Измерение сыпучих веществ при производстве цемента и сухой смеси
В статье рассматриваются возможности автоматизации технологических процессов производства сухих строительных смесей с использованием нового поколения микроволновых приборов измерения расхода сыпучих веществ и пыли.
Развитие современных технологий характеризуется тем, что появляются решения, позволяющие не только упростить многие технологические процессы, но и радикально меняющие представление о процессе измерения. Это в полной мере относится к новому поколению микроволновых приборов компании SWR engineering (Германия). Данное предприятие с момента своего создания специализируется исключительно на работе с сыпучими веществами и пылью. В линейке приборов компании SWR engineering - расходомеры сыпучих веществ, измерители влажности, детекторы потока, датчики предельного уровня, детекторы и измерители массового расхода пыли.
Производство цемента и сухих строительных смесей связано с точным дозированием различных сыпучих веществ, входящих в их состав. Именно компонентный состав определяет потребительские свойства цемента и различных сухих смесей и требует самого внимательного отношения к организации технологического процесса дозирования.
Использование традиционных методов весового дозирования связано с необходимостью применения сложных и дорогостоящих весовых схем и электромеханических устройств. Зачастую не удается ограничиться одними весами, так как прибор, используемый для взвешивания основных компонентов, оказывается слишком грубым для малых количеств дополнительных присадок. Применение поточных тензометрических расходомеров требует наличия дополнительных технологических решений, обеспечивающих формирование падающего на чувствительную пластину потока материала.
Значительно проще и элегантнее задача измерения расхода и пропорционального дозирования решается с использованием микроволновых измерителей расхода сыпучих веществ. Особенностью данных расходомеров является то, что они встраиваются непосредственно в трубопровод, сохраняют его герметичность, имеют минимальные требования к прямым участкам, не требуют дополнительных формирователей потока и не создают препятствий движению материала. С точки зрения технологического процесса такой прибор незаметен. В продукции компании SWR engineering представлены три вида микроволновых расходомеров.
Первая группа приборов - это расходомеры для работы с разреженным потоком сыпучих материалов SolidFlow. Используются для очень точного дозирования малого количества ингредиентов (добавок). Прибором формируемся высокочастотное измерительное поле, которое отражается частицами, пролетающими в трубопроводе. Прибор работает в режиме непосредственного подсчета пролетающих частиц за счет высокой частотной селекции отраженного сигнала. Прибор имеет врезную конструкцию и крепится к трубопроводу с помощью приварной втулки.
Вторая группа приборов - это корпусные расходомеры, монтируемые в трубопровод с помощью фланцев и предназначенные для работы с плотным потоком сыпучего материала. Продукция SWR engineering этой группы представлена приборами DensFlow (DN 20 - 125) и MaxxFlow (DN 150, 200, 250), которые аналогичны по принципу действия и различаются по производительности. Принцип действия приборов основан на измерении плотности и скорости потока. В измерительной трубе генерируется высокочастотное поле специальной формы. Материал, движущийся в трубе, поглощает электромагнитную энергию, за счет чего формируется измерительный сигнал, пропорциональный плотности материала. Также с помощью двух датчиков, сигнал с которых поступает на коррелятор, измеряется скорость потока. В результате перемножения измеренных значений плотности продукта (кг/м³), его скорости (м/с) и известной площади сечения измерительной трубы (м²) получается текущее значение массового расхода (кг/с).
 |
| Измерение расхода материала c помощью прибора MaxxFlow |
Третья группа расходомеров - это расходомеры SlideControl для измерения расхода сыпучих материалов в аэрожелобах, которые широко используются при производстве цемента. В основе работы данного прибора лежит новая запатентованная технология, основанная на измерении объемного расхода сыпучего материала, перемещаемого в аэрожелобе, путем измерения высоты перемещаемого материала и его скорости. Плотность материала предварительно вводится в прибор. В результате перемножения измеренных значений скорости (м/с) и высоты материала (м) на известную ширину аэрожелоба (м) получается текущее значение объемного расхода сыпучего материала (м³/с). Произведение рассчитанного объемного расхода (м³/с) на известную плотность материала (кг/м³) позволяет получить текущий массовый расход сыпучего материала (кг/с).
 |
| Система измерения в аэрожелобе SlideControl |
Измеряя поток в трубопроводе, можно отказаться от сложных весовых систем и сделать непрерывными ранее дискретные технологические процессы. Многие задачи дозирования и пропорционального смешивания с расходомерами SWR engineering решаются дешевле и эффективнее.
