白酒流量計在定量加水係統設計及改造方案
點擊次數：2195 發布時間（jiān）：2020-08-15 06:12:43
摘要：本研究（jiū）通過對定量加水係統深入使用，發現定量（liàng）加水係統存在水源壓力波動大（dà）、計量設備計量精度低和水在管路中預填不充分的問題，造成了定量加水係統控製精度低。為提高控製精（jīng）度，對其進行了改造設計（jì）。應用證明：改造後的定量（liàng）加水係統能有效滿足卷煙工藝規範對（duì）香料廚房配（pèi）料的控製要（yào）求（qiú）。
近年來，隨著工廠卷煙品*風（fēng）格特征的確定以及 2016版（bǎn）《卷煙工藝規範》的實施，現（xiàn）有加水係統的控製精度已不能滿足生產發展的需要。作為卷煙加工關鍵環節之一的香料廚房工序，其定量（liàng）加（jiā）水在配製糖料過程中（zhōng）的摻配精度直接影響著所配料液（yè）的品質，而料（liào）液的品質（zhì）對卷煙風格特征的穩定性有重要影響，所以定量加水係（xì）統的改（gǎi）造設計對提高工廠卷煙產（chǎn）品質量、降低生產和管理成本具有重要意義（yì）。
1 改造前狀（zhuàng）況
工廠的香料廚房係統為國內煙機公司 2004 年設（shè）計製造，其定量加水係（xì）統主要由水源、白酒流量計、加水管路（lù）元件和控製程序這四部分組成，改進（jìn）前管（guǎn）路示意圖如圖 1 所示。
其工作過程為：當設定好加水量後，啟動（dòng）係統往調製罐 7 內（nèi）定量加水，流量計前閥 4 開啟對管路進（jìn）行預填充，延時一定時間後，調（diào）製罐補水球閥 6 開啟，同時白酒流量計開始計量，當白酒流量計的累積（jī）量與設定加水量一致時，球閥 4 和 6 關閉，定量加水過程完成。在設備使用的過程中，發現定量加水係統存在以（yǐ）下問題：
（1）定量加水控製精度低。定量加水係統的水源（yuán）為自來（lái）水經過軟（ruǎn）化處（chù）理器後的軟化水，在生產現場用水高峰期（qī）時，自來水水壓（yā）波動造成軟化水水壓波動，從而降低了白酒流量計的計量精度；另外（wài），定量加水係統在預填（tián）充時管路處於密閉狀態，管路中的（de）氣泡無法（fǎ）排除，造成水在管路中（zhōng）預（yù）填不充分，當開始往調製罐內加（jiā）水（shuǐ）時，導致經過白酒流量計計量的水未完全流入到調製罐（guàn）中。經測（cè）試，定量加水係統實際控製精度（dù）為 2.13%，不能滿（mǎn）足卷煙（yān）工藝規範對加水控製精度≤0.5% 的要求。
（2）生產效率低。經過軟化處理器的軟化水流量小（xiǎo），導致配製過程中定量加水時間（jiān）延（yán）長。經測試，定量加水100kg 時，需要用時 667s。
綜（zōng）上所述，原有的香料廚房定量加水係（xì）統已不能滿足工廠卷煙生產的要求。為此，對（duì）香料廚（chú）房定量加水係統（tǒng）進行改造（zào）設計。
2 改造方案
2.1 設計思路
（1）增加儲水（shuǐ）罐，為定量加水（shuǐ）係統提供穩定的水源；同時，儲水罐（guàn）需要具有計量功能。
（2）提高加水係統中水（shuǐ）流流量檢測元件（jiàn）的計（jì）量精（jīng）度；定（dìng）量加水係統滿足（zú）控製精度≤0.5% 的要求（qiú）。
（3）縮短配製（zhì）過程中定量加水時間；實現水在管路中的預填充和管路餘水回收。
2.2 方案設計
根據設計思路，對定量加水係統的管（guǎn）路進行了改造設（shè）計，改造後管路示意圖如（rú）圖 2 所（suǒ）示。
其管路主要（yào）由三部分組成，其功能分別為（wéi）：
（1）儲（chǔ）水罐進水管路。通（tōng）過補水閥 3 和（hé）壓力變送器 6完成儲（chǔ）水罐水位控製。
