Giải pháp tích hợp hệ thống cân tự động pha dầu trong dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ tương

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Giải pháp tích hợp hệ thống cân tự động pha dầu dây chuyền sản xuất thuốc nổ Nhũ tương ĐINH VIỆT TRUNG Ngành Kỹ thuật khí Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Toàn Thắng Chữ ký GVHD Khoa: Trường: Chế tạo máy Cơ khí HÀ NỘI, 4/2023 LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Vũ Tồn Thắng trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Tơi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến đơn vị Xí nghiệp 5, Xí nghiệp thuộc Nhà máy Z113 tạo điều kiện, hỗ trợ tốt cho nghiên cứu, thực hiện, hoàn thành luận văn đúngtiến độ, tập thể bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ tham gia đóng góp nhiều ý kiến cho tơi từ cơng việc suốt thời gian hoàn thành luận văn Tuy nỗ lực nghiên cứu, thời gian kiến thức cịn có hạn, luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót lẫn hạn chế Tôi mong nhận ý kiến đóng góp, bổ sung Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp bạn đọc để luận văn hoàn thiện Tóm tắt nội dung luận văn Kết cấu luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan công nghệ sản xuất Thuốc nổ Nhũ tương Chương 2: Cơ sở lý thuyết cân Loaddcell Chương 3: Xây dựng hệ thống cân tự động pha dầu thực nghiệm đánh giá *Phương pháp thực Tận dụng tính ưu việt Loadcell, kết hợp với hệ thống bơm nguyên liệu có gia nhiệt tự động, điều khiển PLC từ xây dựng hệ thống cân tự động cho công đoạn pha dầu tích hợp dây chuyền đáp ứng yêu cầu hệ thống cấp nguyên liệu pha dầu xác dúng cho môi trường cháy nổ, đảm bảo mỹ quan công nghiệp, liệu lưu trữ tra cứu cần thiết * Hướng phát triển đề tài Bổ sung chống nhiễu cho hệ thống Loadcell, nghiên cứu cấp tự động sáp (nguyên liệu pha dầu lại) Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Học viên Đinh Việt Trung MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC NỔ NHŨ TƯƠNG 1.1 Khái niệmthuốc nỗ nhũ tương(TNNT) 1.2 Công nghệ sản xuất thuốc nổ nhũ tương 1.2.1 Quá trình sản xuất TNNT 1.2.2 Tóm tắt quy trình cơng nghệ 1.2.3 Cấu trúc quy trình cơng nghệ sản xuất thuốc nổ nhũ tương 13 1.3 Dây chuyền thuốc nổ Nhũ tương 17 1.3.1 Đặc điểm dây chuyền thuốc 17 1.3.2 Các thành phần chức 18 1.3.3An toàn, giám sát bảo vệ 19 1.3.4 Phần mềm điều khiển, chức 20 1.4 Hiện trạng chặng cấp nguyên liệu pha dầu 25 1.4.1 Thiết bị nguyên công pha dầu 25 1.4.2 Tiến trình cơng nghệ 26 1.4.3 Nhược điểm tồn chặng nguyên công pha dầu 27 CHƯƠNG 29 CỞ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÂN VÀ LOADCELL 29 2.1 Các loại cân ưu nhược điểm, lựa chọn yêu cầu điều kiện môi trường 29 2.1.1 Cân đồng hồ 29 2.1.2 Cân đòn 29 2.1.3 Cân điện tử 29 2.1.4 Lựa chọn yêu cầu hệ thống 30 2.2 Cơ sở lý thuyết Loadcell 31 2.2.1 Cảm biến lực (Loadcell) 31 2.2.2 Nguyên lý hoạt động Load cell 31 2.2.3 Các thông số kỹ thuật load cell 32 2.3 Phân loại Loadcell 33 2.4 Bộ thị (Đồng hồ) 34 2.5 Lựa chọn Load cell thị cân, đấu nối 35 2.5.1.Căn lựa chọn 35 2.5.2 Lựa chọn 37 2.6 Đấu nối load cell 40 CHƯƠNG 44 XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂN TỰ ĐỘNG NGUYÊN LIỆU PHA DẦU 44 THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ 44 3.1 Xây dựng hệ thống cân tự động nguyên liệu pha dầu tích hợp loadcell 44 3.1.1 Mơ hình 44 3.1.2 Nguyên lý 45 3.1.3 Các thành phần 45 3.2 Xây dựng thực nghiệm đánh giá 49 3.2.1 Đánh giá đặc tính đáp ứng hệ thống loadcell 49 3.2.1.1 Các bước thực 49 3.2.1.2 Dụng cụ đo 49 3.2.1.3 Kết thực 52 3.2.2 Phương án chạy thử sản phẩm thực tế đánh giá hệ thống cân tự động chế tạo 56 3.2.2.1 Nội dung thực 56 3.2.2.2 Dụng cụ phương pháp 57 3.2.2.3 Kết 57 3.3 Nhận xét đánh giá 63 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 66 Bản vẽ hệ thống cân tự động cho công đoạn pha dầu 66 dây chuyền sản xuất thuốc nổ Nhũ tương 66 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ dây chuyền sản xuất 13 Hình Sơ đồ khối thiết bị dây chuyền sản xuất 22 Hình Bể hịa tan pha dầu 25 Hình Cấu tạo bể hịa tan pha dầu 25 Hình Bơm pha dầu 26 Hình Sơ đồ hệ thống cân điện tử ô tô 30 Hình Điện trở sức căng 31 Hình Cấu tạo Loadcell 32 Hình Ứng dụng Loadcell 33 Hình 10 Một số loại Loadcell 34 Hình 11 Kết cấu giá khung phễu chứa 36 Hình 12 Kết cấu phễu chứa vị trí lắp Loadcell 36 Hình 13 Loadcell lựa chọn 37 Hình 14 Bộ thị lựa chọn W100 38 Hình 15 Sơ đồ đấu Loadcell loại dây 40 Hình 16 Sơ đồ đấu thân Loadcell lựa chọn 41 Hình 17 Hộp nối Loadcell 41 Hình 18 Sơ đồ đấu nối loadcell với thị (Đồng hồ) 42 Hình 19 Thực tế hình ảnh gá đặt loadcell 42 Hình 20 Bản vẽ mặt tổng quan hệ thống cân tự động nguyên liệu pha dầu 44 Hình 21 Một số vẽ mặt vẽ hệ thống 46 Hình 22 Hình ảnh thực tế hệ thống sau chế tạo lắp đặt 47 Hình 23 Quả câu mẫu đồng hồ đo 49 Hình 24 Một số hình ảnh tiến hành thử nghiệm 50 Hình 25 Đồ thị đường đặc tính loadcell phễu nguyên liệu LPE SPAN 54 Hình 26 Đồ thị kết chạy thử nghiệm sản phẩm hệ thống 59 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng So sánh tỷ lệ nguyên liệu pha dầu với loại thuốc 27 Bảng Tỷ lệ khối lượng nguyên liệu pha dầu thuốc NT-13 35 Bảng Bảng tổng hợp kết đo thử với cân mẫu phễu chứa nguyên liệu LPE 52 Bảng Bảng tổng hợp kết đo thử với cân mẫu phễu chứa nguyên liệu SPAN 53 Bảng Nội dung cơng việc thực chạy có tải hệ thống 56 Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC NỔ NHŨ TƯƠNG 1.1 Khái niệm thuốc nỗ nhũ tương(TNNT) Thuốc nổ nhũ tương loại thuốc nổ công nghiệp kiểu nước dầu (N/D) kháng nước sản xuất kỹ thuật nhũ hóa TNNT loại nước dầu (N/D) nhũ hóa đặc biệt, hạt nhỏ dung dịch chất oxy hóa - pha rời rạc giữ lơ lửng môi trường liên tục tạo chất dầu có chứa vi cầu khí thủy tinh chất xốp khác Thuốc nổ nhũ tương sử dụng làm thuốc nổ khai thác than khai thác đá mỏ lộ thiên Phù hợp cho công việc khai thác than, quặng khai thác đá nơi có đường kính khoan, điều kiện bề mặt đất đá điều kiện có nước Thuốc nổ nhũ tương đánh giá có sức cơng phá cao, thân thiện với mơi trường, an tồn vận chuyển, bảo quản đáp ứng tốt nhu cầu lớn thị trường 1.2 Công nghệ sản xuất thuốc nổ nhũ tương 1.2.1 Quá trình sản xuất TNNT (Xem vẽ sơ đồ khối quy trình cơng nghệ sơ đồ khối dây chuyền sản xuất) - Chuẩn bị hai loại dung