CN201382908Y - 一种造纸碱回收用蒸发器出效黑液浓度的在线测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及造纸领域，公开了一种造纸碱回收用蒸发器出效黑液浓度的在线测量装置。它包括：一个测量筒，其底部入口通过管道连通蒸发器的底部，其上部出口分别通过管道连通蒸发器的上部，测量筒的底部入口和上部出口之间的侧壁上设置有上测量点和下测量点；一个取样泵，设置在测量筒的底部入口和蒸发器的底部之间，向测量筒提供沸腾的黑液；第一温度传感器，检测上测量点的黑液温度T1；第二温度传感器，检测下测量点的黑液温度T2；一个差压变送器，检测上下测量点之间的压差ΔP；信号处理单元，根据检测上测量点的黑液温度T1、下测量点的黑液温度T2、上下测量点之间的压差ΔP，计算并输出蒸发器出效黑液浓度。
Description
技术领域
本实用新型涉及造纸碱回收领域，特别涉及一种造纸碱回收用蒸发器出效黑液浓度的在线测量装置。
背景技术
造纸工业碱回收麦草浆黑液蒸发过程的主要任务是将洗涤工段过来的浓度约为10％左右的稀黑液，通过多效蒸发器浓缩至45％左右的浓黑液，然后送往燃烧工段进行后续处理。蒸发器主要有长管升膜蒸发器和板式降膜蒸发器两种，我国企业一般采用“二板三管”形式，即I、II效采用板式而III、IV、V效采用管式，也有企业采用五效或七效全板式蒸发器。
麦草碱法制浆过程所产生的黑液固形物中，无机物约占30-35％，有机物约占65-70％。黑液浓度的大小由其中所含固形物的量来决定，它直接影响着后续碱回收燃烧工段设备的运行效率和运营成本，必须严格加以控制。
由于黑液固形物的组成比较复杂，在线准确测量的难度非常大，国内目前尚未开发出直接测量仪表。国外(如芬兰Metso公司)虽然已经推出了在线直接测量仪表，但售价高，超过30万欧元。
目前，在造纸企业碱回收蒸发工段，稀黑液槽和浓黑液槽的黑液浓度仍采用原始的波美计法人工进行测量，由于各效蒸发器出效黑液浓度实时在线测量的难度和成本等原因，各效蒸发器出效黑液浓度均未测量，这就使得蒸发工段浓黑液浓度的控制具有容量大、滞后时间长等特点，给整个蒸发工段浓黑液浓度的自动控制带来很大困难。因此，在工程中多采用串级和前馈补偿相结合的方法来间接地稳定浓黑液的浓度，不但实现起来比较麻烦，而且控制效果不理想，不能实时获得各效蒸发器出效黑液浓度的在线波动信息。
发明内容
为了克服造纸碱回收蒸发过程各效蒸发器出效黑液浓度难以在线测量的困难，本发明提供一种造纸用蒸发器出效黑液浓度的在线测量装置，能够通过间接测量，计算出沸腾状态下造纸碱回收蒸发过程各效蒸发器出效黑液浓度，方便蒸发工段黑液浓度的自动控制，提高造纸工艺的运行效率，降低运营成本。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案与以实现。
一种造纸碱回收用蒸发器出效黑液浓度的在线测量装置，其特征在于，包括：
一个测量筒，其底部入口通过管道连通蒸发器的底部，其上部出口分别通过管道连通蒸发器的上部，测量筒的底部入口和上部出口之间的侧壁上设置有上测量点和下测量点；
一个取样泵，设置在测量筒的底部入口和蒸发器的底部之间，向测量筒提供沸腾的黑液；
第一温度传感器，检测上测量点的黑液温度T1；
第二温度传感器，检测下测量点的黑液温度T2；
一个差压变送器，检测上下测量点之间的压差ΔP；
信号处理单元，根据检测上测量点的黑液温度T1、下测量点的黑液温度T2、上下测量点之间的压差ΔP，计算并输出蒸发器出效黑液浓度。
