利用質量流量計解決200L手工灌裝誤差偏大的問題

王航洲 張 玻 王鑫鵬

1.中國石油潤滑油公司 蘭州潤滑油廠 （甘肅 蘭州 730060）

2.中國石油蘭州三葉公司 （甘肅 蘭州 730060）

中國石油蘭州潤滑油廠生產11大類185個品牌的潤滑油，其中包裝潤滑油339個規格。潤滑油廠共有14條自動灌裝線,其中200L自動灌裝線有4條，但在生產旺季仍無法及時保障市場需求，旺季每天缺貨近70個品種，其中200L大桶規格缺貨約20個左右，只能采用人工手動灌裝方式來保障市場急需。

人工手動灌裝大桶的計量儀器是500kg臺秤和裝油槍，灌裝方法是將臺秤設置在185.3～185.4kg位置（空桶皮重約15.3～15.4kg），當看到臺秤秤桿抬起瞬間快速關閉裝油槍，然后再對差量進行找補。這種人工灌裝方式的計量誤差與操作人員的熟練程度及責任心關系很大，生產效率低且計量誤差比較大。2010年11月份的抽查記錄顯示，當月手工灌裝122個大桶，其中32個桶計量誤差超標（手工大桶允許誤差-300g～+500g），負誤差最大欠量 1.8kg/桶，正誤差最多裝2.8kg/桶，200L手工灌裝的合格率僅為73%。

為此，蘭州潤滑油廠借助市場上一些成型的儀器設備，通過科研攻關研制了一款200L移動式灌裝機，解決了手工灌裝計量誤差偏大的問題。

1 方案的提出

1.1 功能要求

根據全自動灌裝線相關計量標準的要求，200L全自動灌裝機的計量誤差應控制在±200g以內，灌裝能力應達到40桶/h，還應滿足輕便、緊湊、體積小、移動方便、操作簡單、成本低、進油連接頭能快速拆卸等要求。

1.2 移動式灌裝機市場現狀

目前市場上的200L移動式灌裝機生產廠家不少，但大多數技術更新較慢，不能適應我廠灌裝過程的工藝情況。如華東某廠的單頭移動式灌裝機，灌裝能力30桶/h，價格8萬元，其缺點是體積大、移動不方便、灌裝能力較低，大桶稱重時要在秤上搬上搬下，勞動強度較大。針對蘭州潤滑油廠調合裝置分布比較分散，灌裝機需要頻繁移動到各調合裝置去灌裝等特點，單頭移動式灌裝機對蘭州潤滑油廠不太適合，進一步的市場調研也沒能找到符合要求的200L移動式灌裝機。

1.3 方案的制定

質量流量計具有計量準確度高，運行可靠等優點，近幾年已經在蘭州潤滑油廠油品計量方面得到了廣泛應用。依據企業標準 《油品灌裝計量控制規定》中對200L自動灌裝機計量準確度的要求，計量誤差應控制在-200g～+300g之間。如選擇示值誤差為±0.1%的質量流量計，按照200L大桶灌裝170kg油量，其最大誤差=170×（±0.1%）=±0.17（kg），能滿足200L自動灌裝機對控制計量誤差的要求。

鑒于蘭州潤滑油廠用在油品接收、自動配料、定量輸轉等方面的13臺質量流量計，其穩定性、可靠性、準確性都得到大家的認可，確定了與西安某公司開展技術合作，研制移動式灌裝機的技術路線。技術方案是選擇質量流量計計量油品數量，通過PLC完成計量控制和出口閥啟?？刂?，實現200L手動灌裝的準確計量，其控制流程見圖1。

2 移動式灌裝機研制

2.1 第1次現場測試

2011年3月底，第1臺樣機研制完成，使用的主要儀器為ZLJ7/B5型質量流量計、CZL批量控制儀、電磁閥等。2011年3月31日～4月3日期間對第1臺樣機灌裝15W/40CD油品進行了首次測試，測試數據見表1。

表1 樣機第1次測試數據

從表1測試數據看出，灌裝油品數量偏離目標值較大。通過對現場灌裝過程的觀察和計量誤差數據的分析，發現存在如下問題：

（1）當油品壓力大于1.6MPa時，電磁閥無法打開灌裝；油品壓力較低時，電磁閥啟停速度太慢。

（2）在油品泵輸送量為1.7～5t/h時，灌裝速度是2～6min/桶,灌裝速度太慢。另外，所選的質量流量計的量程偏小，輸送流量達不到7t/h的要求。

（3）批量控制儀軟件是固化的，不能根據工況變化調整軟件參數。

（4）灌裝槍上沒有安裝控制閥，管線內的油品注入桶內時油量無法控制。

2.2 第2次現場測試

結合第1次樣機測試發現的問題，對灌裝機進行了重新改造，電磁閥更換為1.6MPa的電動閥；質量流量計更換為P系列產品，口徑擴大為DN40，提高了流量；灌裝槍上增加手動閥，通過手動或觸摸屏對灌裝槍啟?？刂?。2011年4月26～28日進行了第2次現場測試。此次測試，用8D液力傳動油和15W/40CD油品進行了灌裝測試，測試數據見表2。

