本實(shí)用新型涉及密度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是合成氯丁橡膠行業(yè)的聚合反應(yīng)釜中乳液密度的在線無(wú)耗測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
氯丁橡膠是由氯丁二烯為主要原料進(jìn)行聚合而生產(chǎn)的合成橡膠，由于其良好的物理機(jī)械性能(耐油，耐熱，耐燃，耐日光，耐臭氧，耐酸堿，耐化學(xué)試劑，較高的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和可逆的結(jié)晶性，粘接性好)而被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
氯丁橡膠以乳液聚合法生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝流程多為單釜間歇聚合。氯丁二烯在聚合釜內(nèi)進(jìn)行聚合反應(yīng)的特點(diǎn)是速度快、熱效應(yīng)明顯，并且聚合過(guò)程中若進(jìn)入空氣將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。聚合釜內(nèi)乳液密度作為監(jiān)測(cè)聚合反應(yīng)進(jìn)程的最為重要的過(guò)程變量之一，受到了格外重視。
用于生產(chǎn)氯丁橡膠的聚合釜內(nèi)壁為搪瓷表面，頂部設(shè)有防爆電機(jī)、減速器，并有攪拌器置于釜內(nèi)部。鑒于這些現(xiàn)場(chǎng)情況的限制，現(xiàn)有聚合釜內(nèi)乳液密度的測(cè)試方法多現(xiàn)場(chǎng)人員手動(dòng)操作，具體為：現(xiàn)場(chǎng)人員接到密度測(cè)試指令后，操縱企業(yè)現(xiàn)有高壓氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)將聚合釜內(nèi)乳液壓出至一量筒中，將玻璃密度計(jì)插入其中，讀出密度數(shù)值后，將測(cè)試后的乳液廢液倒入廢液收集器中，然后再將密度信息告知中央控制室人員。易見(jiàn)，這種人員手動(dòng)操作方式將會(huì)受到職工責(zé)任心、操作熟練程度及環(huán)境溫度的影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度、在線連續(xù)測(cè)試，無(wú)法實(shí)現(xiàn)中央集中控制；現(xiàn)場(chǎng)人員操作頻繁，勞動(dòng)強(qiáng)度大，乳液浪費(fèi)嚴(yán)重；在測(cè)試過(guò)程中，氯丁膠乳會(huì)排出有毒氣體，會(huì)對(duì)環(huán)境及現(xiàn)場(chǎng)人員造成危害。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：如何克服背景技術(shù)中的不足，實(shí)現(xiàn)聚合釜內(nèi)乳液密度的高精度、在線連續(xù)測(cè)試。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種聚合釜內(nèi)乳液密度測(cè)量裝置，包括密封容器、密度變送器、控制系統(tǒng)、顯示裝置，密封容器底部有乳液進(jìn)出口，乳液進(jìn)出口通過(guò)第一閥門連接聚合釜，乳液進(jìn)出口通過(guò)第二閥門連接廢液收集器，密度變送器安裝在密封容器的上蓋，密度變送器下部處于密閉容器內(nèi)部，處于密閉容器內(nèi)部的密度變送器的不同高度水平面上分別安裝有第一液壓傳感器和第二液壓傳感器，第一液壓傳感器、第二液壓傳感器、顯示裝置、第一閥門、第二閥門連接控制系統(tǒng)。
作為一種優(yōu)選方式：密封容器的上蓋上有高壓進(jìn)氣孔，高壓進(jìn)氣孔通過(guò)第三閥門連接高壓氣源，第三閥門連接控制系統(tǒng)。
作為一種優(yōu)選方式：高壓氣源為高壓氮?dú)馊萜鳌?/p>
作為一種優(yōu)選方式：密封容器的上蓋上安裝有沖洗管路，沖洗管路的進(jìn)口通過(guò)第四閥門連接水源，沖洗管路的出口有兩個(gè)噴嘴，第一噴嘴對(duì)應(yīng)第一液壓傳感器，第二噴嘴對(duì)應(yīng)第二液壓傳感器，第四閥門連接控制系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的有益效果是：1.運(yùn)用本裝置可以實(shí)現(xiàn)聚合釜內(nèi)乳液密度的高精度、在線連續(xù)、全自動(dòng)測(cè)試；2.在測(cè)量過(guò)程中氯丁橡膠聚合釜內(nèi)的乳液與空氣完全隔絕，杜絕了空氣對(duì)乳液的污染，也避免了乳液蒸汽對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員的健康危害；3.測(cè)試完成后，乳液全部返回至聚合釜內(nèi)，沒(méi)有乳液的污染，也沒(méi)有損耗和浪費(fèi)；4.得到的密度數(shù)據(jù)可以就地顯示、存儲(chǔ)與遠(yuǎn)距離傳輸至中央控制室；5.自身帶有故障提示和自動(dòng)清潔功能，可以大大減輕現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
