在线粒度监控系统在水泥行业的应用

水泥上海传伟信息科技有限公司郑嘉 2016-01-27

目前在国内，大多水泥厂基本都采用了球磨加辊压机的粉磨方式，而判断水泥成品是否合格，则主要采用45um、80um筛余以及比表面积来进行判断。但是随着科技和工艺的发展，人们认识的不断加深以及水泥行业质量标准不断提升，继续使用陈旧的方法已经逐渐不能满足竞争日益激烈的市场需求了。

一、为什么要使用在线监控

水泥的质量是我们水泥企业的生命，生产过程中的颗粒大小则是影响最终产品质量的最主要因素之一。在我国，通常用来测量颗粒大小的方法是细度和比表，也就是我们常说的45um筛余，80um筛余和比表面积，然而全面表示一种粉体产品颗粒大小的参数应该是粒度分布，即各个粒径范围内的颗粒数量占颗粒总数的百分比。

对于水泥在混泥土中的性能来讲，0-80um的颗粒都需要，但对于水泥强度的贡献，则主要是3-32um的颗粒。然而就我们目前现有的测量方法而言，80um的筛余只反映出80um以上颗粒的百分比含量，对粒径小于80um、对水泥性能有着直接影响的颗粒来说，具体的粒度分布并不知道，因此也就无法确定水泥的性能，用这种方法来来控制我们的水泥质量，无疑是非常困难的。同样，45um的筛余也是如此。虽然比表面积所代表的细度含义比筛余更确切，它与水泥性能的相关性更密切，但也存在局限。因此简单的利用45um、80um筛余和比表面积来控制水泥的粉末细度、控制水泥性能以及充分发挥水泥各组分的作用是远远不够的。

在大多数水泥厂，实验室的操作人员每1个小时去现场取样一次，然后拿到实验室进行分析。这种方法取样量小，代表性不够，而且取样间隔时间长，测定结果滞后，不能及时、真实的反应生产线上的实际情况。而在线监控是将设备直接安装在水泥的生产线上，同时将监控结果传送到中控室，或工厂的DCS和PLC中控系统。在线粒度监控系统，对产品输送管路中水泥颗粒的粒径分布和变化趋势做24小时连续、快速、及时、真实地跟踪，为水泥企业产品质量的稳定性和连续性提供了现代化的科学监控手段。

二、在线粒度监控系统的原理和组成

XOPTIX在线粒度监控系统，采用目前世界上最先进的激光衍射法，结合全米氏理论能对生产线上各类气体输送或重力传输的粉末进行连续监控。其工作原理为：压缩空气通过文丘里而产生负压，负压将工艺管道内部的物料吸入测量主机，激光发射器所发射的激光穿过物料时发生衍射现象，在接收器上形成强弱不同的光斑，仪器将这些光信号最终换算为数字信号传输到上位机上去。

三、在线粒度监控系统的安装位置

水泥生产有不同的工艺制作过程，如开流磨、闭流磨等。在整个粉磨生产过程中对水泥颗粒的粒度有影响的因素很多，如磨机的转速，喂料量，旋风机的转速，尾排风量等等。利用在线粒度监控系统，您可以监测您所关心的任何一个点或设备。

根据我们大量的现场经验，我们会在成品斜槽到尾部提升机的下料管段处安装一个可变频的螺旋取样器，再将在线粒度监控系统安装在螺旋取样器上（如下图）。因为这样可以监控前面所有环节的设备和工艺对水泥粒度的影响。您也可以利用在线粒度监控系统实时的数据来试着改变某些工艺参数，来了解每个参数对水泥粒度如何影响以及影响程度，达到稳定产品质量和提高产能。

四、XOPTIX的技术优势以及功能

作为在线仪器专家和颗粒检测技术的领航者，XOPTIX在线粒度监控系统针对各种复杂的现场工况，采用一体式设计，免维护，易保养。特有的一键清洁系统，可实现一键吹扫功能。人性化的现场显示功能和用户配置软件，可随时根据需求任意调整，其16bit的高样品解析率是其他款12bit的8倍。