Другим важным фактором, влияющим на качество и свойства цемента и сухих смесей, является влажность используемых минеральных добавок, которые в процессе производства цемента проходят процесс сушки до заданного уровня (обычно 1 %), исходных компонентов и влажность конечного продукта. Поточный микроволновый измеритель влажности M-Sens 2 позволяет в режиме реального времени контролировать остаточную влажность любого сыпучего материала.
Принцип действия микроволнового измерителя влажности основан на изменении напряженности электромагнитного поля в открытом резонаторе в зависимости от влажности материала, находящегося в зоне действия датчика. Прибор допускает различные варианты установки - в бункеры, миксеры, шнековые податчики, на ленточные конвейеры и в другие технологические конструкции. Абсолютная погрешность измерения прибора - 0,1 % в калиброванном диапазоне. Прибор может использоваться, например, в процессе сушки песка при изготовлении сухих строительных смесей, когда необходимо контролировать остаточную влажность материала на выходе сушилки и управлять на основе результатов измерений временем цикла и/или температурой сушки.
В процессе производства цемента и сухих смесей стоят технологические задачи контроля движения материала в различных трубопроводах, а также процессов наполнения или опорожнения технологических емкостей. Для их решения компанией SWR engineering выпускаются микроволновые детекторы потока FlowJam и датчики предельного уровня ProGap II.
Микроволновый барьер ProGap II - датчик универсального применения, состоящий из приемника и передатчика, расположенных соосно друг против друга, позволяющий контролировать процесс наполнения или опорожнения емкостей, бункеров, силосов и других конструкций. С помощью таких датчиков и радиопрозрачных окон несложно организовать бесконтактное измерение, что актуально при работе с агрессивными и абразивными материалами.
 |
| Детектирование уровня материала в бункере и дозирование разрыхлителя на цементном производстве |
Микроволновый детектор потока сыпучих веществ FlowJam представляет собой недорогое и эффективное решение в тех случаях, когда необходимо контролировать образование пробок (заторов) материала в технологических трубопроводах. Прибор детектирует любые виды потока сыпучих веществ по факту движения материала и различает два граничных условия: поток материала и остановка материала (пробка)/пустая труба. Принцип действия детектора потока основан на эффекте Доплера - изменении частоты отраженного микроволнового сигнала при движении материала в трубопроводе. Прибор мгновенно обнаруживает факт остановки материала и сигнализирует об этом с помощью дискретного выхода.
 |
| Контроль потока гипса после шнекового питателя |
Производство цемента и сухих смесей связано с образованием большого количества пыли, для удаления которой создаются специальные системы аспирации. Измерители и детекторы пыли производства компании SWR engineering являются эффективным инструментом контроля работоспособности и эффективности данных систем. В основе принципа действия данных приборов лежит так называемый трибоэлектрический эффект - каждая частица пыли переносит на чувствительный элемент датчика определенный электрический заряд, который затем измеряется и суммируется.
Измеритель пыли ProSens предназначен для контроля потока пыли в "чистых" частях установок после фильтров. В зависимости от модификации прибор позволяет детектировать пороговый уровень пыли, проводить мониторинг динамики изменения пылевого потока или измерять непосредственно массовый поток пыли.
Детектор пыли Dusty представляет собой более простую и дешевую по сравнению с ProSens модификацию детектора пыли. Прибор разработан для надежного и быстрого обнаружения неисправного фильтра и работает только в режиме детектора пороговых уровней. Прибор предварительно настраивается на некий нормальный уровень концентрации пыли и детектирует его 5-ти кратное и 20-ти кратное превышение.
Практика применения приборов SWR engineering во многих странах мира подтвердила высокую экономическую эффективность технологических решений на их базе. Микроволновые методы измерений позволяют достигнуть высокой точности, оптимизировать технологические процессы, что приводит к снижению затрат и повышению качества конечного продукта. За счет бесконтактных методов измерений обеспечивается высокая надежность и долговечность приборов.