Автоматическая система аналитического контроля жидких проб
Изобретение относится к автоматической системе аналитического контроля жидких проб. Система содержит фильтр, установленный в герметичной пробоотборной емкости, соединенной с накопительной емкостью. Система включает также управляемый источник вакуум-давления, герметичную пробоотборную емкость, анализатор, приемоотправительную станцию в виде герметичной емкости с расположенным в ее цилиндрической части штуцером подачи в нее воды, используемой для промывки линии доставки пробы. В системе содержится блок фильтрации, расположенный между пробоотборником и приемоотправительной станцией, состоящий из герметичной переливной емкости с расположенным в ней фильтроэлементом и емкости накопления фильтрата, в которую введен также фильтроэлемент, герметично соединенный с указанной емкостью. При этом система включает блок управления, индикации и передачи информации, включающий устройства электропневматического и электрического управления, снабженные программируемым логическим контроллером и программой для обработки цифрового сигнала. В систему введено устройство приема отобранных проб различных технологических продуктов, требующих предварительной фильтрации или седиментации, деаэрации, эвакуации вредных газов, сопутствующих пробам, и приема порции промывочной воды, выполненное в виде воздухоотделителя. Также введено устройство вакуумной подачи проб на измерительный прибор, которое состоит из последовательно соединенных коммутационного устройства приема поочередно подаваемых технологических проб или промывочной воды, проточной измерительной ячейки и подключенной к системе обеспечения режимов вакуум-давление приемоотправительной станции. При этом коммутационное устройство расположено ниже уровня проточной кюветы и выполнено в виде закрытой емкости, снабженной в верхней части крышкой со штуцерами для подвода различных проб, а также снабжено электрическим датчиком наличия пробы в его донной части, причем его нижняя крышка соединяется с входным штуцером проточной ячейки, закрытой сверху защитной пленкой и расположенной вместе с ячейкой для реперного образца на подвижной каретке с приводом. При этом приемоотправительная станция аналитического комплекса расположена ниже уровня проточной измерительной ячейки и выполнена объемом, превышающим суммарно объемы подаваемой на измерение пробы и промывочной воды, и соединена с проточной ячейкой и с линией возврата. В систему введено устройство автоматической подачи мерного объема воды для промывки измерительных трактов, выполненное в виде фильтра грубой очистки воды. Введены устройства электропневматического управления для обеспечения управления устройствами первичного пробоотбора, подготовки и доставки проб к месту проведения анализа, получения сигналов от электрических датчиков, координации и взаимодействия в соответствии с циклограммой устройств, входящих в систему. Введено устройство электрического управления аналитическим комплексом, содержащее панель оператора с индикацией и визуализацией и обеспечивающее в соответствии с циклограммой управление пробоподачей на измерительные приборы, промывкой, возвратом продуктов в технологический процесс, а также приемом, обработкой результатов измерений и передачи информации. Достигаемый при этом технический результат заключается в создании стационарных условий проведения анализа жидких проб. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к горнодобывающей, обогатительно-металлургической и химической областям промышленности и используется как средство проведения анализов в автоматическом режиме полного цикла от отбора пробы до производства измерения аналитическими приборами и возврата измеренных проб и смывов в технологию.
Аналогом является техническое решение по патенту RU №2173452 от 25.12.2000, МКИ G01N 1/10, G01N 35/08.
Система аналитического контроля жидких проб содержит последовательно соединенные комплекс средств пробоотбора, транспортную магистраль, воздухоотделительную емкость, насос, клапан сброса и проточную кювету спектрометра, причем она снабжена нижним и верхним устройствами коммутации, причем верхнее устройство коммутации снабжено измерительной емкостью, емкостью усреднения пробы и установленный на входе в устройство управляемой распределительной трубкой, расположенной над измерительной емкостью и емкостью усреднения пробы, а воздухоотделительная емкость соединена с первым входом насоса, его выход соединен с управляемой распределительной трубкой и выход измерительной емкости соединен через проточную кювету спектрометра со входом нижнего устройства коммутации, выход которого соединен с третьим входом насоса, при этом проточная кювета спектрометра расположена по высоте между верхним и нижним устройствами коммутации. Нижнее устройство коммутации содержит набор емкостей, установленную над ними распределительную трубку и многопозиционный исполнительный механизм, на штоке которого закреплен двухпозиционный исполнительный механизм для перемещения распределительной трубки. Клапан сброса установлен в корпусе насоса.
