CN109142900A - 一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电荷电量的测量技术领域，公开了一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统，包括放料球阀、进料口管道、安装在进料口管道内的杆球传感器、离子风消电器、控制离子风消电器的消电器控制柜、为离子风消电器供风的送风系统、控制送风系统、消电器控制柜、球杆传感器和放料球阀的PLC远程控制柜。本发明有效实现对聚烯烃粉体输送过程中粉体静电的远程、实时在线监控，有效控制料仓内静电电位，防止静电放电，方便操作人员，保证聚烯烃粉体仓储运输和装卸作业安全。

Description

一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统

技术领域

本发明属于电荷电量的测量技术领域，具体涉及一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统。

背景技术

聚烯烃材料通常指乙烯、丙烯或高级烯烃的聚合物,性能优异，价格低廉，被广泛应用于电子电器、包装、农业、汽车、通讯和建筑等国民经济的各个方面。聚烯烃材料生产过程中，高绝缘的可燃性粉粒料经风送输运、粉碎、筛分、搅拌分离等过程中产生静电积聚，可使储存粉料、颗粒料的料仓内粉体电位可在40kV以上，其静电燃爆一直是国内外防灾研究关注的难点。为保障料仓运行安全，国内外学者一致认为应将进入料仓的粉体荷质比(单位质量物料的带电量)控制在0.3-0.4μC/m³以下。当荷质比超过极限值时,每一粉体粒子的表面电场强度足以使周围的大气电离,将会引起粉体静电放电。因此,荷质比的测量对于预防静电放电事故具有重要意义。

目前料仓粉体静电带电量检测主要是通过法拉第筒原理人工手动操作完成，难以做到在聚烯烃生产过程中对所需粉体静电的实时监测。专利CN203965528U公布了一种聚烯烃料仓静电监测器，其原理是在输送介质管壳体上的短接内固定了法拉第筒，通过法拉第筒测试物料荷质比，同时防止法拉第筒堵塞风送管道，但是该粉体静电监测装置需要手动操作，难以实现实时监测。专利CN1548966A公布了一种粉体静电监测器，其工作原理是在管道内设置可倾倒的定容电荷室，检测电荷室内物料带电量，本质上仍采用法拉第筒原理测试物质荷质比。

本技术方案解决目前聚烯烃生产过程无法对风送粉体的静电进行实时监测的问题，实现粉体静电在线监测与消除。保证进入料仓的粉体静电量实时控制在安全值以下，保证料仓内部不会因粉体静电大量积聚而发生燃火性放电现象，保障聚烯烃生产作业安全。

发明内容

为解决聚烯烃生产过程中风送粉体静电无法实时监测与消除的问题，提供一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统，实时检测与控制风送至料仓口的粉体/颗粒静电带电量，防止料仓内部因带电粉体积聚而产生燃火性高能静电放电，保证料仓安全，采用下述技术方案予以实现：

一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统，包括放料球阀、进料口管道、安装在进料口管道内的杆球传感器、离子风消电器、控制离子风消电器的消电器控制柜、为离子风消电器供风的送风系统、控制送风系统、消电器控制柜、球杆传感器和放料球阀的PLC远程控制柜。PLC远程控制系统控制风送粉体静电带电量实时监测系统和风送粉体静电消除系统正常工作，记录监测数据。

杆球传感器有两个，靠近放料球阀的为第一杆球传感器，测量粉体电荷密度大小，远离放料球阀的为第二杆球传感器，检测粉体静电消除效果。

风送粉体静电带量的实时监测是采用杆球传感器，通过感应管道内部电场变化检测带电物料在进入料仓之前所携带的静电，两个杆球传感器(粉体静电荷传感器，包括传感器本体和探测杆球)通过法兰安装在料仓进料口前端竖直风送物料管道上；风送粉体静电的消除是利用电荷中和原理，通过对电极针施加高电压，使空气分子电离，由送风系统将正负离子吹送到输粉管道中，实现对粉体静电荷的消除。

离子风消电器包括消电器本体、送风口、离子风消电器电源、流量表、压力表和电磁阀。

进料口管道还包括安装法兰。

粉体输送作业开始前，PLC远程控制系统指令送风系统给离子风消电器送风，电磁阀和压力表将启动信号和实时风压值传送给消电器控制柜，当风压值达到设定值以上，消电器控制柜启动离子风消电器电源，同时传送信号给PLC远程控制柜，PLC远程控制柜指令球杆传感器开启，启动放料球阀，物料开始气力输送。

