的要求。因此, 通过加大密封盖质量来达到密封效果是不可取的, 相反会加大装车作业的难度。
密封盖结构不合理和操作不当是密封盖密封不严的主要原因。铁路槽车的密封面为槽车口上边缘, 只有保证槽车上缘密封面和鹤管密封盖在装车的整个过程中始终处于充分压紧状态, 才能确保密封作用。目前, 鹤管密封采用的有橡胶盖、橡胶塞及橡胶盖和压紧设施的组合等, 密封效果不够理想[9], 如橡胶塞密封的槽车口内侧不是密封面, 且槽车口变形程度对密封效果影响较大;桁架式小鹤管密封无压力补偿时, 槽车在装车过程中会因重力增加出现下沉现象, 导致密封失效。
可见, 产生密封盖密封不严的主要原因有:1) 密封方式选择不合理, 特别是鹤管与槽车口无法对中时, 无法保证密封效果;2) 密封设置无压力补偿措施, 没有考虑到罐车下沉因素等。
中国石化青岛安全工程研究院开发了一种密封技术, 利用机械结构将密封盖与槽车口固定在一起, 不但保证了密封压紧力, 且避免了罐车下沉对密封效果的影响。
5 油气回收设施
影响油气回收设施使用效果的因素除了密封盖等密封设施外, 还要注意油气回收管线的长度、装车鹤管气相管线的设计等。
5.1 油气回收管线的长度
不考虑鹤管支管进入总管时因扩径导致的压头损失, 正常使用过程中油气回收气相主管线的长度不应大于1 000 m, 油气回收设施距离装车栈台的最远距离应更小, 推荐值不大于800 m。
所以, 企业在设置油气回收设施时, 应根据现场情况合理确定距离, 否则会造成油气回收设施运行不正常;更不能为了保持油气回收入口压力而采用引风机引风的办法, 从而使整套设施的安全性能下降。
5.2 鹤管气相回收管路的直径
目前, 通用的直径100 mm鹤管的气相回收管路的直径有50, 80 mm, 在装车泵流量为920 m3/h的条件下, 两种回收管路的压差分别为1.288, 0.186 k Pa, 两者相差1.1 k Pa, 相对于整个油气回收系统管路允许的最大压差 (2.5 k Pa) , 已经是一个不小的影响量。企业在进行改造时应充分考虑上述因素。
5.3 油气回收主管线的直径
Q/SH 0117—2007《油气回收系统工程设计导则》[10]提出, 油气回收主管线的直径可根据装车泵流量参考设计。取油气回收设施距离装车栈台的最远距离为800 m, 当装车泵流量分别为400, 700, 1 000 m3/h时, 经计算对应的油气回收主管线直径分别为250, 300, 350 mm, 计算出的压差约为0.45k Pa。油气回收主管线的直径对油气回收系统的压差影响较大, 设计时可根据实际装车泵最大流量进行核算, 以确保油气回收设施正常运行。
6 结语
铁路罐车新型号的广泛使用, 要求企业在轻质油品铁路装车系统整改过程中注重铁路栈台超限、装车过程流速控制及密封措施完善等问题。铁路装车栈台改造时要确保罐车与栈台边缘的距离满足安全间距;要仔细计算装车鹤管间距, 以确保鹤管和罐车的准确对位。装车流速的控制即要考虑铁路部门不超过3 h的要求, 也要满足安全流速的要求, 装车泵宜选用变频技术。不同油品特别是性质相差较大的油品的鹤管必须分开设置。装车前罐车内的残油和鹤管管线中的残油应进行回收处理, 以避免出现油品污染。密封盖的选型应充分考虑密封面的形式和装车过程中车辆的下沉等因素。油气回收设施与栈台的距离不应超过800 mm。油气回收主管线的直径对油气回收系统的压差影响较大, 设计时可根据实际装车泵最大流量进行核算, 以确保油气回收设施正常运行。
摘要：针对近年来企业轻质油品铁路装车系统改造过程中需要注意的几个问题进行了危害性分析, 并提出了整改方案:栈台改造时要确保罐车与栈台边缘的距离满足安全间距;确保鹤管和罐车的准确对位;装车流速的控制即要考虑铁路部门不超过3 h的要求, 也要满足安全流速的要求;装车泵宜选用变频技术;不同油品的鹤管必须分开设置;装车前罐车内的残油和鹤管管线中的残油应进行回收处理;密封盖的选型应考虑密封面的形式和装车过程中车辆的下沉等因素;油气回收设施与栈台的距离不应超过800 mm, 油气回收主管线的直径可根据实际装车泵最大流量进行核算。
关键词：轻质油品,罐车,栈台,鹤管,密封,油气回收
参考文献
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[5]张群, 刘杰, 杨忠良, 等.变频调速技术在油品安全装车系统中的应用[J].工程技术, 2011, 30 (4) :73-77.