Достоинством этого решения является наличие конструктивных устройств для подготовки жидких проб суспензий к измерениям за счет создания непрерывного интенсивного перемешивания в замкнутых циркуляционных контурах как во время подготовки, так и непосредственного измерения. Кроме того, предоставляется возможность проведения измерения проб различных по составу продуктов одним прибором.
Недостатком является отсутствие универсальности в использовании предложенного варианта системы для решения аналогичных задач контроля растворов технологических проб гидрометаллургического производства. Слабым местом системы является использование насоса для создания циркуляционного движения большого объема суспензий и в связи с этим интенсивный абразивный износ его рабочих органов, а также не решена задача организованного возврата проанализированных проб в технологический процесс.
Близким аналогом является техническое решение по патенту RU №2331055 от 2006.02.20, G01N 1/10. Система автоматического отбора, доставки и подготовки проб фильтратов по патенту RU №2331055 содержит фильтр, установленный в герметичной пробоотборной емкости, соединенной через пробоприемную трубку и прямой клапан, выполненный в виде неуправляемого, например, шарового или лепесткового клапана, с накопительной емкостью, снабженной первым датчиком уровня, управляемый источник вакуум-давления, содержащий включенный в магистраль сжатого воздуха первый электромагнитный клапан, прямой канал эжектора и второй электромагнитный клапан, обратный клапан, транспортные трубки, пробоприемную емкость, устройство управления, герметичную пробоотборную емкость, анализатор, причем введена приемоотправительная станция, выполненная в виде герметичной емкости, снабженной в нижней ее части управляемым двухходовым диафрагменным клапаном, а в верхней - поплавковым запорным клапаном и расположенным, например, в цилиндрической ее части штуцером подачи в нее воды, используемой для промывки линии доставки пробы, введен блок фильтрации между пробоотборником и приемоотправительной станцией, состоящий из герметичной переливной емкости с расположенным в ней фильтроэлементом, управляемого диафрагменного донного клапана, переливного штуцера, диафрагменного сбросного клапана и емкости накопления фильтрата для последующей регенерации фильтроэлемента, фильтроэлемент герметично соединен с емкостью накопления объема фильтрата для последующей регенерации фильтроэлемента, к нижней части переливной емкости присоединен управляемый диафрагменный донный клапан, а верхняя часть выполнена с переливным штуцером, соединенным с диафрагменным сбросным клапаном. Для повышения степени очистки пробы фильтрата в емкость накопления фильтрата, используемого для регенерации основного фильтроэлемента, введен фильтроэлемент второй стадии фильтрации. Блок управления, индикации и передачи информации снабжен программируемым логическим контроллером и программой для обработки цифрового сигнала, визуализации результатов измерения.
Достоинством системы является наличие устройств, используемых для выполнения автоматического отбора, подготовки и доставки жидких проб фильтратов, повышения степени очистки пробы и длительности использования фильтроэлемента за счет его регенерации в каждом цикле.
Недостатком является наличие комплекса устройств только для первичного отбора и доставки проб к месту проведения анализа, что не решает задачи полного цикла аналитического контроля в автоматическом режиме от отбора пробы до измерения аналитическими приборами и возврата проанализированной пробы в технологический процесс.
Техническим результатом разработки системы является выполнение полного цикла аналитического контроля в автоматическом режиме от отбора проб одного или более различных продуктов до подготовки и подачи ее на измерения одним или несколькими аналитическими различными приборами, создание необходимых условий измерения для каждого прибора, промывки, возврата проанализированной пробы и смывов в технологический процесс, а также расширение возможностей предварительного отбора и подготовки проб различных технологических продуктов, требующих либо фильтрации, либо седиментации. Система может функционировать в автоматическом режиме только при соблюдении требований управления ею.
Поставленная цель достигается следующим образом.