根据第一球杆传感器测得的粉体电荷密度大小，消电器控制柜调整离子风消电器电源的电压或电压极性，第二干球传感器监测粉体静电消除效果，反馈信号至消电器控制柜，根据反馈信号，消电器控制柜校正电源输出高压，实现最佳消电效果，控制粉体电荷密度始终在安全值范围内。

结合风送粉体静电带电量实时监测系统，建立粉体静电监测与联锁控制系统，实现静电监测系统与静电消除系统互为反馈系统，利用安装在两杆球传感器中间的正压离子风消电器消除粉体静电，并根据静电监测反馈数据自动调节离子风流的大小和极性，保证作业安全。主要设备包括：消电器：包括消电器本体，安装法兰，安装管道；消电器电源控制器：交流高压电源，电源控制装置；粉体静电荷传感器：传感器本体，探测杆球，安装法兰，安装管道；风压监测系统：气体流量表，气压表，电磁阀；PLC远程控制柜。

粉体静电监测系统感知料仓口前端竖直管道内电场变化，准确的检测风送过程中粉体颗粒的带电量，当粉体带电量较大时，通过对粉体消除器的电极针施加高压，使空气分子电离，由风送系统将正负离子吹送到粉体输送管道中，实现实时检测、控制与消除风送至料仓口的粉体/颗粒静电带电量，防止粉体带电量异常增高情形发生，防止料仓内部因带电粉体积聚而产生燃火性高能静电放电，保证料仓安全。

本技术方案有效实现对聚烯烃粉体输送过程中粉体静电的远程、实时在线监控，有效控制料仓内静电电位，防止静电放电，方便操作人员，保证聚烯烃粉体仓储运输和装卸作业安全。

附图说明

图1：本发明一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统结构示意图。

其中，1.放料球阀；2.安装管道；3.安装法兰；4-1.第一杆球传感器；4-2.第二杆球传感器；5.离子风消电器；5-1.消电器本体；5-2.送风口；5-3.离子风消电器电源；5-4.流量表；5-5.压力表；5-6.电磁阀；6.PLC远程控制柜；7.消电器控制柜；8.送风系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统，包括放料球阀、进料口管道、安装在进料口管道内的杆球传感器、离子风消电器、控制离子风消电器的消电器控制柜、为离子风消电器供风的送风系统、控制送风系统、消电器控制柜、球杆传感器和放料球阀的PLC远程控制柜。

杆球传感器有两个，靠近放料球阀的为第一杆球传感器，远离放料球阀的为第二杆球传感器。

离子风消电器包括消电器本体、送风口、离子风消电器电源、流量表、压力表和电磁阀。

进料口管道还包括安装法兰。

粉体输送作业开始前，PLC远程控制系统指令送风系统给离子风消电器送风，电磁阀和压力表将启动信号和实时风压值传送给消电器控制柜，当风压值达到设定值以上，消电器控制柜启动离子风消电器电源，同时传送信号给PLC远程控制柜，PLC远程控制柜指令球杆传感器开启，启动放料球阀，物料开始气力输送。

根据第一球杆传感器测得的粉体电荷密度大小，消电器控制柜调整离子风消电器电源的电压或电压极性，第二干球传感器监测粉体静电消除效果，反馈信号至消电器控制柜，根据反馈信号，消电器控制柜校正电源输出高压，控制粉体电荷密度。

如图1所示，本技术方案的第一杆球传感器4-1、第二杆球传感器4-2和离子风消除器5通过法兰3安装在料仓进料口前端竖直风送物料管道2上。杆球传感器感应管道内部电场变化检测带电物料在进入料仓之前所携带的静电，其检测基于以下设计原理：

假设无限长圆柱管道充满带电粉体，粉料电荷密度为ρ，根据高斯定理可得管道断面r处的电位为：

式中：r₀为管道半径，m；r为管道内任意一点到轴心的距离，m；V_r为管道内任一点r处电位，V；ε为油品介电常数，F/m。

当r＝0时，根据公式(1)，粉体电荷密度：

式中V₀是管道中心粉体的电位。

根据以上原理设计杆球传感器，需满足：

(1)杆球传感器与管线线度相比要小的多，但杆球要有一定机械强度；(2)测量仪表输入阻抗足够大，保证测量系统本身尽量无电荷泄漏；(3)电荷密度近似均匀；(4)杆球传感器及其引线必须与金属管道绝缘，同时防止渗漏。