根据热力学基本原理相律F＝S-P+2，其中，F、S、P分别表示自由度数、组分数和相数。可以证明处于沸腾状态时的黑液系统属于双自由度系统，即可以改变的变量有3个：黑液沸腾温度T，黑液柱压力差ΔP及黑液浓度C，但可以独立改变的变量只有2个。即客观上存在三个关系：C＝f1(ΔP，T)，T＝f2(C，ΔP)和ΔP＝f3(C，T)，其中，fi()，i＝1，2，3表示函数关系。
通过大量实验获得现场数据，并采用最小二乘算法和Householder变换对现场数据进行处理，得到如下测量模型：Be(T)＝a1(1-gH/ΔP)-a2(T-15)，其中，T为温度(单位，℃)，这里表征黑液的沸点，Be(t)为当温度为T时的黑液浓度(这里以波美度表示)，ΔP为测试筒两测量点之间的差压(单位，KPa)，H为测试筒两测量点之间的高度差(单位，m)，a1和a2为修正系数，通过辨识得到其数值为a1＝144.3，a2＝0.052，g为重力加速度常数，其数值为9.8m/s2。对于一确定的测量装置，H为一常数，T＝(T1+T2)/2，T1和T2分别表示测试筒上端和下端的温度检测值，因此，只要在线实时得到ΔP，T1和T2，便能通过上述测量模型实时获得沸腾状态下的黑液浓度(即波美度)。
本实用新型的进一步改进和特点在于：
所述信号处理单元包含单片机，以及与单片机连接的信号接口电路。
所述测量筒的上部出口与蒸发器的上部连通的管道上设置有单向阀。
所述测量筒顶端设置有排气阀。
所述测量筒的底部入口并联有冲洗阀和排污阀。
所述测量筒底部设置有脉冲消除器，所述脉冲消除器为开设有多个圆孔的不锈钢板。
本实用新型通过在线测量黑液沸腾温度T、以及具有一定高度差的黑液柱压力差ΔP便能实时快速计算出每一效蒸发器出效的黑液浓度，同时可在现场二次表上进行实时显示，还可以以4-20mA电流的方式远传至集散控制系统DCS上进行显示或参与在线实时控制。因此，本实用新型不但能够快速测量出沸腾状态下各效蒸发器出效黑液的浓度，解决该参数难以在线测量的困难，而且为实时监控每一效蒸发器出效黑液浓度及高级过程控制算法的实施提供了方便，同时在增加少量投资成本的情况下却能明显提高蒸发过程自动化水平，提高造纸工艺的运行效率，降低运营成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。
图1是测量筒的现场连接示意图；
图2是具体的在线测量装置的测量原理和变送装置组成结构示意图；
图3是图2具体电路连接示意图；
图4是脉冲消除器结构示意图。
具体实施方式
参照图1，测量筒L由直径为80mm-100mm的直管道制成，长度为2m-3m，具体长度根据蒸发器高度和现场空间而定，测量筒L侧壁安装有采用透明有机玻璃制作的带刻度尺的视镜1，测量筒L底部设置有脉冲消除器2；测量筒L的底部入口通过管道连通蒸发器的底部，该管道中间依次安装取样阀V1、取样泵B；测量筒L的底部入口处还分别安装有排污阀V2、冲洗阀V3；测量筒L的上部出口通过管道连通蒸发器的上部，该管道中间依次安装排液阀V4、单向阀V6；测量筒L的顶端设置有排气阀V5。来自蒸发器的黑液经取样泵B和取样阀V1进入测量筒L，然后通过排液阀V4和单向阀V6进入蒸发器。正常使用时，取样阀V1和排液阀V4打开，排污阀V2、冲洗阀V3和排气阀V5关闭；当清洗和检修时，取样阀V1和排液阀V4关闭，排污阀V2、冲洗阀V3和排气阀V5相互配合，完成测量筒L的清洗任务。测量筒L的底部入口和上部出口之间设置有上测量点和下测量点，间距固定为H，一般为2m。第一温度传感器，检测上测量点的黑液温度T1；第二温度传感器，检测下测量点的黑液温度T2；一个差压变送器P，检测上下测量点之间的压差ΔP。
