本實用新型涉及密度測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是合成氯丁橡膠行業(yè)的聚合反應(yīng)釜中乳液密度的在線無耗測試裝置。
背景技術(shù)：
氯丁橡膠是由氯丁二烯為主要原料進(jìn)行聚合而生產(chǎn)的合成橡膠，由于其良好的物理機(jī)械性能(耐油，耐熱，耐燃，耐日光，耐臭氧，耐酸堿，耐化學(xué)試劑，較高的拉伸強(qiáng)度、伸長率和可逆的結(jié)晶性，粘接性好)而被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。
氯丁橡膠以乳液聚合法生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝流程多為單釜間歇聚合。氯丁二烯在聚合釜內(nèi)進(jìn)行聚合反應(yīng)的特點是速度快、熱效應(yīng)明顯，并且聚合過程中若進(jìn)入空氣將會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。聚合釜內(nèi)乳液密度作為監(jiān)測聚合反應(yīng)進(jìn)程的最為重要的過程變量之一，受到了格外重視。
用于生產(chǎn)氯丁橡膠的聚合釜內(nèi)壁為搪瓷表面，頂部設(shè)有防爆電機(jī)、減速器，并有攪拌器置于釜內(nèi)部。鑒于這些現(xiàn)場情況的限制，現(xiàn)有聚合釜內(nèi)乳液密度的測試方法多現(xiàn)場人員手動操作，具體為：現(xiàn)場人員接到密度測試指令后，操縱企業(yè)現(xiàn)有高壓氮氣供應(yīng)系統(tǒng)將聚合釜內(nèi)乳液壓出至一量筒中，將玻璃密度計插入其中，讀出密度數(shù)值后，將測試后的乳液廢液倒入廢液收集器中，然后再將密度信息告知中央控制室人員。易見，這種人員手動操作方式將會受到職工責(zé)任心、操作熟練程度及環(huán)境溫度的影響，無法實現(xiàn)高精度、在線連續(xù)測試，無法實現(xiàn)中央集中控制；現(xiàn)場人員操作頻繁，勞動強(qiáng)度大，乳液浪費嚴(yán)重；在測試過程中，氯丁膠乳會排出有毒氣體，會對環(huán)境及現(xiàn)場人員造成危害。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：如何克服背景技術(shù)中的不足，實現(xiàn)聚合釜內(nèi)乳液密度的高精度、在線連續(xù)測試。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種聚合釜內(nèi)乳液密度測量裝置，包括密封容器、密度變送器、控制系統(tǒng)、顯示裝置，密封容器底部有乳液進(jìn)出口，乳液進(jìn)出口通過第一閥門連接聚合釜，乳液進(jìn)出口通過第二閥門連接廢液收集器，密度變送器安裝在密封容器的上蓋，密度變送器下部處于密閉容器內(nèi)部，處于密閉容器內(nèi)部的密度變送器的不同高度水平面上分別安裝有第一液壓傳感器和第二液壓傳感器，第一液壓傳感器、第二液壓傳感器、顯示裝置、第一閥門、第二閥門連接控制系統(tǒng)。
作為一種優(yōu)選方式：密封容器的上蓋上有高壓進(jìn)氣孔，高壓進(jìn)氣孔通過第三閥門連接高壓氣源，第三閥門連接控制系統(tǒng)。
作為一種優(yōu)選方式：高壓氣源為高壓氮氣容器。
作為一種優(yōu)選方式：密封容器的上蓋上安裝有沖洗管路，沖洗管路的進(jìn)口通過第四閥門連接水源，沖洗管路的出口有兩個噴嘴，第一噴嘴對應(yīng)第一液壓傳感器，第二噴嘴對應(yīng)第二液壓傳感器，第四閥門連接控制系統(tǒng)。
本實用新型的有益效果是：1.運用本裝置可以實現(xiàn)聚合釜內(nèi)乳液密度的高精度、在線連續(xù)、全自動測試；2.在測量過程中氯丁橡膠聚合釜內(nèi)的乳液與空氣完全隔絕，杜絕了空氣對乳液的污染，也避免了乳液蒸汽對現(xiàn)場人員的健康危害；3.測試完成后，乳液全部返回至聚合釜內(nèi)，沒有乳液的污染，也沒有損耗和浪費；4.得到的密度數(shù)據(jù)可以就地顯示、存儲與遠(yuǎn)距離傳輸至中央控制室；5.自身帶有故障提示和自動清潔功能，可以大大減輕現(xiàn)場操作人員的勞動強(qiáng)度。
附圖說明
圖1是本實用新型的機(jī)構(gòu)示意圖；