风送粉体静电带电量实时监测系统4由两个杆球传感器(粉体电荷监测仪4-1和4-2)安装料仓进料口前端竖直安装管道2上用于检测粉体通过安装在管道上的静电消除系统5前后时的静电带电量大小。

离子风消电器5通过对电极针(消电器本体5-1)施加高电压，使空气分子电离；送风口5-2通过风量流量表5-4、压力表5-5和电磁阀5-6连接风送系统8，送风系统8通过送风口5-2正压吹风将正负离子吹送到输粉管道中，实现对粉体静电荷的消除，其中离子风消电器电源5-3为消电器本体5-1提供工作电压。

PLC远程控制柜6感知第一杆球传感器4-1和第二杆球传感器4-2检测的粉体电荷信号，控制与调节消电器控制柜7和风送系统8信号。

离子风消电器电源5-3采用交流电源或脉冲交流电源设计。依据第一杆球传感器4-1所测粉体电荷密度大小，消电器控制柜7调整离子风消电器电源5-3电压的高低或电压极性；第二杆球传感器4-2用于监测粉体静电消除效果，并反馈信号至消电器控制柜7；根据反馈信号，消电器控制柜7进一步校正电源输出高压，实现最佳消电效果，控制粉体电荷密度始终在安全值范围内。

在粉体输送作业开始前，由PLC远程控制柜6指令送风系统8送风，电磁阀5-6和压力表5-5将启动信号和实时风压值传送给消电器控制柜7；当风压值达到规定值之上并保持一定时间后(延迟时间可设定)，消电器控制柜7则启动离子风消电器电源5-3；同时，传送信号给PLC远程控制柜6，PLC远程控制柜6指令杆球传感器4-1和/或4-2工作，并启动放料球阀1，物料开始气力输送。

消电器控制柜7根据杆球传感器4-1/4-2所反馈的电荷值，对消电器电源5-3调节控制，使粉体静电电荷密度控制在安全范围内。

粉体静电监测与消除控制系统所有设备与经防爆认可的相关设备配套共同组成，可用于现场存在爆炸性粉体混合物的危险场所。系统接线同时遵守相关设备的使用说明书要求。管道法兰安装处防止有气体、粉体渗漏。

所有设备的连接电缆为带绝缘护套的屏蔽电缆，屏蔽层接地，杜绝损坏现象发生；设备的安装、使用和维护同时遵守产品说明书及下列相关标准、规范的要求：GB3836.13-2013爆炸性环境第13部分：设备的修理、检修、修复和改造；GB3836.15-2000爆炸性气体环境用电气设备第15部分：危险场所电气安装(煤矿除外)；GB3836.16-2006爆炸性气体环境用电气设备第16部分：电气装置的检查和维护(煤矿除外)；GB50257-2014电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范。

实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其进行任何限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统，其特征在于：包括放料球阀、进料口管道、安装在进料口管道内的杆球传感器、离子风消电器、控制离子风消电器的消电器控制柜、为离子风消电器供风的送风系统、控制送风系统、消电器控制柜、球杆传感器和放料球阀的PLC远程控制柜。

2.根据权利要求1所述的一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统，其特征在于：杆球传感器有两个，靠近放料球阀的为第一杆球传感器，远离放料球阀的为第二杆球传感器。

3.根据权利要求1所述的一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统，其特征在于：离子风消电器包括消电器本体、送风口、离子风消电器电源、流量表、压力表和电磁阀。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统，其特征在于：进料口管道还包括安装法兰。

5.根据权利要求1所述的一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统，其特征在于：粉体输送作业开始前，PLC远程控制系统指令送风系统给离子风消电器送风，电磁阀和压力表将启动信号和实时风压值传送给消电器控制柜，当风压值达到设定值以上，消电器控制柜启动离子风消电器电源，同时传送信号给PLC远程控制柜，PLC远程控制柜指令球杆传感器开启，启动放料球阀，物料开始气力输送。

6.根据权利要求5所述的一种风送粉体静电在线监测与消除控制系统，其特征在于：

根据第一球杆传感器测得的粉体电荷密度大小，消电器控制柜调整离子风消电器电源的电压或电压极性，第二干球传感器监测粉体静电消除效果，反馈信号至消电器控制柜，根据反馈信号，消电器控制柜校正电源输出高压，控制粉体电荷密度。