Автоматическая система аналитического контроля жидких проб содержит фильтр, установленный в герметичной пробоотборной емкости, соединенной через пробоприемную трубку и прямой клапан, выполненный в виде неуправляемого клапана, с накопительной емкостью, снабженной первым датчиком уровня, управляемый источник вакуум-давления, герметичную пробоотборную емкость, анализатор, приемоотправительную станцию в виде герметичной емкости, снабженной в нижней ее части управляемым двухходовым диафрагменным клапаном, а в верхней - поплавковым запорным клапаном и расположенным в цилиндрической ее части штуцером подачи в нее воды, используемой для промывки линии доставки пробы;
блок фильтрации, расположенный между пробоотборником и приемоотправительной станцией, состоящий из герметичной переливной емкости с расположенным в ней фильтроэлементом, соединенной в нижней ее части с управляемым диафрагменным донным клапаном, а в верхней части - посредством переливного штуцера с диафрагменным сбросным клапаном, и емкости накопления фильтрата, в которую введен фильтроэлемент, герметично соединенный с указанной емкостью;
блок управления, индикации и передачи информации, включающий устройства электропневматического и электрического управления, снабженные программируемым логическим контроллером и программой для обработки цифрового сигнала,
при этом дополнительно:
- введено устройство приема отобранных проб различных технологических продуктов, требующих предварительной фильтрации и/или седиментации, доставленных к месту проведения анализа, деаэрации, эвакуации вредных газов, сопутствующих пробам, и приема порции промывочной воды, выполненное в виде воздухоотделителя, снабженного в нижней его части управляемым диафрагменным сбросным клапаном подачи пробы по разрешающему сигналу на измерение и электрическим датчиком контроля полноты объема доставленной пробы и ограничения объема воды при промывке;
- введено устройство вакуумной подачи проб на измерительный прибор, обеспечивающее также режим измерения, сбора и возврата проанализированной пробы и промывочной воды в технологический процесс, которое состоит из последовательно соединенных коммутационного устройства приема поочередно подаваемых технологических проб или промывочной воды, проточной измерительной ячейки и подключенной к системе обеспечения режимов вакуум-давление приемоотправительной станции аналитического комплекса для создания условий стационарного режима измерения и возврата измеренной пробы и промывочной воды сжатым воздухом в технологический процесс,
при этом коммутационное устройство расположено ниже уровня проточной кюветы и выполнено в виде закрытой емкости, снабженной в верхней части крышкой со штуцерами для подвода различных проб, и электрического датчика наличия пробы в его донной части, а его нижняя крышка со штуцером через магистраль соединяется с входным штуцером проточной ячейки, закрытой сверху защитной пленкой и расположенной вместе с ячейкой для реперного образца на подвижной каретке с приводом, обеспечивающим точное позиционирование измерительной ячейки и реперного контрольного образца при измерении, причем проточная измерительная ячейка выполнена с нижними вводом-выводом жидких продуктов и расположена в верхней точке тракта подачи в нее проб, что исключает их попадание в прибор при нарушении целостности пленки,
а приемоотправительная станция аналитического комплекса расположена ниже уровня проточной измерительной ячейки и выполнена объемом, превышающим суммарно объемы подаваемой на измерение пробы и промывочной воды, и соединена одним из штуцеров управляемого двухходового диафрагменного клапана через обратный клапан с выходным штуцером проточной ячейки, а другим - с линией возврата;
- введено устройство автоматической подачи мерного объема воды для промывки измерительных трактов, выполненное в виде фильтра грубой очистки воды, соединенного с электроуправляемым клапаном автоматической подачи воды после каждого цикла измерения, и датчика уровня, размещенного в воздухоотделителе, по сигналу от которого отключается подача воды;
- введено устройство электрического управления для обеспечения управления устройствами первичного пробоотбора, подготовки и доставки проб к месту проведения анализа, получения сигналов от электрических датчиков, координации и взаимодействия в соответствии с циклограммой устройств, входящих в автоматическую систему аналитического контроля жидких проб, и передачи информации по сетям;
- введено устройство электропневматического управления первичным пробоотбором, содержащее электропневматические клапаны, эжектор, электронный датчик уровня жидкостей в приемоотправительной станции для передачи сигнала на программируемый логический контроллер, а устройство электропневматического управления подачей проб на измерение дополнительно содержит электронные датчики наличия жидкостей в устройствах;
- введено устройство электрического управления аналитическим комплексом, содержащее панель оператора с индикацией и визуализацией и обеспечивающее в соответствии с циклограммой управление пробоподачей на измерительные приборы, промывкой и возвратом продуктов в технологический процесс, а также приемом, обработкой результатов измерений и передачи информации к устройству электрического управления.