從表2測試數據能夠看出，灌裝結果距離目標值仍然較大。通過對現場灌裝過程的觀察和計量數據的分析，發現存在如下問題：

（1）新更換電動閥后，雖然能滿足在多種壓力下灌裝，但電動閥本身的啟停速度太慢，啟停時間在20s以上，造成灌裝量控制不準確。

（2）批量控制儀控制灌裝流程，操作界面數據太少，不利于操作者的觀察。

（3）當灌裝槍卡到桶口時，易將灌裝槍上的油漆刮入桶中，對油品造成污染，影響油品質量。

（4）該樣機的外殼尺寸仍太大，結構不緊湊、不美觀。

表2 樣機第2次測試數據

2.3 第3次現場測試

在總結前2次經驗的基礎上，對樣機重新進行了改造，把電動閥改為氣動調節閥，用0.40MPa風壓控制 （除調和五單元外各裝置均有儀表風）；把CZL批量控制儀改為PLC控制器，利用軟件編程對灌裝過程實行粗裝、精裝分級控制。同時，在顯示系統中增加密度、溫度、瞬時流量、裝桶量等數據，可供操作者觀察和隨時修改控制參數，實現精確灌裝；灌裝槍采用不銹鋼材質，避免了油品灌裝污染；結構更加緊湊、美觀、方便移動。2011年6月27日～7月1日進行了第3次現場測試。第3次測試使用LDAB100空氣壓縮機油和15W/40CD油品，測試數據見表3。

從表3測試數據看出，灌裝誤差在±0.3kg，基本滿足灌裝控制要求，灌裝合格率也較原來手工灌裝大幅度提高。為使灌裝設備更加完善，灌裝控制準確度再有所提高，結合測試數據和現場測試情況，提出以下改進建議：

（1）將氣動調節閥的控制由“風關”改為“風開”，實現突然停風時自動關閥。

（2）增加當班裝桶自動計數功能，并且能夠自動更新。

（3）增加油桶裝滿聲音報警提示，方便操作者及時換桶灌裝。

（4）將控制按鈕牢固安裝在灌裝頭上，控制線與灌裝管線一起包裹保護，既安全又美觀。

表3 樣機第3次測試數據

3 移動式灌裝機的定型和評價

3.1 PLC多段控制原理

移動式灌裝定型機采用質量流量計完成油品精確計量，用PLC多段（粗裝、精裝）控制，保證灌裝計量的準確，而且可在一定范圍內進行流量調整，保證了灌裝170kg桶計量誤差控制在±0.2kg以內，提高了手工裝桶的計量準確度，PLC多段控制原理見圖2。采用氣動調節閥實現大流量灌裝控制，閥門啟停時間在3～4s，減少了因為閥門動作重復性引起的誤差，提高了灌裝能力和計量準確度。采用灌裝槍控制最后軟管段的殘留油品。使用觸摸屏顯示裝桶時實時數據，并保存歷史記錄。

裝桶時，通過觸摸屏輸入裝桶量，將灌裝槍放入桶內，打開灌裝槍，按動灌裝槍上的啟動鍵開始灌裝；PLC控制閥門全開狀態，流量達到最大；當到達提前量1時，PLC采集流量計的流量，通過瞬時流量調整閥門開度保證流量穩定；繼續灌裝，當到達提前量2時，關閉閥門，灌裝完成。

圖2 PLC多段控制示意圖

3.2 移動式灌裝機的定型檢測

2011年11月15～25日，對移動式灌裝機的灌裝能力、計量誤差、操作方便等進行測試。分別用黏度不同的 SF10W/30、HM46、8號液力傳動油、GL-5 85W/90油品進行了灌裝測試，測試數據見表4。

測試流量為2.4～7.3t/h,測試溫度為2.3～45.8℃，密度為847.1～896.1kg/m3，測試期間共灌裝了20桶油品，灌裝誤差都在±0.2kg范圍內。

以HM-46油品為例，流量范圍為2.5～7.3t/h,灌裝溫度為2.3～32.5℃,灌裝單桶最大誤差0.2kg,平均誤差為0.061kg/桶 (以上數據為抽檢10桶平均所得)，灌裝一桶的時間在90s之內。特別需要說明的是此次灌裝流量變化范圍較大，溫度變化也較大，灌裝機依然保持了比較好的重復性和比較高的灌裝準確度。

3.3 移動式灌裝機的測試評價

移動式灌裝機的適用油品黏度覆蓋了高、中、低等范圍,對2011年11月份、12月份，2012年1月份3個月200L移動式灌裝機計量數據抽查情況詳見表5。

表4 定型機測試數據

從表5可以看出，連續3個月200L移動式灌裝機灌裝的油品計量誤差全部滿足灌裝計量規定，合格率為100%，滿足了我廠對市場急需小批量、多品種油品灌裝要求，降低了成品油損耗。

200L移動式灌裝機與原手工臺秤灌裝效果對比見表6。

表5 200L手工移動灌裝機計量抽查數據

表6 移動式灌裝機與手工灌裝效果對比表

4 結束語

依托質量流量計和PLC邏輯控制為核心組件的200L移動式灌裝機的研制成功，解決了生產瓶頸，使灌裝合格率從原來的80%提高到了99%以上，手工灌裝大桶的灌裝誤差能夠控制在±200g以內，不但維護了昆侖品牌的優質形象，而且減少了全年超標灌裝油品造成的經濟損失約11.6萬元，目前幾家用戶已經與我廠簽訂了采購合同，取得了社會效益和經濟效益的雙豐收。