（2）定量（liàng）加水管路。*先，通過出水閥 9、多級（jí）離心泵10、流量計前閥 12 和回水閥 4 完成水在管路中的預填充；然後，通過補水（shuǐ）閥 4 完成對調製罐的定量加水；*後，通過回收閥 17 和單向閥 16 完成對水管中餘（yú）水（shuǐ）的回收。
（3）儲（chǔ）水罐排（pái）汙（wū）管路。通過排汙閥 8 完成儲（chǔ）水罐中餘水的排放。
2.3 機（jī）械元件選型
（1）儲水罐。儲水罐須具備盛裝配製兩批次料液需（xū）要加水量的容積 , 選擇儲水罐容積為 500L 的罐體。為滿足加水係統的（de）功能，其需要具有以下接口：帶蓋的罐口、進水口、回水口、排水口和壓力傳感器安裝接口。向罐體生產廠家提出（chū）技術要求進行定製購買。
（2）多級離心泵。為提高（gāo）定（dìng）量加水時水在管路中的水壓，采用泵對水（shuǐ）進（jìn）行輸送。因多級離心泵具有高效節能、性能範圍廣、運行安全平穩（wěn）、低噪音、長壽命、安裝維修方便等優點，結（jié）合設計思路，選擇（zé）格蘭富 CHI2-60 型多級離心泵，其額定能力為 2500kg/h。
（3）其餘管路（lù）元件。管路（lù）中使用氣動球閥都選擇費斯托 CRQH-ER-3/4-B-SA 型兩通球閥；管路都采用 DN32 的不鏽鋼管進行連接；其餘元件根據實際需要選擇。
2.4 電氣元件選型
（1）質量流量計。科式（shì）力質量流量計因其測量準確度高、重複性好，可（kě）在較大量程（chéng）比範圍內，對流體質量流量實現高準確度（dù）直接測量的優點，廣泛應用於計量精度要求高的食品和醫藥行業。為提高加水流量的計量精度以及滿足控製（zhì）要求，選用恩德斯豪斯 PROMASS83F-DN15 型高精度的質量流量計（jì），其質量流量測量準確度為 0.2 級。
（2）變頻器。為配合多級離心泵更好的（de）對水壓的調節，選擇丹佛斯 VLT2800 型通用變頻器來調節多級離心泵電機的轉速。
（3）其（qí）餘電氣元件。在儲水罐底部選擇安裝橫河EJA210A 型壓力變送器；增加的（de）信號點需要西門子 ET200S 中數字輸（shū）入 / 出模塊各 2 塊，模擬信號輸入模塊 1 塊。
2.5 軟件改造
運用西門子 SIMATIC Manager 項目管理軟件，完成以（yǐ）下軟件改造設計工作。
（1）電氣（qì）元件組態。把增加的質量流量計和變頻器添加到香料廚房 S7-400 PLC 控製係統的 PROFIBUS 網中，其網絡組態如圖 3 所示，圖中（zhōng） PROFIBUS-DP 地址 88 和 89 為硬件係（xì）統增加的質量流量計和變頻器。
（2）程序設計（jì）。儲水罐水量控製的工作過程為：當壓（yā）力變送器檢測到儲水罐的水量低於 450kg 時，補（bǔ）水閥 3 開啟為儲水罐補水；當水量達到 490kg 時，補水閥 3 關閉；生產配製過程中，循環以上控製過程。儲水罐水量控製的程序如圖 4 所（suǒ）示。
定量加水（shuǐ）係統的工作過程為：當設定好加水（shuǐ）量後，啟動係（xì）統，多級離心泵 10、回流閥 4、出水閥 9 和流量計前閥 12開啟對管路（lù）進行預（yù）填充；延時（shí） 30s 預填（tián）充完成後，回流閥 4關閉，調製罐補水閥 14 開啟，同時質量流（liú）量計（jì） 13 開始計（jì）量；當質量流量計的累積量與設（shè）定加水量一致時，出水閥 9 和調製罐補水閥 14 關閉；調製罐定（dìng）量加水完成後，開啟回（huí）收閥17 和回流閥（fá） 4 以及同未關閉流量計前閥 12 一起，利用壓縮空氣（qì）對（duì）管道中水實現回收；延時 30s 水回收完成後（hòu），關閉多級離心泵（bèng）、球閥 4、12 和 17，定量加水過程完成。定量加（jiā）水係統主要控製程序如圖（tú） 5 所示。
3 應用效果（guǒ）