在水泥生产中，可以利用XOPTIX实时了解到生产线上的实际情况，操作人员坐在中控室，就可以不断优化您的生产工艺，不必频繁地跑到现场取样拿回实验室测量，发现异常马上控制。在每次磨机启动的时候,使用XOPTIX会快速地使产品进入一个稳定状态,相比不断的人工取样，控制节省了大量时间，您完全有能力利用这些时间生产更多的产品，赢取更多的利润，同时也避免了人工测量过程中误差的导入。而我们知道水泥生产中，不可避免的存在着大量的能量损耗，而过度研磨就是离线测量技术下必然存在的情况，所有的研磨行业都是如此，因为操作人员无法知道每一刻的粒度情况，而为了达到质量标准，我们不得不留有足够的余量，故意研磨的细一些。但是如果您使用XOPTIX，您可以放心的让质量曲线无限地接近客户的要求界限，而这部分工作带来的效益又是非常可观的。

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在自动化越来越普及的今天，在线测量代替离线测量。自动化调节取代操作工手动调节，这是未来水泥发展的一个必然趋势。XOPTIX自带2路模拟量信号输出，可以将我们水泥的细度或者其他任何参数以4-20mA信号传输出去，通过PID、PLC或者专家软件进行调节后，接入到磨机的控制系统上去，从而实现无人值守的水泥生产自动化系统。

五、XOPTIX实际使用效果

下面我简单的介绍一下在线粒度监控系统在中联某厂的使用效果

该厂将在线监控设备安装在选粉机后的成品斜槽上，利用螺旋取样器将斜槽内的一部分产品取出，XOPTIX系统安装在螺旋取样器上，这样不但保证了样品的代表性，而且也使得仪器更加的稳定。

在安装在线粒度监控系统之前，该厂实验室都是用45，80微米的筛余来测量粒度的大小，不同人员的检验误差和近一个小时的检验时长，影响中控操作员稳定操作。

使用了XOPTIX在线粒度监控系统之后，操作人员尝试对选粉机转速进行细微调整，大概3分钟之后，就可以看到水泥的粒度是如何随着选粉机转速的变化而变化的。（如下图）

如图所示，当选粉机转速从59调整到57，过15分钟后又调回来，可以明显的看出小于45微米和大于80微米的含量发生明显的变化。

在软件的界面上也可以显示出瞬时的粒度分布，这样质量管理人员可以根据其分布状态调整混合材品准、比例结构和最佳控制指标，提高混合材的添加量，同时也可以根据曲线变化监控生产全部过程，（如下图）

由于该厂是粉磨站企业，熟料靠外购，其质量存在较大波动，导致出磨水泥强度标准偏差也大。在线粒度监控系统使用之前，该公司出磨水泥28天抗压强度标准偏差为1.633Mpa，使用之后操作人员根据粒度趋势稳定磨机转速，出磨水泥波动也随之减少，28天的抗压强度标准偏差减小到0.459MPa，水泥产品均衡稳定，能充分满足了商品混凝土公司的需求。

下表即是该厂使用XOPTIX在线粒度监控系统前后各项数据比较，按照年产100W吨的产能初步估算，每年都可以带来非常可观的效益。

总结：截至今日，XOPTIX在线粒度监控系统已在国内水泥行业有多套在用且效果显着。随着技术革新日新月异，离线测量由于自身的局限性，不能很好的指导生产，必定将会被在线监控所代替。在线粒度监控系统就好像是在现场装了一双眼睛，为中控人员调整各项参数提供了充分的依据，使调整做到及时，准确，量化，这是普通离线测量方法不可比拟的。在未来，在线粒度监控系统必然会得到更广泛的应用，其优化生产，提高产品质量，节能降耗，提高自动化程度的特点一定可以使水泥企业在将来激烈的竞争下立于不败之地。

编辑：陈宗勤

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