附圖說(shuō)明
圖1是本實(shí)用新型的機(jī)構(gòu)示意圖；
其中，1、高壓進(jìn)氣孔，2、第一液壓傳感器，3、密封容器，4、第一噴嘴，5、乳液進(jìn)出口，6、密度變送器，7、上蓋，8、第二噴嘴，9、第二液壓傳感器。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型裝置包括密封容器、密度變送器、控制系統(tǒng)、顯示裝置，控制系統(tǒng)包括直流電源、PLC控制器、蜂鳴器、控制器殼體、按鈕面板，密封容器內(nèi)壁經(jīng)搪瓷處理，為能夠承受1兆帕壓強(qiáng)的密閉空間，密封容器底部有乳液進(jìn)出口，乳液進(jìn)出口通過(guò)第一閥門連接聚合釜，乳液進(jìn)出口通過(guò)第二閥門連接廢液收集器，密度變送器安裝在密封容器的上蓋，密度變送器處于密封容器里的部分的外表面為304不銹鋼或哈氏合金材質(zhì)，密度變送器處于密封容器里的部分的不同高度水平面上分別安裝有第一液壓傳感器和第二液壓傳感器，第一液壓傳感器、第二液壓傳感器、顯示裝置、第一閥門、第二閥門連接控制系統(tǒng)。密封容器的上蓋上有高壓氮?dú)膺M(jìn)氣孔和出氣孔(出氣孔未畫出)，高壓氮?dú)膺M(jìn)氣孔通過(guò)第三閥門連接高壓氣源，第三閥門連接控制系統(tǒng)，出氣孔通過(guò)第五閥門和抽氣機(jī)連接氣體收集器。密封容器的上蓋上安裝有沖洗管路，沖洗管路的進(jìn)口通過(guò)第四閥門連接水源，沖洗管路的出口有兩個(gè)噴嘴，第一噴嘴對(duì)應(yīng)第一液壓傳感器，第二噴嘴對(duì)應(yīng)第二液壓傳感器，第四閥門連接控制系統(tǒng)。
本實(shí)用新型使用過(guò)程如下：
第一，設(shè)定系統(tǒng)時(shí)間T0，接入聚合釜內(nèi)乳液的時(shí)間T1，接入高壓氮?dú)獾臅r(shí)間T2，沖洗時(shí)間T3，密度測(cè)量的間隔時(shí)間T4，密度量程上限G1，密度量程下限G2；
第二，由控制系統(tǒng)檢測(cè)各電磁截止閥(既第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門)是否處于關(guān)閉狀態(tài)，若處于未關(guān)閉狀態(tài)，則提示報(bào)警；
第三，到達(dá)密度測(cè)量時(shí)間或接到密度測(cè)試命令后，打開(kāi)第一閥門和第五閥門，并持續(xù)T1時(shí)間，讀取密度變送器中第一液壓傳感器和第二液壓傳感器的乳液靜壓強(qiáng)數(shù)值P1和P2，由ρ＝(P2-P1)/(g*H)得出乳液的密度數(shù)值，其中g(shù)為重力加速度，上述密度數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸至顯示及按鈕面板做就地顯示，并進(jìn)行存儲(chǔ)和遠(yuǎn)傳；
第四，關(guān)閉第五閥門，打開(kāi)第三閥門，并持續(xù)T2時(shí)間，通過(guò)高壓氮?dú)鈱⑼瓿擅芏葴y(cè)試任務(wù)的乳液排回至聚合釜；
第五，關(guān)閉第三閥門和第一閥門，打開(kāi)第四閥門和第二閥門，并持續(xù)T3時(shí)間，由企業(yè)供水系統(tǒng)提供的純水通過(guò)第一噴嘴和第二噴嘴沖洗密度變送器的第一液壓傳感器和第二液壓傳感器，并將廢水排入廢液收集器。
使用PLC作為控制系統(tǒng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理、建立乳液密度數(shù)據(jù)庫(kù)、傳感器檢測(cè)、數(shù)據(jù)通信、電磁閥動(dòng)作控制及沖洗控制和故障診斷、報(bào)警；所有數(shù)據(jù)常量以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在PLC的掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，可以通過(guò)手持終端修改數(shù)據(jù)常量、讀取測(cè)量數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)串行通訊的方式實(shí)現(xiàn)上述功能；考慮到環(huán)境溫度變化、電源電壓波動(dòng)、振動(dòng)對(duì)壓力傳感器讀數(shù)的影響，引入雙正交小波變換對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行處理，經(jīng)分析，本裝置所選壓力傳感器的讀數(shù)漂移不是一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，漂移模型描述為：
ε(t)＝ε0+A sin(2πft+θ0)+σn(t)+w(t)