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[9]陶彬, 张国晖.油库上装密闭发油鹤管的研发[J].储运安全, 2011, 11 (7) :51-53.
快速装车系统 篇7
关键词：装车站,防冻液,自动喷洒
1 系统简介
神东煤炭分公司是国家大型现代化煤炭生产基地, 产量已达亿吨, 煤炭装车外运分别由运销处九个装车站完成, 每个装车站每年承担着一千多万吨的外运任务。防冻液的使用是每个装车站冬季装车必不可少的一个重要环节, 直接影响到装车外运和到港后能否顺利卸车, 而制约这一问题的关键在防冻液对车皮喷洒的效果是否均匀。以往装车站一直选用人工手动喷洒, 而人工手动喷洒存在好多不利因素:
(1) 增加了人工费用。
(2) 增加了人工劳动强度, 对人体造成一定的危害。
(3) 存在人为因素, 会造成喷洒不到位或造成液体的浪费。
(4) 于现代化装车站不相匹配, 影响公司对外形象。
为此, 分公司领导及运销处领导提出, 对装车站防冻粉喷洒进行改造, 要求由原来的人工喷洒改为自动喷洒。
2 实施方案:
根据现场使用要求, 确定了系统由搅拌部分、喷头自动升降部分、喷洒定位部分、喷洒开关部分、程控部分、监控部分六个方面入手进行研究。
本系统由PLC集中控制、利用液压传动及动滑轮组传递变距原理实现不同车型的自动升降装置, 根据不同车型车皮的间距, 设置定位电子眼实现喷洒的启停, 使防冻液喷洒实现了自动化。
具体实施方式
(1) 搅拌部分:
因条件及防冻粉的使用, 人工配比电动搅拌, 高位水箱中的液位计自动控制泵的启停将配制好的防冻液打入高位水箱, 形成高位自压喷洒。
(2) 喷头自动升降部分:
在喷洒平台上小房内安装一小型液压站及油缸, 以油缸行程和平台距车皮的高度安装动滑轮数量, 然后用钢丝绳牵引喷头升降, 比较各种车型高度调整好升降位置, 安装可靠传感器, 安装一配电箱用以检修时手动就地控制。 (如下图)
(3) 喷洒定位部分:
在平台下方铁路两侧安装三对电眼以判断车皮位置, 第一组负责管道电磁阀的关闭, 第二组负责C62C64车型管道电磁阀的打开, 第三组负责C63车型管道电磁阀的打开。 (如下图) 一组 (关) 二组 (C62/C64开) 三组 (C63开)
(4) 喷洒开关部分:
在管道上加入两组管道电磁阀及一组球阀, 以实现喷洒自动开关, 电磁阀前加一球阀用以控制喷洒流量的大小 (一用一备, 球阀用以手动和检修用) 。
(5) 程控部分:
在装车工控机中写入控制程序, 并在操作面板上加入控制按钮用以整个喷洒系统的操作。
(6) 监控部分:
在喷洒平台处设一摄像头用来监控防冻液喷洒情况, 同时监控车底情况。
3 操作程序:
3.1 车皮顶进后在指定位置停好, 据备装车条件后, 操作人员在计算机主控画面中点防冻液系统。
弹出对框后, 选择车型和电磁阀。
然后点“系统启动”
喷头将自动降到合适位置, 开始装车。
铁路两侧安装三组电眼将根据不同的车型来控制喷头的开关, 第一组共用, 用来关闭电磁阀, 第二组用来控制 (C62/C64车型) 电磁阀的打开, 第三组负责C63车型。当两节车皮空间经通过第二 (三) 组电眼时, 电眼接通, 喷头开始喷洒, 当本节车皮与下一节车皮空间通过时第一组电眼接通喷头关闭。 (如在装车过程中停车操作人员可将电磁阀选在“未选中”状态, 防冻液就可停止喷洒, 反之恢复。)
3.2 装车完毕后点系统停止
喷头将自动提升到最高位
4 系统特点:
(1) 完全达到了全自动喷洒。 (2) 完全脱离了人工手动喷洒。 (3) 节约了人工费用和人为造成浪费所产生的费用。 (4) 结构简单, 随机性大 (5) 根据不同使用地点, 可实现不同的安装方法。 (6) 实用性强, 检修维护量小。
倡导以人为本企业文化下, 防冻液自动喷洒系统的实施避免了防冻液对喷洒人员的腐蚀伤害, 提升了装车系统的自动化水平, 提升了神东分公司自动化水平的对外窗口形象。
参考文献
