智能型藥液流量計在制藥廠浮選工藝參數自動監測中的作用

1 設計背景

       浮選藥劑用量的準確與否是關系到浮選系統產品灰分及回收率的一項重要因素。目前國內大多數選煤廠在浮選藥劑投加方面仍然由崗位人員靠經驗進行手動操作。

       近年來，一些選煤廠開始探索浮選自動加藥控制，以期達到根據實時監測工藝參數，自動調節加藥量的目的。淮南礦業集團選煤分公司汲取*經驗，在新莊孜、潘一選煤廠進行了浮選自動加藥控制系統的研發，取得了較好效果。

2 浮選工藝系統存在的問題

       浮選作為重介系統后續工藝，是煤泥水處理工藝的重要環節，在整個生產工藝中擔負著重要的角色。新莊孜、潘一選煤廠的浮選生產系統基本一致，進入浮選機的物料由兩臺給料泵給入浮選機的礦漿準備器，起泡劑和捕收劑通過加藥管路加入混合漏斗，煤泥水與藥劑在礦漿準備器內充分混合，然后自流入浮選機中。

       *，影響浮選機分選效果的因素主要有兩點: 一是進入浮選機內的物料濃度需維持在合理范圍; 二是藥劑的用量需與進入浮選機的干煤泥量相匹配。由上述兩廠的系統構成可知，在浮選操作及質量控制方面存在以下問題。

       (1)起泡劑、捕收劑從儲料箱自流至管路再通過普通球閥添加，調量時人工手動調節開度。這種添加方式無法得知添加藥劑的具體數量，只憑崗位司機目測判斷; 其次調節過程比較麻煩，生產數據波動頻繁時，調節頻率增加，因此人工添加很難保證產品質量。

       (2)手動調節無法準確測量浮選機的入料濃度，不利于生產系統的調控，容易造成浮選精煤回收率低。入浮濃度對生產指標的影響較大，需保證其維持在一定范圍。原系統中對這一重要指標并無監測，仍采用人工觀測判斷方式，準確性低。

       (3)手動調節無法測量進入浮選機的實時干煤泥量。在以往的浮選系統中，對物料的流量并無監測，濃度也是由崗位司機間隔性的手動檢測，根本無從得知實時的干煤泥量。這就給生產系統的穩定、產品質量的控制帶來了很大難度，人工添加藥劑往往 “寧多勿少”，容易造成浮選藥劑的浪費。

3 浮選工藝參數自動監測及加自動藥系統設計

3. 1 設計原理

       通過現場試驗檢測，計算入浮濃度和流量，再統計對應手動操作添加的起泡劑和捕收劑總量，找出基本對應數據。完善工藝過程監測系統，主要監測指標有儲漿桶液位、入浮流量、入浮濃度、稀釋水流量等。監測浮選的實時入浮干煤泥量，通過給定關系公式，算出藥劑添加量，由精密藥劑泵進行添加。

3. 2 重要生產數據監測

       由公式 G(干煤泥質量)= L(煤泥水流量)×N(煤泥水濃度)可知，要得到進入浮選機內的干煤泥質量就必須測量出管路中煤泥水的流量及濃度。

       在各臺浮選機入料管安裝電磁流量計，電磁流量計具有測量精度高、安裝方便、可輸出 4～20 mA電流信號等諸多優點。其次，在煤泥水的總管段安裝一臺放射線濃度計，用于測量物料的實時濃度。

3. 3 PLC 可編程控制器的選擇及算法確定

       本系統選用施耐德公司 M340 系列 PLC。在浮選車間現場配置 1 臺 PLC 控制柜，控制柜具有觸摸式人機界面，可供電氣工程師現場調試及崗位司機操作，能現場顯示生產數據及歷史曲線。PLC 讀取電磁流量計、濃度計實時電流信號，通過公式 Q(起泡劑用量)= K 1 ×G(干煤泥量)、B(捕收劑用量)= K 2 ×G(干煤泥量)(K 1 、K 2 取決于工藝需求，后期使用中可根據偏差進行修正)來確定起泡劑及捕收劑的實時用量。CPU 執行內部程序計算出藥劑用量后，輸出至電磁隔膜計量泵執行。

3. 4 執行機構的選擇

       由以往生產數據分析得知，單臺浮選機的*大藥劑消耗量維持在 70 L/h 以下，從而可以確定出計量泵的工作流量范圍。根據計量泵流量小，但要求控制精度高的特點，本案選用了電磁式隔膜計量泵。該種型號的泵具有體積小、安裝方便、控制精度高、隔膜損耗低等優點，還可接受 4～20 mA 電流信號調控，降低了控制系統的復雜性。