Дополнительно введены два или более пробоотборных комплекса, работающих в режиме поочередной доставки проб различных технологических продуктов, в соответствующие воздухоотделители, соединенные самотечными транспортными трактами с единым коммутационным устройством аналитического комплекса. Проточные ячейки измерительного прибора выполнены съемными, разъемными, закрытыми, из материалов, стойких к агрессивной среде проб, а реперный образец для контроля метрологического состояния измерительного прибора выполнен в виде металлической или прессованной из порошковых материалов таблетки или ячейки с жидким контрольным образцом. Проточная измерительная ячейка выполнена закрытой сверху защитной майларовой или иной пленкой. На всасывающей линии приемоотправительной станции аналитического комплекса установлен неуправляемый обратный клапан для защиты проточной ячейки измерительного устройства от несанкционированного попадания проанализированных проб и смывов при транспортировке их под давлением в линию возврата. Введены два или более измерительных различных или одинаковых приборов для измерения проб одного или различных технологических продуктов путем использования соответствующего количества дозирующих устройств разделения полученного объема пробы в требуемых соотношениях или для подачи на каждый измерительный прибор, или для формирования накопительных проб.
При наличии в технологическом продукте твердых взвешенных частиц, способных вступать в химическую реакцию и заражать последующую отбираемую пробу, устройства предварительной подготовки проб дополнительно снабжены устройством седиментации, состоящим из последовательно соединенных динамического сократителя и седиментационной колонны, причем пробоприемная воронка динамического сократителя соединена через нижний штуцер с нижней частью седиментационной колонны, а глубина погружения пробоотборной трубки должна обеспечивать отбор мерного объема осветленной части пробы, и снабжены устройством смыва осадка из седиментационной колонны в каждом цикле пробоотбора.
Введен динамический сократитель для повышения представительности при формировании накопительной пробы с заданной частотой разовых отсечек за период дискретности измерения.
Введено устройство подачи дозированного объема проб на измерительный прибор с открытой измерительной ячейкой, обеспечения режима измерения, сбора и возврата проанализированной пробы и промывочной воды в технологический процесс. Устройство выполнено в виде закрытой емкости с камерой сбора мерного объема пробы, снабженной в верхней части крышкой со штуцером подвода пробы, в средней части штуцером для перелива объема поступившей пробы, в нижней - крышкой с управляемым сбросным диафрагменным клапаном, расположенным на уровне обеспечения самотечного протекания пробы в открытую измерительную емкость через отверстие в донной ее части, снабженной тройником подвода мерного объема пробы и управляемым сбросным диафрагменным клапаном.
На Фиг.1 представлена схема автоматической системы аналитического контроля жидких проб с комплексом устройств подготовки проб фильтрацией и аналитическим комплексом с одним измерительным прибором, где
1 - измерительный прибор, например рентгеноспектральный анализатор (РСА);
3 - подвижная каретка измерительного прибора 1 с ячейками: проточной 3.1 и реперного образца 3.2;
4 - шкаф управления центральный электрический;
5 - шкаф управления пробоотбором электропневматический;
6 - шкаф управления подачей проб на измерение электропневматический;
7 - шкаф управления аналитическим комплексом электрический с панелью визуализации 7.1;
8 - воздухоотделитель с датчиком контроля объема доставленной пробы;
11 - коммутационное устройство с датчиком наличия пробы;
12 - приемоотправительные станции: 12.1, 12.2;
13 - управляемый диафрагменный сбросной клапан;
14 - управляемые двухходовые диафрагменные клапаны: 14.1, 14.2;
18 - фильтр грубой очистки воды;
19 - обратный клапан;
20 - клапан подачи промывочной воды;
21 - регенерационная емкость;
22 - фильтр пробоподготовки;
23 - пробоотборная проточная ячейка.