dịch (pha nước pha dầu) Pha nước: dung dịch muối oxy hóa vơ cơ, chứa 60-80 % muối oxy hóa (nitrat amon, nitrat sodium, nitrat calcium, perchlorat sodium, perchlorat hay nitrat kim loại kiềm khác kim loại kiềm thổ) Thông thường nitrat amon chiếm tới 50 - 70 % trọng lượng dung dịch Bồn chứa chuẩn bị dung dịch thường trang bị áo nhiệt để làm nóng hơi, nhiệt kế, máy đo nồng độ dung dịch máy khuấy Trong nước bồn đun nóng khuấy, muối oxy hóa vơ nghiền vụn cân đo cho vào bồn thiết bị nạp liệu Hơi nước cung cấp liên tục để đun nóng dung dịch lên nhiệt độ 90 °C (cao nhiệt độ kết tinh dung dịch) để hòa tan hết muối oxy hóa trì nhiệt độ chất TNNT hình thành Pha dầu: dung dịch hỗn hợp dầu, paraffin chất nhũ hóa Bồn chuẩn bị dung dịch tương tự bồn chuẩn bị dung dịch oxy hóa Paraffin dầu đung nóng đến nhiệt độ nhiệt độ dung dịch chất oxy hóa để tạo thuận lợi cho q trình nhũ hóa hình thành nhũ tương Trước q trình nhũ hóa bắt đầu, chất nhũ hóa cho vào hỗn hợp để ngăn bị phân rã tồn lâu nhiệt độ cao - Nhũ hóa Nhũ hóa bước quan trọng sản xuất TNNT Để nhũ hóa, có hai q trình: Liên tục gián đoạn, tùy thuộc vào phương thức nạp liệu thiết bị sử dụng, hai trình sử dụng chức khuấy tốc độ cao giống Tốc độ nạp hai pha nhiệt độ kiểm sốt chặt chẽ Hỗn hợp nhũ hóa giữ máy với khoảng thời gian định để đảm bảo hỗn hợp nhũ hóa đồng tạo nhũ tương ổn định - Pha trộn Để có độ nhạy nổ cần thiết lượng nổ đảm bảo, thông thường chất TNNT đưa đến máy trộn Tại đây, lượng thích hợp chất cải biến tỷ trọng (ví dụ bột nhôm) cho vào Sau qua máy trộn, hỗn hợp trở nên đồng bơm đến máy đóng gói - Đóng gói Sau chuyển đến phễu máy đóng gói, TNNT đóng thành thỏi túi khác với tiêu kỹ thuật phù hợp với yêu cầu sử dụng, sau chuyển tiếp vào kho (hoặc xe) bảo quản Hệ thống dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ tương lượng cao, pha nước pha dầu điều chế trực tiếp phòng chế tạo thuốc Khi sản xuất, pha dầu pha nước chảy từ téc pha dầu téc dung dịch pha nước, ứng dụng sản xuất, téc khác thể tiếp tục điều chế pha dầu pha nước chuẩn bị sử dụng Hệ thống sản xuất thuốc nổ AF, đầu liệu đạm xốp, truyền dầu gốc dầu diesel, trục vít hỗn hợp truyền AF khởi động dây chuyền sản xuất thuốc nổ AF Nếu sản xuất thuốc nổ nhũ tương lượng cao, cần khởi động hệ thống sản xuất thuốc nổ nhũ tương Nếu sản xuất thuốc nổ AF nhũ hóa, cần khởi động hệ thống sản xuất thuốc nổ AF Toàn dây chuyển sử dụng đo lường điều khiển máy vi tính hệ thống camera giám sát, thiết bị quan trọng dây chuyền sản xuất phải thực biện pháp an toàn bảo hộ đặt nhiệt, áp, nước làm mát bị ngừng, v.v Đảm bảo dây chuyền sản xuất vận hành an toàn 1.2.2 Tóm tắt quy trình cơng nghệ Kết hợp với hình Sơ đồ khối thiết bị dây chuyền sản xuất x Tán vỡ chất oxy hóa Đạm, natri nitrat vận chuyển tách biệt từ kho đạm, kho natri nitrat vào phòng tán vỡ, sau cân đổ vào phễu liệu thêm liệu, vào máy tán vỡ, sau tán vỡ, vận chuyển đến trục vít phân liệu máy nâng trục vít, sau vận chuyển vào téc dung dịch pha nước trục vít phân liệu x Điều chế pha nước Nước sau thực lọc xử lý, chảy vào thiết bị đo lưu lượng, đạt đến mực yêu cầu, đồng thời làm nóng nước téc