式中，ε0為壓力傳感器常值零偏；A為周期分量的幅值；f為周期分量的頻率；θ0為初始相位；n(t)為高斯白噪聲，其強(qiáng)度為σ；w(t)為有色噪聲，而雙正交小波具有緊支撐和對(duì)稱性，利用這一性質(zhì)既可以有效過(guò)濾信號(hào)中的噪聲，又可以精確地還原信號(hào)，為系統(tǒng)的精確測(cè)量打下基礎(chǔ)；由于試樣采集量對(duì)于測(cè)量精度有一定的影響，本裝置采用模糊PID算法實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)液電磁閥的控制，從而精確控制試樣的進(jìn)液量，用于沖洗工作的高壓氮?dú)饧凹兯鶃?lái)自企業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)，不會(huì)顯著增加企業(yè)成本。
盡管本實(shí)用新型自身獨(dú)立工作已能完成廠方對(duì)液體密度測(cè)量精度的要求；但是，如果能夠與車間內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備(特別是聚合釜內(nèi)液體的高壓氮?dú)鈮撼鲈O(shè)備)和DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行更好配合的話，將能實(shí)現(xiàn)密度測(cè)量過(guò)程完全自動(dòng)化和密度測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、報(bào)警等功能。那么，按照聚合釜車間現(xiàn)有設(shè)備及DCS控制系統(tǒng)的可拓展性，本套測(cè)試系統(tǒng)將能夠具備以下三個(gè)層次的自動(dòng)化程度；相對(duì)應(yīng)地，現(xiàn)場(chǎng)人員的操作任務(wù)及工作職責(zé)也將不同。
第一層次，無(wú)法或無(wú)需與高壓氮?dú)獗眉癉CS控制系統(tǒng)配合工作，僅由本裝置獨(dú)立完成液體密度檢測(cè)工作?，F(xiàn)有高壓氮?dú)獗糜捎谀承l件的限制，或者由于高壓氮?dú)獗脫?dān)負(fù)其它工作任務(wù)無(wú)法由本裝置中的PLC控制器控制其啟、停；同時(shí)，現(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)的可擴(kuò)充性能不高，無(wú)法將本裝置檢測(cè)得到的液體密度信息傳輸?shù)街醒爰厥遥⒓{入其集中監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫(kù)中，將導(dǎo)致完全由本裝置獨(dú)自完成液體密度的檢測(cè)工作。
在這種情況下，需要現(xiàn)場(chǎng)人員操控高壓氮?dú)獗玫膯ⅰ⑼?，監(jiān)視液體在密度傳感器安裝總成內(nèi)的液位；然后由現(xiàn)場(chǎng)人員按動(dòng)按鈕控制本裝置完成密度檢測(cè)，并在需要的情況下將密度信息匯報(bào)給中央集控室工作人員。在日常的班檢、周檢中，需要現(xiàn)場(chǎng)人員檢查本裝置中接觸液體部分的堵塞情況、各管道和閥門的漏液和腐蝕情況、廢液收集容器中液體是否需要清理、清水箱和廢水收集箱內(nèi)液體是否需要更換清理、各接線端子處的牢固情況等。
這種情況需要廠方的協(xié)調(diào)工作最少，僅需要車間指定本裝置的安裝位置、電源位置、廢液處理方式、管路連接尺寸等內(nèi)容。
第二層次，高壓氮?dú)獗每捎杀狙b置中的PLC控制器控制其啟、停，但DCS控制系統(tǒng)的可擴(kuò)充性能不高。在這種情況下，本裝置將通過(guò)固化在PLC中的程序自動(dòng)控制高壓氮?dú)獗玫膯?、?！，F(xiàn)場(chǎng)人員按動(dòng)按鈕后，由本裝置自動(dòng)完成氮?dú)獗玫膯?、停，自?dòng)完成密度檢測(cè)工作，自動(dòng)完成密度信息的就地顯示，但無(wú)法自動(dòng)將密度信息匯報(bào)給中央集控室，也無(wú)法在中央集控室里啟動(dòng)密度檢測(cè)系統(tǒng)。
在這種情況下，除了上面提到的協(xié)調(diào)工作外，還需要廠方提供高壓氮?dú)獗玫目刂品绞?、電氣接線圖等內(nèi)容。
第三層次，高壓氮?dú)獗每捎杀狙b置中的PLC控制器控制其啟、停，并且可將檢測(cè)得到的密度信息自動(dòng)傳輸?shù)街醒爰厥?，將其納入到DCS控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。在這種情況下，既可以在聚合釜車間啟動(dòng)本裝置完成密度檢測(cè)工作，也可以在中央集控室下達(dá)命令自動(dòng)完成密度檢測(cè)工作。
在這種情況下，廠方不但需要提供高壓氮?dú)獗玫南嚓P(guān)控制信息外，還需要提供DCS控制系統(tǒng)的通信協(xié)議、組態(tài)信息等內(nèi)容。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方案對(duì)本實(shí)用新型所做的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，做出若干等同替代或變形，且性能與用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。