На Фиг.2 представлен общий вид автоматической системы аналитического контроля жидких проб с комплексом устройств подготовки проб седиментацией и аналитическим комплексом с двумя измерительными приборами, где
1 - измерительный прибор, например рентгеноспектральный анализатор (РСА);
2 - измерительный прибор, например вольтамперометрический анализатор;
3 - подвижная каретка измерительного прибора 1 с ячейками: проточной 3.1 и реперного образца 3.2;
4 - шкаф управления центральный электрический;
5 - шкаф управления пробоотбором электропневматический;
6 - шкаф управления подачей проб на измерение электропневматический;
7 - шкаф управления аналитическим комплексом электрический с панелью визуализации 7.1;
8 - воздухоотделитель с датчиком контроля объема доставленной пробы;
9 - устройство-дозатор;
10 - открытая измерительная емкость;
11 - коммутационное устройство с датчиком наличия пробы;
12 - приемоотправительные станции: 12.3, 12.4;
13 - управляемые диафрагменные сбросные клапаны: 13.1-13.4.
14 - управляемые двухходовые диафрагменные клапаны: 14.3, 14.4;
15 - динамический сократитель;
16 - седиментационная колонна;
17 - привод динамического сократителя;
18 - фильтр грубой очистки воды: 18.1, 18.2;
19 - обратный клапан;
20 - клапан подачи промывочной воды.
Сущность заявляемого решения заключается в следующем.
Автоматическая система аналитического контроля жидких проб состоит из пробоотборного и аналитического комплексов. При этом пробоотборный комплекс содержит устройство фильтрации Фиг.1 или устройство седиментации Фиг.2.
Пробоотборный комплекс Фиг.1 состоит из последовательно соединенных устройств: пробоотборной проточной ячейки 23 со стационарно-ножевым пробоотборником, промышленного фильтра со сменным фильтрующим элементом 22, регенерационной емкости 21, приемоотправительной станции 12.2 с управляемым диафрагменным двухходовым клапаном 14.2, один из штуцеров которого соединен с линией транспортировки проб к измерительному комплексу. На Фиг.1 показан пробоотбоный комплекс для одного технологического продукта. Допустимо использование нескольких пробоотборных комплексов для поочередной доставки проб различных технологических продуктов на один измерительный прибор.
Измерительный комплекс состоит из воздухоотделителя с датчиком контроля объема доставленной пробы 8 для приема, деаэрации, эвакуации сопутствующих пробе вредных газов и последующего приема порции промывочной воды, соединенного через управляемый диафрагменный сбросной клапан 13 с одним из входных штуцеров верхней крышки коммутационного устройства 11. Коммутационное устройство 11 для принятия одной или поочередно нескольких различных проб расположено ниже уровня проточной ячейки 3.1. Нижний штуцер коммутационного устройства 11 соединен с входным штуцером проточной ячейки 3.1 измерительного устройства 1. Выходной штуцер проточной ячейки 3.1 транспортной трубкой через обратный клапан 19 и управляемый диафрагменный двухходовой клапан 14.1 соединен с приемоотправительной станцией 12.1, расположенной также ниже уровня проточной ячейки 3.1. Второй штуцер управляемого диафрагменного двухходового клапана 14.1 соединен с линией возврата проб и промывочной воды в технологический процесс.
Система снабжена устройствами промывки измерительных трактов аналитического комплекса, состоящими из фильтра грубой очистки воды 18 и электроуправляемого клапана 20 подачи промывочной воды.
Система снабжена шкафами: электропневматическим 6 для управления подачей проб на измерение, электрическим 7 с программируемыми логическими контроллерами для управления измерительным комплексом, центральным электрическим 4 с программируемым логическим контроллером для управления всей системой и электропневматическим 5 для управления первичным пробоотбором.
Работа автоматической системы аналитического контроля жидких проб осуществляется следующим образом.
