氣動(dòng)三通球閥在連續化結晶工藝改造上的應用
介紹氣動(dòng)三通球閥的組成、工作原理及其在連續化結晶工藝液位控制系統上的應用,可供同行在設計、選型和維護時(shí)參考。
某連續化結晶裝置，原設計是每臺結晶器采用兩臺氣動(dòng)開(kāi)關(guān)球閥控制其內部物料的采出和回流。裝置在自動(dòng)狀態(tài)下運行時(shí)，兩臺閥會(huì )根據結晶器內液位變化交替開(kāi)關(guān)。但是該流程有兩個(gè)不足之處：一是當某個(gè)閥關(guān)閉時(shí)間過(guò)長(cháng)時(shí)，低溫物料會(huì )在該閥前管道內結晶，引起局部堵塞;二是任意一臺結晶器因故障需檢修時(shí)，必須將整個(gè)裝置停車(chē)，造成設備利用率降低。為此，筆者對其進(jìn)行了技術(shù)改造，用一臺三通閥代替原來(lái)的兩臺球閥，并重新設計了控制方案，實(shí)際運行后取得了預期的效果。
1、流程簡(jiǎn)介
改造后的連續化結晶工藝流程如圖1所示。從圖中可以看出，物料首先通過(guò)進(jìn)料泵(輸送泵)從原料槽打入結晶器A內進(jìn)行冷卻降溫;降溫后的物料，通過(guò)翻料泵再從結晶器A翻到結晶器B內，進(jìn)一步冷卻降溫;依此類(lèi)推，物料一直翻到結晶器F內繼續冷卻降溫;最后結晶器F內含有晶體的物料，再用翻料泵送到離心分離工序進(jìn)行離心、烘干和包裝，得到合格產(chǎn)品。
圖1 改造后的連續化結晶工藝控制流程
每一臺結晶器用三通閥控制液位：當結晶器內液位高于高設定值時(shí)，通過(guò)DCS控制閥門(mén)自動(dòng)將物料翻到下一級結晶器;當結晶器內液位低于低設定值時(shí)，通過(guò)DCS控制閥門(mén)自動(dòng)回流循環(huán)。每一臺結晶器都通過(guò)調節閥控制冷卻水量保證冷卻溫度。
當任意一臺結晶器需要檢修時(shí)，操作員只需在手動(dòng)狀態(tài)下按如圖2所示的檢修按鈕，同時(shí)將現場(chǎng)的手動(dòng)旁路閥打開(kāi)，將手動(dòng)進(jìn)料閥和手動(dòng)回流閥關(guān)閉即可。此時(shí)物料將經(jīng)閥門(mén)直接從上一級結晶器進(jìn)到下一級結晶器，將其從系統中解列出來(lái)以便檢修。
圖2 操作員操作界面
2、氣動(dòng)三通球閥組成和工作原理
氣動(dòng)三通球閥由電磁閥、三位式氣動(dòng)執行器和三通閥閥體組成，各部分的原理和功能分別敘述如下。
2.1、電磁閥結構原理
無(wú)論是兩位式還是三位式氣動(dòng)執行器，都需要用電磁閥來(lái)控制氣路切換，實(shí)現閥門(mén)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
對于單電控線(xiàn)圈得電后電磁閥換向，失電后在閥內彈簧的作用下電磁閥復位。電磁閥和執行器氣缸之間可采用8～12mm銅管(塑料管)連接或NAMUR方式連接。
電磁閥按內部結構不同可分為兩位三通和兩位五通兩種。兩位三通工作方式下的電磁閥包括一個(gè)進(jìn)氣孔(接進(jìn)氣氣源)、一個(gè)出氣孔(提供給氣缸氣源)和一個(gè)排氣孔(安裝消聲器)，它通常和單作用氣缸配套使用，實(shí)現對閥門(mén)啟閉的兩位式控制;兩位五通工作方式下的電磁閥具有一個(gè)進(jìn)氣孔(接進(jìn)氣氣源)、一個(gè)正動(dòng)作出氣孔和一個(gè)反動(dòng)作出氣孔(分別為氣缸提供一正一反動(dòng)作的氣源)、一個(gè)正動(dòng)作排氣孔和一個(gè)反動(dòng)作排氣孔(均安裝消聲器)，它通常和雙作用氣缸配合使用，實(shí)現對閥門(mén)啟閉的兩位式控制。電磁閥線(xiàn)圈電壓等級一般采用24V(DC)、220V(AC)等，并有防爆與非防爆之分。
2.2、三位式氣動(dòng)執行器結構原理
三位式氣動(dòng)執行機構提供了一種0°-45°-90°或0°-90°-180°的操作方式。中間位置是由兩個(gè)輔助活塞移動(dòng)產(chǎn)生機械制動(dòng)來(lái)實(shí)現的，這個(gè)中間位置可根據需要進(jìn)行調整。因三位式氣動(dòng)執行機構有全關(guān)、中間和全開(kāi)3個(gè)位置，故需要兩個(gè)兩位五通電磁閥或3個(gè)兩位三通電磁閥來(lái)控制氣源切換，實(shí)現旋轉動(dòng)作。具體操作過(guò)程、三位式氣缸的位置示意和電磁閥的動(dòng)作次序見(jiàn)表1。
表1 三位式氣動(dòng)執行器結構原理
3、三通球閥結構原理
三通球閥是指有三通口的球閥，它用于控制介質(zhì)的流向以實(shí)現一進(jìn)一出、一進(jìn)二出(分流)及二進(jìn)一出(合流)等，其中任一通口都可用作介質(zhì)的入口而無(wú)泄漏。根據應用場(chǎng)合不同，其內部球體可制成L形和T形兩種通口。因三通閥內部球體形式的差異，使得閥門(mén)3個(gè)口之間的連通有多種組合，可以滿(mǎn)足各種工況對介質(zhì)不同流向的控制要求。
由于本裝置中使用的三通閥需要3個(gè)兩兩相通的流路，因此選用T形通口的閥(各通口間的流通通路如圖3所示)配三位式氣動(dòng)執行機構。
圖3 三通閥流通通路示意圖
對于電磁閥形式和數量各生產(chǎn)廠(chǎng)家會(huì )根據自己生產(chǎn)的三位式氣動(dòng)執行機構的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。
當選兩個(gè)24V直流防爆型兩位五通電磁閥來(lái)控制時(shí)，電磁閥A負責開(kāi)關(guān)，其輸出口2、4分別接主氣缸的口2、4;電磁閥B負責限位，其輸出口2、4分別接輔助氣缸的口C、D。選3個(gè)24V直流防爆型兩位三通電磁閥來(lái)控制時(shí)，電磁閥A負責開(kāi)，其輸出口2接主氣缸的口2;電磁閥B負責關(guān)，其輸出口2接主氣缸的口4;電磁閥C負責限位，其輸出口2接輔助氣缸的口D。