定量加水係統設計改造完成後，經（jīng）測試，定量加水（shuǐ）100Kg 時，需要用時 211s，生產效率顯著提高，改造後（hòu）比（bǐ）改造前提高了 68.4%；定量加水係統的控製精度提高顯著，定量加水係統的控製精（jīng）度從改造前 2.13% 提高到（dào）改造後0.07%。定量加水（shuǐ）係統改（gǎi）造設計完（wán）成以後，有效的滿足了香料廚房配料的控製要求；同時，提高了係統的可靠性、精確性和經濟性。
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1 改造前狀（zhuàng）況
工廠的香料廚房係統為國內煙機公司 2004 年設（shè）計製造，其定量加水係（xì）統主要由水源、白酒流量計、加水管路（lù）元件和控製程序這四部分組成，改進（jìn）前管（guǎn）路示意圖如圖 1 所示。
其工作過程為：當設定好加水量後，啟動（dòng）係統往調製罐 7 內（nèi）定量加水，流量計前閥 4 開啟對管路進（jìn）行預填充，延時一定時間後，調（diào）製罐補水球閥 6 開啟，同時白酒流量計開始計量，當白酒流量計的累積（jī）量與設定加水量一致時，球閥 4 和 6 關閉，定量加水過程完成。在設備使用的過程中，發現定量加水係統存在以（yǐ）下問題：
（1）定量加水控製精度低。定量加水係統的水源（yuán）為自來（lái）水經過軟（ruǎn）化處（chù）理器後的軟化水，在生產現場用水高峰期（qī）時，自來水水壓（yā）波動造成軟化水水壓波動，從而降低了白酒流量計的計量精度；另外（wài），定量加水係統在預填（tián）充時管路處於密閉狀態，管路中的（de）氣泡無法（fǎ）排除，造成水在管路中（zhōng）預（yù）填不充分，當開始往調製罐內加（jiā）水（shuǐ）時，導致經過白酒流量計計量的水未完全流入到調製罐（guàn）中。經測（cè）試，定量加水係統實際控製精度（dù）為 2.13%，不能滿（mǎn）足卷煙（yān）工藝規範對加水控製精度≤0.5% 的要求。
（2）生產效率低。經過軟化處理器的軟化水流量小（xiǎo），導致配製過程中定量加水時間（jiān）延（yán）長。經測試，定量加水100kg 時，需要用時 667s。
綜（zōng）上所述，原有的香料廚房定量加水係（xì）統已不能滿足工廠卷煙生產的要求。為此，對（duì）香料廚（chú）房定量加水係統（tǒng）進行改造（zào）設計。
2 改造方案
2.1 設計思路
（1）增加儲水（shuǐ）罐，為定量加水（shuǐ）係統提供穩定的水源；同時，儲水罐（guàn）需要具有計量功能。
（2）提高加水係統中水（shuǐ）流流量檢測元件（jiàn）的計（jì）量精（jīng）度；定（dìng）量加水係統滿足（zú）控製精度≤0.5% 的要求（qiú）。
（3）縮短配製（zhì）過程中定量加水時間；實現水在管路中的預填充和管路餘水回收。
2.2 方案設計
根據設計思路，對定量加水係統的管（guǎn）路進行了改造設（shè）計，改造後管路示意圖如（rú）圖 2 所（suǒ）示。
其管路主要（yào）由三部分組成，其功能分別為（wéi）：
（1）儲（chǔ）水罐進水管路。通（tōng）過補水閥 3 和（hé）壓力變送器 6完成儲（chǔ）水罐水位控製。
（2）定量（liàng）加水管路。*先，通過出水閥 9、多級（jí）離心泵10、流量計前閥 12 和回水閥 4 完成水在管路中的預填充；然後，通過補水（shuǐ）閥 4 完成對調製罐的定量加水；*後，通過回收閥 17 和單向閥 16 完成對水管中餘（yú）水（shuǐ）的回收。
（3）儲（chǔ）水罐排（pái）汙（wū）管路。通過排汙閥 8 完成儲（chǔ）水罐中餘水的排放。
2.3 機（jī）械元件選型
（1）儲水罐。儲水罐須具備盛裝配製兩批次料液需（xū）要加水量的容積 , 選擇儲水罐容積為 500L 的罐體。為滿足加水係統的（de）功能，其需要具有以下接口：帶蓋的罐口、進水口、回水口、排水口和壓力傳感器安裝接口。向罐體生產廠家提出（chū）技術要求進行定製購買。