За счет вакуума, создаваемого в приемоотправительной станции 12.2, происходит забор технологической пробы стационарно-ножевым пробоотборником из пробоотборной проточной ячейки 23 через промышленный фильтр 22, которая далее в виде фильтрата заполняет регенерационную емкость 21 и через управляемый диафрагменный двухходовой клапан 14.2 приемоотправительную станцию 12.2 до уровня, ограниченного электрическим датчиком. Таким образом получают мерный объем фильтрата, который сохраняют до получения команды контроллера шкафа центрального управления 4 на доставку к месту измерения.
При получении сочетания сигналов датчика наличия пробы приемоотправительной станции 12.2 комплекса отбора первичных проб и датчиков коммутационного устройства 11 и приемоотправительной станции 12.1 аналитического комплекса от контроллера центрального шкафа управления 4 поступает команда на транспортировку накопленной первичной пробы к аналитическому комплексу в штатном режиме. Накопленная в приемоотправительной станции 12.2 предварительно подготовленная проба фильтрата избыточным давлением сжатого воздуха транспортируется через управляемый двухходовой диафрагменный клапан 14.2 по тракту подачи проб в воздухоотделитель 8 при закрытом клапане 13, где проба задерживается на время деаэрации и эвакуации сопутствующих ей вредных газов в систему вытяжной вентиляции.
В соответствии с циклограммой по команде от контроллера шкафа управления аналитическим комплексом 7 открывают управляемый диафрагменный сбросной клапан 13 и проба самотеком сливается из воздухоотделителя 8 в коммутационное устройство 11.
Накопленная в коммутационном устройстве 11 проба под действием вакуума приемоотправительной станции 12.1 перетекает через проточную ячейку 3.1, расположенную на подвижной каретке 3 измерительного прибора 1, обратный клапан 19, предотвращающий аварийное попадание жидкой пробы в измерительный прибор, и управляемый двухходовой диафрагменный клапан 14.1 в приемоотправительную станцию 12.1 до минимального уровня наличия пробы в коммутационном устройстве 11, определяемого датчиком, сигнал от которого передается в контроллер шкафа управления аналитическим комплексом 7. После этого клапан 14.1 закрывают полностью, прекращают режим вакуумирования в приемоотправительной станции 12.1, сохраняя неразрывность потока в соединительном тракте, исключающем возникновение воздушных пузырьков в измерительной зоне проточной ячейки 3.1 и создающем необходимые стационарные условия для выполнения измерения прибором 1.
Начинается режим измерения прибором 1.
Одновременно с началом измерения согласно циклограмме по команде от контроллера шкафа управления 7 закрывают клапаны 13, открывают клапан 20 и промывочная вода через фильтр грубой очистки 18 поступает в воздухоотделитель 8 до мерного уровня, ограниченного контактами датчика, по сигналу от которого закрывается клапан 20, открывается клапан 13 и промывочная вода самотеком сливается в коммутационное устройство 11.
По окончании измерений согласно циклограмме по команде от контроллера шкафа управления 7 включается режим вакуумирования в приемоотправительной станции 12.1, открывается приемная полость клапана 14.1 и промывочная вода по соединительным трактам через проточную ячейку 3.1, промывая ее, подается в приемоотправительную станцию 12.1 до минимального уровня наличия воды в коммутационном устройстве 11, определяемого датчиком, сигнал от которого передается в контроллер шкафа управления 7.
По получении этого сигнала согласно циклограмме по команде от контроллера шкафа управления 7 переключаются полости управляемого двухходового диафрагменного клапана 14.1, создается режим давления в приемоотправительной станции 12.1 и ранее измеренные пробы вместе со смывами вытесняются по линии возврата из нее с выдачей сигнала от датчика 12.1 на контроллер центрального шкафа управления 4, давая разрешение на подачу следующей порции проб из 12.2 в воздухоотделитель 8 аналитического комплекса.
Таким образом осуществляется синхронизация операций одновременного измерения предыдущей пробы измерительным прибором 1 с формированием последующей пробы в приемоотправительной станции 12.2 системы первичного пробоотбора согласно циклограмме контроллера центрального шкафа управления 4. Также одновременно с проведением измерений частично осуществляется операция, связанная с промывкой измерительных трактов в соответствии с циклограммой контроллера шкафа управления 7.
