一种智能物料溶解温控系统的研究与设计

王文，刘志信，郭金妹

一种智能物料溶解温控系统的研究与设计

王文1，刘志信1，郭金妹2

（1.江西金世纪新材料股份有限公司，江西 南昌 330000；2.江西应用技术职业学院，江西 赣州 343000）

为了有效提高物料溶解系统的温度控制精度，在研究传统冶炼技术和现有控制方法的基础上，设计了一种智能物料溶解温控系统，利用DCS控制系统不断采集系统的水位信号和温度信号，通过设置水位和温度的阈值控制切断阀的开和关，实现对物料溶解系统的温度和水量的智能控制。相较于企业目前常规控制方法，该设计有效保持物料溶解溶度的一致性，实现智能控制，大大提高了物料利用率和产品生产效率。

物料溶解系统；DCS控制系统；智能控制；系统设计

在传统湿法物料冶炼中，由于工艺要求，在进行沉淀工序时通常需要溶解不同的沉淀剂与沉淀物反应，溶解过程使用反应釜通过不断烧热水通蒸汽进行配制。在通蒸汽溶解沉淀剂的过程中，对温度控制十分重要，温度过高会使得某些物料分解且易挥发，而温度低于某一临界值时又不能使物料完全溶透。当蒸汽温度无法精准控制时，容易造成物料浪费，从而导致整体的生产成本上升，因此，将物料控制在不挥发且可以完全溶解的温度范围内是业界一直以来的难题。

针对上述难题，较多企业采用的解决方法是，在溶解物反应锅内加装一个热电阻并在现场放置一个温控仪表实时显示温度，在溶解物料时，工人们根据仪表显示进行手动调节水温，但由于是人工操作，水温和水位都不易控制，且在生产过程中由于是人工进行操作，工人们很容易因为工作忙碌等原因导致反应釜（反应锅）内放水过多或过少。水量随意调节，水温不易控制，导致溶解物浓度不受控，从而使溶解物浓度的一致性较差，最终影响沉淀工序的冶炼质量。同时，手动控制水温和水量，增加了工人的工作量，大大降低了产品生产效率。

因此，本文立足于当前企业现状，解决现有技术的不足，提出了一种智能物料溶解温控系统。系统采用DCS控制系统，不断采集系统的水位信号和温度信号，通过设置水位和温度的阈值控制切断阀的开和关，实现对物料溶解系统的温度和水量智能控制，提高了物料利用率和产品生产效率。

1 智能物料溶解温控系统设计

湿式冶炼的物料溶解设备主要包括了物料溶解的反应釜和给反应釜供应热水的热水桶，热水桶的出水管连接于反应釜，水管上设有控制输水管开关的热水切断阀和PPR阀，反应釜上插入安装有检测釜内液位的电子液位计，热水切断阀的开与关通过电子液位计反馈的液位信号来控制，其设备原理如图1所示。

图1 设备原理图

水箱蒸汽管上安装有蒸汽切断阀和检测箱内温度的热电阻，蒸汽切断阀通过热电阻反馈的水温信号来控制阀体的开关。蒸汽切断阀、热电阻、热水切断阀以及电子液位计均设置在DCS控制电路上，且该DCS控制电路上还设置有监测水箱压力的压力变送器，根据压力变送器传送的压力信号和温度信号来控制热水切断阀的开关，从而实现对热水桶内水位和水温的控制。为了保证检修切断阀时不影响生产，设备的每一管路用于检修的阀均设置为3个。

2 智能物料溶解温控系统的DCS实现

本文设计的温控系统采用了自动化的控制系统来控制反应釜添加的热水量，蒸汽加入管通过通入蒸汽给热水桶内进行水温控制。蒸汽切断阀和热电阻构成一个蒸汽控制单元，工作时，热电阻将测量出的水箱温度的温度信号不断地反馈发送给蒸汽切断阀，蒸汽切断阀上设置有两个临界阀值，分别是高温阀值和低温阀值，当温度的数值信号低于低温阀值，则蒸汽切断阀打开；当温度的数值信号高于高温阀值，则蒸汽切断阀关闭，从而实现对水箱内热水的温度控制。同时，通过控制热水桶内的水温也可以控制后续输送到反应釜内的水温。

蒸汽电动阀DCS控制原理如图2所示。

图2 蒸汽电动阀DCS控制

设备的热水切断阀和电子液位计构成了一个热水控制单元，电子液位计可以不断地将反应釜内的水位信号发送给热水切断阀，热水切断阀上设置有临界的水位阀值，当水位超出临界的水位阀值时，热水切断阀自动的关闭；反之，当水位低于临界的水位阀值时，热水切断阀则为打开。

在生产过程中，开始投料时关闭切断阀上PPR阀，以免所溶物料在输送至沉淀用时因水位变化而补水。每轮工作结束时应关闭反应釜上PPR阀，以防电子液位计低阀值而进水。

热水电动阀DCS控制原理如图3所示。

图3 热水电动阀DCS控制

DCS控制电路根据水位信号和温度信号控制切断阀开关，进而实现对水位和水温的智能控制，从而保证水位和水温在正常范围内，实现了自动智能控制，不仅使得物料浓度一致性得到保障，提高了产品质量，还有效提高了生产效率。

3 结束语

本设计采用了DCS控制系统，不断采集系统的水位信号和温度信号，通过设置水位和温度的阈值控制切断阀的开关，实现对物料溶解系统的温度和水量的智能控制。相较于企业常用方法，本设计增加了热水桶，结合反应釜，实现水位和水温的双重控制，保持沉淀剂溶度的一致性，提高了物料利用率，节约了能源，生产效率得到有效提高。同时，物料溶解系统引入DCS智能控制，使得在实际生产时工人们只需进行开关PPR阀和投料作业即可，极大地减少了工作量，提高了工作效率，具有一定的推广应用价值。

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TP273

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.031

2095－6835（2019）20－0076－02

〔编辑：王霞〕