其中，1、高壓進(jìn)氣孔，2、第一液壓傳感器，3、密封容器，4、第一噴嘴，5、乳液進(jìn)出口，6、密度變送器，7、上蓋，8、第二噴嘴，9、第二液壓傳感器。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型裝置包括密封容器、密度變送器、控制系統(tǒng)、顯示裝置，控制系統(tǒng)包括直流電源、PLC控制器、蜂鳴器、控制器殼體、按鈕面板，密封容器內(nèi)壁經(jīng)搪瓷處理，為能夠承受1兆帕壓強(qiáng)的密閉空間，密封容器底部有乳液進(jìn)出口，乳液進(jìn)出口通過第一閥門連接聚合釜，乳液進(jìn)出口通過第二閥門連接廢液收集器，密度變送器安裝在密封容器的上蓋，密度變送器處于密封容器里的部分的外表面為304不銹鋼或哈氏合金材質(zhì)，密度變送器處于密封容器里的部分的不同高度水平面上分別安裝有第一液壓傳感器和第二液壓傳感器，第一液壓傳感器、第二液壓傳感器、顯示裝置、第一閥門、第二閥門連接控制系統(tǒng)。密封容器的上蓋上有高壓氮氣進(jìn)氣孔和出氣孔(出氣孔未畫出)，高壓氮氣進(jìn)氣孔通過第三閥門連接高壓氣源，第三閥門連接控制系統(tǒng)，出氣孔通過第五閥門和抽氣機(jī)連接氣體收集器。密封容器的上蓋上安裝有沖洗管路，沖洗管路的進(jìn)口通過第四閥門連接水源，沖洗管路的出口有兩個噴嘴，第一噴嘴對應(yīng)第一液壓傳感器，第二噴嘴對應(yīng)第二液壓傳感器，第四閥門連接控制系統(tǒng)。
本實用新型使用過程如下：
第一，設(shè)定系統(tǒng)時間T0，接入聚合釜內(nèi)乳液的時間T1，接入高壓氮氣的時間T2，沖洗時間T3，密度測量的間隔時間T4，密度量程上限G1，密度量程下限G2；
第二，由控制系統(tǒng)檢測各電磁截止閥(既第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第五閥門)是否處于關(guān)閉狀態(tài)，若處于未關(guān)閉狀態(tài)，則提示報警；
第三，到達(dá)密度測量時間或接到密度測試命令后，打開第一閥門和第五閥門，并持續(xù)T1時間，讀取密度變送器中第一液壓傳感器和第二液壓傳感器的乳液靜壓強(qiáng)數(shù)值P1和P2，由ρ＝(P2-P1)/(g*H)得出乳液的密度數(shù)值，其中g(shù)為重力加速度，上述密度數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)傳輸至顯示及按鈕面板做就地顯示，并進(jìn)行存儲和遠(yuǎn)傳；
第四，關(guān)閉第五閥門，打開第三閥門，并持續(xù)T2時間，通過高壓氮氣將完成密度測試任務(wù)的乳液排回至聚合釜；
第五，關(guān)閉第三閥門和第一閥門，打開第四閥門和第二閥門，并持續(xù)T3時間，由企業(yè)供水系統(tǒng)提供的純水通過第一噴嘴和第二噴嘴沖洗密度變送器的第一液壓傳感器和第二液壓傳感器，并將廢水排入廢液收集器。
使用PLC作為控制系統(tǒng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，通過PLC編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理、建立乳液密度數(shù)據(jù)庫、傳感器檢測、數(shù)據(jù)通信、電磁閥動作控制及沖洗控制和故障診斷、報警；所有數(shù)據(jù)常量以及現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)均存儲在PLC的掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲區(qū)，可以通過手持終端修改數(shù)據(jù)常量、讀取測量數(shù)據(jù)，也可以通過串行通訊的方式實現(xiàn)上述功能；考慮到環(huán)境溫度變化、電源電壓波動、振動對壓力傳感器讀數(shù)的影響，引入雙正交小波變換對壓力信號進(jìn)行處理，經(jīng)分析，本裝置所選壓力傳感器的讀數(shù)漂移不是一個平穩(wěn)隨機(jī)過程，漂移模型描述為：
ε(t)＝ε0+A sin(2πft+θ0)+σn(t)+w(t)