dung dịch pha nước, sau nhiệt độ đạt đến yêu cầu công nghệ, bật máy tán vỡ, máy nâng trục vít trục vít phân liệu vật liệu cho vào téc dung dịch pha nước tương ứng thông qua người điều khiển, bên thêm liệu bên tăng nhiệt quấy đều, nhiệt độ trình kiểm sốt kín van tự động kiểm soát nhiệt độ, đảm bảo nhiệt độ đạt tới yêu cầu công nghệ x Điều chế pha dầu Vật liệu pha dầu vận chuyển từ kho nguyên vật liệu đến phịng vật liệu pha dầu, sau cho vào bể hịa tan pha dầu Làm nóng gián tiếp qua khí nóng, đợi nóng chảy tồn đồng thời đạt tới nhiệt độ quy định, mở van xả liệu bể nóng chảy pha dầu, mở bơm truyền pha dầu, đem dung dịch pha dầu từ bể hịa tan nóng chảy truyền vào téc pha dầu Khởi động téc pha dầu khuấy đều, nhiệt độ điều tiết tự động van kiểm soát nhiệt độ x Dự trữ pha dầu pha nước Khi pha dầu pha nước điều chế xong téc đầu tiên, bắt đầu sản xuất Đồng thời, téc dung dịch pha nước téc pha dầu bắt đầu điều chế chuẩn bị Nhiệt độ đảm bảo van kiểm soát nhiệt độ tự động Khi dùng hết téc pha nước pha dầu đầu tiên, téc thứ hai đưa vào sử dụng x Bơm truyền nhũ sơ Trước sản xuất bảo ơn đường ống nước nóng, sau đảm bảo điều kiện sản xuất, đồng thời mở bơm pha nước, bơm pha dầu Dung dịch pha nước pha dầu qua lọc, đường ống, van, bơm đồng hồ đo lưu lượng, đưa vào téc nhũ chuẩn bị, pha nước pha dầu hòa quyện vào với tốc độ khuấy tăng dần từ chậm đến nhanh, đồng thời hình thành chất nhũ hóa nước dầu Lưu lượng pha dầu pha nước cài đặt máy tính chủ, thông qua PID tự động theo dõi điều tiết đảm bảo tự động kiểm soát lưu lượng Tốc độ khuấy nhũ sơ cho pha dầu nước 160, lượng tăng dần, tốc độ khuấy tăng dần, tốc độ cuối giữ mức 590 Cả trình chuẩn bị nhũ đảm bảo an toàn cách đặt nhiệt, áp, liệu vị, v.v x Nhũ tinh Nhũ sơ dạng chất keo chuyển đến máy nhũ tinh thông qua bơm trục vít chất Máy nhũ tinh máy nguyên từ Mỹ, áp lực bơm trục vít chất nền, chất bên máy nhũ tinh trộn lẫn hồn tồn, khơng có tác dụng học, ma sát, loại bỏ nhân tố nguy hiểm sản xuất nhũ keo Thông qua điều tiết tốc độ bơm trục vít chất nền, trì định lượng tương đối ổn định téc nhũ sơ, thuận lợi cho nhũ hóa x Làm mát băng tải thép Chất từ máy nhũ tinh vận chuyển đến băng tải thép thông qua hệ thống đường ống, chất dải băng tải thép làm mát Sau làm mát chất đưa vào phễu tạm trữ, thông qua bơm cánh quạt nhũ keo đưa chất đến kho nhũ keo Thông qua điều tiết tốc độ quay bơm, đảm bảo định lượng ổn định phễu tạm trữ x Nhạy hóa Sau làm mát, chất xúc tác thêm vào chất đầu bơm, sau đưa vào bình bơm nhồi máy nhồi thuốc tự động Bơm nhồi máy nhồi thuốc tự động khởi động đảm bảo điều kiện cho phép mở máy nhồi thuốc Trong trình nhũ keo bơm đến máy nhồi thuốc, đồng thời khởi động bơm chất tạo bọt, lượng chất tạo bọt thêm vào vào tỷ lệ lưu lượng nhũ keo, theo dõi hệ thống theo dõi tự động bơm nhồi máy nhồi thuốc tự động Tốc độ quay bơm nhồi máy nhồi thuốc tự động vào yêu cầu nhồi thuốc mà đặt kiểm soát, định lượng kho liệu đặt tới mức thấp nhất, hệ thống bơm nhồi máy nhồi thuốc tự động dừng quay, phòng tránh bơm không Đồng thời định lượng đạt tới mức cao thấp có chng cảnh báo 10 60 61 62 3.3 Nhận xét, phân tích yếu tố ảnh