3. 5 藥液流量計浮選工藝參數自動監測及自動加藥系統配置

       新莊孜選煤廠、潘一選煤廠的浮選工藝參數自控系統配置如圖 1、圖 2 所示。新莊孜選煤廠在煤泥水總管路上安裝 1 臺濃度計，在每臺浮選機的入料分管路上各安裝 1 臺電磁流量計，每臺浮選機安裝 1 臺起泡劑泵、1 臺捕收劑泵。在循環水總管路安裝 1 臺電磁流量計。4 臺浮選機由同一臺 PLC 站點控制。潘一選煤廠共 5 臺浮選機，除補水方式不同外，其余配置均與新莊孜選煤廠一致。該廠的補水方式為單臺分散補水，故在每臺浮選機的補水管路安裝 1 臺電磁流量計。

3. 6 軟件設計及人機界面

       自動加藥程序流程為更直觀地顯示自動監測及自動加藥系統的運行情況、實時工藝參數，使崗位司機能方便地手動、自動切換控制方式，在 PLC 站點配置了一塊可以實現人機互動的觸摸操作屏幕。通過觸摸屏，可以顯示各臺浮選機的實時工藝參數，顯示每臺計量泵的實時流量。觸摸屏后臺程序還可以收集記錄生產數量歷史曲線，通過點擊日期時間框，可以調取任意一天生產情況和數據，方便生產技術人員調閱分析。

實時趨勢界面可以實時提供藥劑添加量以及入浮干煤泥量的動態信息。在實時趨勢圖上用不同顏色的曲線代表不同的工藝參數。

       歷史趨勢主要的功能是記錄、顯示數據。在歷史趨勢上顯示的信息基本包含了浮選生產的關鍵性參數，同時將這些參數的相關數據保存在觸摸屏的第二驅動器中，可將其從觸摸屏讀取到計算機中，從而進行數據分析和管理。在歷史趨勢界面上通過點擊左上方的日期時間框，可以方便地調取任意一天的生產情況和生產數據。

3. 7 系統優點

       采用傳感器、PLC、計量泵構成的浮選工藝參數自動監測及加自動藥系統，實現了浮選藥劑自動動態添加。這套系統與原依賴人工調節的方式相比，具有以下優點。

       (1)自動化程度高，釋放崗位勞動力。該套系統的起泡劑、捕收劑添加*實現了自動功能，不再依賴崗位司機手動調節，降低了崗位人員的勞動強度。

       (2)藥劑添加實現定量控制，精度高，易于控制浮選產品質量，提升浮選精煤產率。根據生產情況由程序計算得出藥劑需用量，再通過計量泵定量添加。通過程序自動跟蹤生產數據，及時調控藥劑用量，從而保證浮選產品的質量穩定，有效減少精煤的流失，提升產率。

       (3)系統響應迅速，調節速度快。本系統為實時不間斷監測和調控，干煤泥量發生變化時程序會對藥劑的用量實時調整，*實現藥劑用量大小隨生產工藝參數波動而增減。其調控的反應時間控制在 10 s 以內，大大優于人工調控的反應時間，保證了浮選產品的穩定性。

       (4)*計算，節約藥劑用量。藥劑添加量的大小不再依賴人工經驗主觀判斷，杜絕了藥劑用量的浪費。

4 經濟效益分析

4. 1 藥劑用量

       目前 2 個選煤廠自動監測及自動加藥裝置運行效果良好，達到了預期效果。從試生產中藥劑消耗量來看(見表 1)，預計全年藥劑使用量可縮減為該系統投運前的 50%，2 個選煤廠每年可以節約藥劑費 212. 57 萬元。

5 藥液流量計后期展望

       自動化研發建設為生產技術管理人員提供了良好的生產監控、數據分析平臺。相比靠經驗判斷的工作方式，技術人員在生產分析方面掌握了多方數據資源，可以總結歷史數據、分析不同煤質情況下浮選工藝參數的變化，有利于掌握煤泥變化動態，及時調整工藝參數來應對煤質變化。目前本系統實現了監測浮選工藝參數中的入浮濃度、煤泥水流量、藥劑添加量，未能對精礦灰分、尾礦灰分數據實時監測。如將這兩項重要工藝參數采集并進行控制，浮選自動化系統將更加*、更加智能。

6 結 語

       新莊孜、潘一選煤廠浮選工藝參數自動監測及自動加藥系統研發的成功應用，給企業帶來了巨大經濟收益和社會效益。系統的投入使用，提高了對浮選產品質量的控制，有利于技術人員及時掌握生產數據資料，有利于工藝環節的分析與研究，提高了選煤自動化水平。