式中，ε0為壓力傳感器常值零偏；A為周期分量的幅值；f為周期分量的頻率；θ0為初始相位；n(t)為高斯白噪聲，其強(qiáng)度為σ；w(t)為有色噪聲，而雙正交小波具有緊支撐和對稱性，利用這一性質(zhì)既可以有效過濾信號中的噪聲，又可以精確地還原信號，為系統(tǒng)的精確測量打下基礎(chǔ)；由于試樣采集量對于測量精度有一定的影響，本裝置采用模糊PID算法實現(xiàn)對進(jìn)液電磁閥的控制，從而精確控制試樣的進(jìn)液量，用于沖洗工作的高壓氮氣及純水均來自企業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)，不會顯著增加企業(yè)成本。
盡管本實用新型自身獨立工作已能完成廠方對液體密度測量精度的要求；但是，如果能夠與車間內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備(特別是聚合釜內(nèi)液體的高壓氮氣壓出設(shè)備)和DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行更好配合的話，將能實現(xiàn)密度測量過程完全自動化和密度測量數(shù)據(jù)的存儲、分析、報警等功能。那么，按照聚合釜車間現(xiàn)有設(shè)備及DCS控制系統(tǒng)的可拓展性，本套測試系統(tǒng)將能夠具備以下三個層次的自動化程度；相對應(yīng)地，現(xiàn)場人員的操作任務(wù)及工作職責(zé)也將不同。
第一層次，無法或無需與高壓氮氣泵及DCS控制系統(tǒng)配合工作，僅由本裝置獨立完成液體密度檢測工作。現(xiàn)有高壓氮氣泵由于某些條件的限制，或者由于高壓氮氣泵擔(dān)負(fù)其它工作任務(wù)無法由本裝置中的PLC控制器控制其啟、停；同時，現(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)的可擴(kuò)充性能不高，無法將本裝置檢測得到的液體密度信息傳輸?shù)街醒爰厥遥⒓{入其集中監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫中，將導(dǎo)致完全由本裝置獨自完成液體密度的檢測工作。
在這種情況下，需要現(xiàn)場人員操控高壓氮氣泵的啟、停，監(jiān)視液體在密度傳感器安裝總成內(nèi)的液位；然后由現(xiàn)場人員按動按鈕控制本裝置完成密度檢測，并在需要的情況下將密度信息匯報給中央集控室工作人員。在日常的班檢、周檢中，需要現(xiàn)場人員檢查本裝置中接觸液體部分的堵塞情況、各管道和閥門的漏液和腐蝕情況、廢液收集容器中液體是否需要清理、清水箱和廢水收集箱內(nèi)液體是否需要更換清理、各接線端子處的牢固情況等。
這種情況需要廠方的協(xié)調(diào)工作最少，僅需要車間指定本裝置的安裝位置、電源位置、廢液處理方式、管路連接尺寸等內(nèi)容。
第二層次，高壓氮氣泵可由本裝置中的PLC控制器控制其啟、停，但DCS控制系統(tǒng)的可擴(kuò)充性能不高。在這種情況下，本裝置將通過固化在PLC中的程序自動控制高壓氮氣泵的啟、停。現(xiàn)場人員按動按鈕后，由本裝置自動完成氮氣泵的啟、停，自動完成密度檢測工作，自動完成密度信息的就地顯示，但無法自動將密度信息匯報給中央集控室，也無法在中央集控室里啟動密度檢測系統(tǒng)。
在這種情況下，除了上面提到的協(xié)調(diào)工作外，還需要廠方提供高壓氮氣泵的控制方式、電氣接線圖等內(nèi)容。
第三層次，高壓氮氣泵可由本裝置中的PLC控制器控制其啟、停，并且可將檢測得到的密度信息自動傳輸?shù)街醒爰厥遥瑢⑵浼{入到DCS控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。在這種情況下，既可以在聚合釜車間啟動本裝置完成密度檢測工作，也可以在中央集控室下達(dá)命令自動完成密度檢測工作。
在這種情況下，廠方不但需要提供高壓氮氣泵的相關(guān)控制信息外，還需要提供DCS控制系統(tǒng)的通信協(xié)議、組態(tài)信息等內(nèi)容。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方案對本實用新型所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實用新型的具體實施只限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，做出若干等同替代或變形，且性能與用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實用新型的保護(hù)范圍。