参照图2，在具体的在线测量装置中，黑液经取样泵从蒸发器底部进入测量筒，然后回流到蒸发器；差压信号ΔP(上下测量点之间的压差ΔP)和温度信号T1(上测量点的黑液温度T1)和T2(下测量点的黑液温度T2)经信号接口电路传输给中央处理器CPU，以计算出蒸发器黑液的波美度；安装在测量筒外围的阀门的开关状态信号及取样泵运行状态信号也经信号接口电路传输给中央处理器CPU，CPU发出的取样泵启停信号和阀门的开关信号经信号接口电路发送给相应的泵和阀门，以改变其运转或开关状态。信号接口电路接收来自于现场测量传感部分的模拟量和数字量信号，处理后送给89C552 CPU，CPU发出的数字量信号，经信号接口电路转换为4-20mA信号后，发送给外围设备；89C552 CPU主要用于信号的接收、处理和发送，并送给LED、CRT/液晶等外围显示设备进行波美度变送结果的显示；16键数字键盘用于物理量零点、量程、波美度测量数学模型表达式系数等参数的设定和功能键定义等之用；4位半LED用于波美度测量结果的就地实时显示，CRT/液晶显示器用于波美度测量结果的远程显示。
参照图3，芯片89C552是具有MCS-51结构的高集成度8位单片机，内部集成了8K的程序存储器，256个RAM，8路8位A/D转换，两路PWM输出。三路A/D转换设计：第一、第二温度传感器及压差变送器通过I/V转换输入P5.0、P5.1和P5.2进入CPU。两路D/A转换设计：PWM1、PWM0经保持器(LF398)和V/I转换电路输出4-20mA电流，用于为其它设备或DCS提供信号接口。P1.0-P1.7为8路开关量的输出，P2.0-P2.7为8路开关量的输入，P4.0-P4.7完成键盘扫描电路，组成16个键。ICM7211是美国生产的4位LCD驱动电路芯片，YXY4501是4位半的LCD显示器，其信号驱动用P0口驱动，用P4.3-P4.7作为片选输入线，用芯片6845作为CRT驱动接口，驱动CRT/液晶显示。
参照图4，脉冲消除器是由一只开有直径为9-10mm的小圆孔的不锈钢圆盘制成。圆盘直径为80-100mm，且能与上述测量筒配合，固定在测量筒的下部，以消除经过取样泵进入测量筒的黑液流动脉冲，从而使压力测量更加准确。
Claims (6)
1、一种造纸碱回收用蒸发器出效黑液浓度的在线测量装置，其特征在于，包括：
一个测量筒，其底部入口通过管道连通蒸发器的底部，其上部出口分别通过管道连通蒸发器的上部，测量筒的底部入口和上部出口之间的侧壁上设置有上测量点和下测量点；
一个取样泵，设置在测量筒的底部入口和蒸发器的底部之间，向测量筒提供沸腾的黑液；
第一温度传感器，检测上测量点的黑液温度T1；
第二温度传感器，检测下测量点的黑液温度T2；
一个差压变送器，检测上下测量点之间的压差ΔP；
信号处理单元，根据检测上测量点的黑液温度T1、下测量点的黑液温度T2、上下测量点之间的压差ΔP，计算并输出蒸发器出效黑液浓度。
2、根据权利要求1所述的一种造纸碱回收用蒸发器出效黑液浓度的在线测量装置，其特征在于，所述信号处理单元包含单片机，以及与单片机连接的信号接口电路。
3、根据权利要求1所述的一种造纸碱回收用蒸发器出效黑液浓度的在线测量装置，其特征在于，所述测量筒的上部出口与蒸发器的上部连通的管道上设置有单向阀。
4、根据权利要求1所述的一种造纸碱回收用蒸发器出效黑液浓度的在线测量装置，其特征在于，所述测量筒顶端设置有排气阀。
5、根据权利要求1所述的一种造纸碱回收用蒸发器出效黑液浓度的在线测量装置，其特征在于，所述测量筒的底部入口并联有冲洗阀和排污阀。
6、根据权利要求1所述的一种造纸碱回收用蒸发器出效黑液浓度的在线测量装置，其特征在于，所述测量筒底部设置有脉冲消除器，所述脉冲消除器为开设有多个圆孔的不锈钢板。
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