hưởng tới kết đo hệ thống đánh giá - Sai số: Mẻ thuốc 8000kg sai số lớn mẻ 5000kg, sai số cách miền dung sai cho phép theo quy trình cơng nghệ xa - Nguyên nhân phân tích : + Sai số thân thiết bị Bản thân Loadcell, đồng hồ đo, cân điện tử, hộp nối có sai số + Sai số yếu tố khác Tốc độ bơm dung dịch Nếu để bơm nhanh Loadcell đồng hồ phản hồi chậm số cân bị thừa vượt số kg cần theo tỷ lệ mẻ thuốc trọng lượng cân cịn 20kg giảm tần số biến tần bơm từ 30Hz xuống 10Hz qua thực nghiệm nhiều lần thấy tần số cân sai số với tốc độ bơm Khi giảm xuống tần số 10Hz cho sai số nhỏ mà tốc độ bơm không bị chậm, thời gian Ảnh hưởng nhiệt độ với dây dẫn tín hiệu Loadcell Yếu tố ảnh hưởng đến điện trở đưa đồng hồ từ Loadcell nhiên hiệu chỉnh loại bỏ yếu tố từ hộp nối Loadcell nhiên đường dây từ Loadcell đồng hồ ngắn yếu tố ảnh hưởng đến sai số không lớn Ảnh hưởng rung động dung dịch rơi xuống phễu Khi tốc độ bơm nhanh có rung động xuống phễu lớn liệu rơi xuống phếu nhiên tốc độ giảm 10Hz rung động cịn nhỏ sai số không đáng kể * Đánh giá kết quả: Sai số thực tế hệ thống cân tự động nguyên liệu pha dầu sử dụng loadcell tích hợp dây chuyền sản xuất thuốc nổ Nhũ tương có hồn tồn đáp ứng sai số theo quy trình cơng nghệ đề Có thể đưa hệ thống vào phục vụ cho sản xuất 63 KẾT LUẬN Trên q trình nghiên cứu tích hợp Loadcell hệ thống cân tự động nguyên liệu pha dầu dây chuyền sản xuất thuốc nổ nhũ tương Sau thời gian nghiên cứu, phát triển, học viên cao học đạt số kết sau: - Nắm kiến thức Loadcell - Thiết kế, chế tạo hệ thống cân đo tự động nguyên liệu pha dầu tích hợp Loadcell đảm bảo độ xác, sử dụng cho mơi trường tiền chất nổ, nâng cao chất lượng, độ ổn định sản phẩm mỹ quan vệ sinh công nghiệp cho chặng công nghệ sản xuất dây chuyền - Hệ thống tích hợp lưu trữ kết đo, quản lý phần mềm dây chuyền Đưa vào áp dụng thực tế đáp ứng cho sản xuất - Với hướng dẫn PGS TS.Vũ Toàn Thắng học viên có thêm nhiều kiến thức loadcell, cách tiếp cận giải vấn đề thực tế Đây điều quan trọng với đường học tập làm việc sau Hướng phát triển: - Tăng tính ổn định cách chống nhiễu cho tín hiệu Loadcell - Tự động hóa khâu cân cấp sáp (nguyên liệu pha dầu lại) cịn thực phương pháp thủ cơng 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Ngọc Bích, Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy-Giao diện người máy (HMI) với S7 intouch-Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội-2013 [2] PGS.TS Nguyễn Thống, TS Trần Thanh Thảo Giáo trình học chất lỏng-Nhà xuất Xây dựng-2018 [3] Siemens (2012), SIMATIC S7-1200 Programmable controller, Siemens AG [4] TS Edwin Kiel thuộc Công ty Lenze (CHLB Đức) chủ biên Dịch thuật GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang Các giải pháp truyền động – Cơ điện tử sản xuất hậu cần-Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội-2022 [5] Hoàng Minh Sơn -Mạng truyền thông công nghiệp- Nhà xuất KHKT2006 [6] Load Cell Field Guide Paperback – March 27, 2019 by LaVar Clegg (Author), Scott Whitworth (Editor), Joel Strom (Foreword) 65 PHỤ LỤC Bản vẽ hệ thống cân tự động cho công đoạn pha dầu dây chuyền sản xuất thuốc nổ Nhũ tương 66