[1]周恩涛, 《可编程控制器原理及其在液压系统中的应用》, 机械工业出版社, 2003年2月1日;
二甲醚自动定量装车系统设计实施 篇8
二甲醚是一种新兴的基本化工原料, 具有良好的易压缩、冷凝、汽化特性, 在制药、燃料、农药等工业中有许多独特的用途。随着石油资源的紧缺及价格上涨, 清洁环保理念的深入, 作为柴油替代资源的清洁燃料———二甲醚得到大力推广, 并逐渐进入了民用燃料市场和汽车燃料市场。
濮阳龙宇化工有限责任公司二甲醚产品储存于2个1000m3球罐内, 对外销售采用自动装车系统。
1 系统组成
汽车定量装车控制系统采用集散式控制结构。装车控制仪直接安装在栈桥上 (装车鹤位附近) , 根据设定 (远程设定/本地设定) 的装车数量打开和关闭装车阀门, 并对温度、流量、接地、高位探头、可燃性气体探头等现场仪表进行检测, 根据装车工艺实现定量装车;如有二甲醚气回收系统, 可以根据回收工艺自动打开或关闭相应气相管的接口阀门。装车控制系统现场仪表连接图如图1所示。
隔爆型 (Rosemount) 装车控制器电气连接装车控制阀、流量计、静电接地夹和液位开关等。装车时, 控制仪根据设定 (远程/本地) 的装车数量, 先小流量打开装车阀, 小流量装车, 防止物料与空气摩擦产生静电;当装车物料淹没鹤管口后, 全部打开阀门, 加大装车流量, 进行快速装车。装车过程中控制仪对流量信号进行累计, 达到设定的装车大提前量时, 部分关断阀门, 用小流量装车, 提高装车精度, 同时防止水击;当装车量达到设定的小提前量时, 控制仪关闭装车阀, 实现安全和准确装车。同时安有静电物料溢出保护器, 装车过程中检测静电接地和液位探头信号, 当发生静电接地不良或液位高信号时, 控制仪立即切断阀门, 防止静电聚集或者物料溢出, 确保装车过程的安全性。
装车控制仪与PLC控制系统连接, 对控制仪进行集中控制和管理, 完成装车数据输入, 监控装车过程, 记录装车数据并统计、汇总, 设置控制仪参数等功能。PLC控制系统从销售网络提取装车数据, 根据现场控制仪送来的装车单信息 (装车密码) 向对应控制仪发送发二甲醚的量和允许装车信号。二甲醚自动装车系统如图2所示。
2 系统主要功能
(1) 定量装车功能:控制仪与现场流量计、装车阀、泵、静电接地夹、防溢开关等仪表连接, 按工艺要求开启泵和阀, 检测流量, 当达到设定的流量时, 关闭泵和阀, 实现定量安全装车。
(2) 报警联锁功能:液位开关、静电接地与PLC控制系统联锁, 出现液位开关或静电接地信号时, 系统关闭阀门和泵, 暂停装车, 报警消除后, 按启动继续装车或退出装车。
(3) 阀门控制与回讯功能:装车阀控制开关的时间可根据LCD显示的信息由面板输入, 阀门的开关状态可直接由LCD显示。
(4) 流量检测控制:控制仪连接Rosemount CMF1700质量流量计, 计量稳定准确, 本地流量显示, 触屏操作, 可实现远距离测量和控制, Hart通信, 流量参数可设定, 无流量时自动停泵。
(5) 温度补偿功能:控制仪采集工业通用温度传感器信号PT100, 14位A/D转换器完成温度测量, 用于系统温度的自动补偿计算。
(6) 网络通信:控制仪采用RS-485总线通信, 所有控制仪通过一条两芯屏蔽双绞线与上位PLC控制系统连接, 接受电脑发送的二甲醚控制指令;电脑监控装车过程, 记录数据, 完成报表, 并在公司局域网内实现数据共享。
(7) 防雷保护:系统仪表和通信设备选型时已考虑了防雷保护功能, 除此之外, 在系统电源进线端加装防雷保护器。
(8) 装车急停功能:控制仪配有紧急切断按钮, 在紧急情况下及时切断二甲醚流, 故障排除后, 按启动继续装车或退出装车。
(9) 参数设定及掉电保护功能:控制仪参数在取得密码的情况下, 可用面板输入, 参数均保存在E2PROM内, 系统掉电时自动保存当前信息, 电源恢复时继续执行掉电前的操作。
(10) 自动复位功能:故障解除后系统自动保持原状态。
3 结语