（2）多級離心泵。為提高（gāo）定（dìng）量加水時水在管路中的水壓，采用泵對水（shuǐ）進（jìn）行輸送。因多級離心泵具有高效節能、性能範圍廣、運行安全平穩（wěn）、低噪音、長壽命、安裝維修方便等優點，結（jié）合設計思路，選擇（zé）格蘭富 CHI2-60 型多級離心泵，其額定能力為 2500kg/h。
（3）其餘管路（lù）元件。管路（lù）中使用氣動球閥都選擇費斯托 CRQH-ER-3/4-B-SA 型兩通球閥；管路都采用 DN32 的不鏽鋼管進行連接；其餘元件根據實際需要選擇。
2.4 電氣元件選型
（1）質量流量計。科式（shì）力質量流量計因其測量準確度高、重複性好，可（kě）在較大量程（chéng）比範圍內，對流體質量流量實現高準確度（dù）直接測量的優點，廣泛應用於計量精度要求高的食品和醫藥行業。為提高加水流量的計量精度以及滿足控製（zhì）要求，選用恩德斯豪斯 PROMASS83F-DN15 型高精度的質量流量計（jì），其質量流量測量準確度為 0.2 級。
（2）變頻器。為配合多級離心泵更好的（de）對水壓的調節，選擇丹佛斯 VLT2800 型通用變頻器來調節多級離心泵電機的轉速。
（3）其（qí）餘電氣元件。在儲水罐底部選擇安裝橫河EJA210A 型壓力變送器；增加的（de）信號點需要西門子 ET200S 中數字輸（shū）入 / 出模塊各 2 塊，模擬信號輸入模塊 1 塊。
2.5 軟件改造
運用西門子 SIMATIC Manager 項目管理軟件，完成以（yǐ）下軟件改造設計工作。
（1）電氣（qì）元件組態。把增加的質量流量計和變頻器添加到香料廚房 S7-400 PLC 控製係統的 PROFIBUS 網中，其網絡組態如圖 3 所示，圖中（zhōng） PROFIBUS-DP 地址 88 和 89 為硬件係（xì）統增加的質量流量計和變頻器。
（2）程序設計（jì）。儲水罐水量控製的工作過程為：當壓（yā）力變送器檢測到儲水罐的水量低於 450kg 時，補（bǔ）水閥 3 開啟為儲水罐補水；當水量達到 490kg 時，補水閥 3 關閉；生產配製過程中，循環以上控製過程。儲水罐水量控製的程序如圖 4 所（suǒ）示。
定量加水（shuǐ）係統的工作過程為：當設定好加水（shuǐ）量後，啟動係（xì）統，多級離心泵 10、回流閥 4、出水閥 9 和流量計前閥 12開啟對管路（lù）進行預（yù）填充；延時（shí） 30s 預填（tián）充完成後，回流閥 4關閉，調製罐補水閥 14 開啟，同時質量流（liú）量計（jì） 13 開始計（jì）量；當質量流量計的累積量與設（shè）定加水量一致時，出水閥 9 和調製罐補水閥 14 關閉；調製罐定（dìng）量加水完成後，開啟回（huí）收閥17 和回流閥（fá） 4 以及同未關閉流量計前閥 12 一起，利用壓縮空氣（qì）對（duì）管道中水實現回收；延時 30s 水回收完成後（hòu），關閉多級離心泵（bèng）、球閥 4、12 和 17，定量加水過程完成。定量加（jiā）水係統主要控製程序如圖（tú） 5 所示。
3 應用效果（guǒ）
定量加水係統設計改造完成後，經（jīng）測試，定量加水（shuǐ）100Kg 時，需要用時 211s，生產效率顯著提高，改造後（hòu）比（bǐ）改造前提高了 68.4%；定量加水係統的控製精度提高顯著，定量加水係統的控製精（jīng）度從改造前 2.13% 提高到（dào）改造後0.07%。定量加水（shuǐ）係統改（gǎi）造設計完（wán）成以後，有效的滿足了香料廚房配料的控製要求；同時，提高了係統的可靠性、精確性和經濟性。
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