Система автоматически отслеживает возникновение аварийных нештатных ситуаций, останавливает и сохраняет работоспособность ее при последующем запуске. Так, при отсутствии в контроллере центрального шкафа управления 4 сигнала заполнения необходимого постоянного объема накапливаемой первичной пробы в приемоотправительной станции 12.2 подают команду в шкаф управления пробоотбором 5 на продувку и регенерацию фильтроэлемента 22 и остановку комплекса устройств пробоотбора и последующую остановку всей системы после завершения измерений прибором 1 с выдачей аварийного сигнала на блок визуализации о нарушениях с индикацией на мнемосхеме. Эту информацию используют также как фактор дистанционного контроля степени выработки ресурса фильтрующего элемента фильтра пробоподготовки 22 или отсутствия технологического потока в пробоотборной проточной ячейке 23.
При отсутствии в контроллере центрального шкафа управления 4 одного из сигналов от устройств 8, 11, 12.1 аналитического комплекса подают команду на продувку и регенерацию фильтроэлемента 22 и остановку всей системы с выдачей аварийного сигнала о нарушениях в устройствах аналитического комплекса с индикацией на мнемосхеме.
Автоматическое контролирование состояния заполнения элементов системы сокращает непроизводительные трудозатраты на поддержание в рабочем состоянии всей системы в целом.
При наличии в технологическом продукте твердых взвешенных частиц, способных оседать на поверхности фильтроэлемента, вступать в химическую реакцию и заражать последующую отбираемую пробу, автоматическая система аналитического контроля жидких проб Фиг.2 в пробоотборном комплексе использует устройство седиментации, что в совокупности с другими признаками, составляющими предмет изобретения, обеспечивает получение одного и того же технического результата - выполнение полного цикла аналитического контроля в автоматическом режиме.
Система аналитического контроля жидких проб также состоит из пробоотборного комплекса и аналитического в составе двух различных измерительных приборов 1 и 2, как показано на Фиг.2.
Пробоотборный комплекс состоит из динамического сократителя 15, соединенного через нижний штуцер пробоприемной воронки 15.1 с нижней частью седиментационной колонны 16 с управляемым диафрагменным сбросным клапаном 13.4. Пробозаборная трубка 16.1 соединена через управляемый диафрагменный двухходовой клапан 14.4 с приемоотправительной станцией 12.4. Привод динамического сократителя 17 предназначен для подвода технологического потока в пробоприемную воронку 15.1 и соединенную с ней седиментационную колонну 16. Пробозаборная трубка 16.1 расположена в верхней части седиментационной колонны 16 для отбора пробы из осветленной зоны, образующейся при седиментации.
Аналитический комплекс состоит из воздухоотделителя с датчиком контроля объема доставленной пробы 8 для приема, деаэрации, эвакуации сопутствующих пробе вредных газов и последующего приема порции промывочной воды, соединенного через управляемый диафрагменный сбросной клапан 13.1 с входным штуцером в крышке устройства-дозатора 9 с управляемым диафрагменным сбросным клапаном 13.2 с открытой измерительной ячейкой 10 измерительного устройства 2 через тройник, расположенный в нижней части ячейки, измерительная ячейка 10 через тройник и управляемый диафрагменный сбросной клапан 13.3 соединена с одним из входных штуцеров крышки коммутационного устройства 11. Устройство-дозатор 9 через штуцер для перелива объема поступившей пробы, расположенный в средней части его корпуса, соединен с другим штуцером крышки коммутационного устройства 11. Коммутационное устройство 11 для принятия одной или поочередно нескольких различных проб расположено ниже уровня проточной ячейки 3.1, его нижний штуцер соединен с входным штуцером проточной ячейки 3.1 измерительного устройства 1. Выходной штуцер проточной ячейки 3.1 транспортной трубкой через обратный клапан 19 и управляемый диафрагменный двухходовой клапан 14.3 соединен с приемоотправительной станцией 12.3, расположенной также ниже уровня проточной ячейки 3.1. Второй штуцер управляемого диафрагменного двухходового клапана 14.3 соединен с линией возврата проб и промывочной воды в технологический процесс.
Система снабжена устройствами промывки измерительных трактов аналитического комплекса, состоящими из фильтра грубой очистки воды 18.1 и электроуправляемого клапана 20, а седиментационной колонны 16 - состоящим из фильтра грубой очистки воды 18.2 и электроуправляемого клапана подачи промывочной воды, расположенного в шкафу управления пробоотбором 5.
Система снабжена шкафами: электропневматическим 6 для управления подачей проб на измерение, электрическим 7 с программируемыми логическими контроллерами для управления измерительным комплексом, центральным электрическим 4 с программируемым логическим контроллером для управления всей системой и электропневматическим 5 для управления первичным пробоотбором.
Работа автоматической системы аналитического контроля жидких проб осуществляется следующим образом.
При получении сочетания сигналов датчика наличия пробы приемоотправительной станции 12.4 комплекса отбора первичных проб и датчиков коммутационного устройства 11 и приемоотправительной станции 12.3 аналитического комплекса от контроллера центрального шкафа управления 4 поступает команда на транспортировку накопленной первичной пробы к аналитическому комплексу в штатном режиме, накопленная в приемоотправительной станции 12.4 предварительно подготовленная жидкая проба избыточным давлением сжатого воздуха транспортируется через управляемый двухходовой диафрагменный клапан 14.4 по тракту подачи проб в воздухоотделитель 8 при закрытом клапане 13.1, где проба задерживается на время деаэрации и эвакуации сопутствующих ей вредных газов в систему вытяжной вентиляции.
В случае применения двух измерительных устройств, например рентгеноспектрального 1 и вольтамперометрического 2 анализаторов, как показано на Фиг.2, жидкую пробу разделяют в нужных объемах с помощью устройства-дозатора 9. По сигналу от шкафа управления 7 проба при открытии управляемого диафрагменного сбросного клапана 13.1 самотеком сливается из воздухоотделителя 8 через устройство-дозатор 9 при закрытом управляемом диафрагменном сбросном клапане 13.2 в коммутационное устройство 11. Оставшаяся в устройстве-дозаторе 9 мерная часть пробы при открытии клапана 13.2 и закрытии 13.3 подается самотеком в открытую измерительную емкость 10 измерительного прибора 2, например вольтамперометрического анализатора. Накопленная в коммутационном устройстве 11 часть пробы под действием вакуума приемоотправительной станции 12.3 перетекает через проточную ячейку 3.1, расположенную на подвижной каретке 3 измерительного прибора 1, обратный клапан 19 и управляемый двухходовой диафрагменный клапан 14.3 в приемоотправительную станцию 12.3 до минимального уровня наличия пробы в коммутационном устройстве 11, определяемого датчиком, сигнал от которого передается в контроллер шкафа управления 7. После этого клапан 14.3 закрывается полностью, прекращается режим вакуумирования в приемоотправительной станции 12.3, создавая неразрывность потока в соединительном тракте, исключающем возникновение воздушных пузырьков в измерительной зоне проточной ячейки 3.1, и создавая необходимые стационарные условия для выполнения измерения прибором 1.
Начинается режим измерения приборами.
Одновременно с началом измерений согласно циклограмме по команде от контроллера шкафа управления 7 закрываются клапаны 13.1 и 13.2, открывается клапан подачи промывочной воды 20 от устройства 18.1 в воздухоотделитель 8 до мерного уровня, ограниченного контактами датчика, по сигналу от которого закрывается клапан 20, открывается клапан 13.1 и промывочная вода самотеком через устройство-дозатор 9 перетекает в коммутационное устройство 11.
По окончании измерений согласно циклограмме по команде от контроллера шкафа управления 7 открывается клапан 13.3, измеренная проба сливается из открытой измерительной ячейки 10 в коммутационное устройство 11, затем клапан 13.3 закрывается, открывается клапан 13.2 и оставшаяся в устройстве-дозаторе 9 мерная часть промывочной воды самотеком сливается в открытую измерительную ячейку 10, промывая ее, после чего открывается клапан 13.3 и смыв сливается в коммутационное устройство 11. Включается режим вакуумирования в приемоотправительной станции 12.3, открывается приемная полость клапана 14.3 и промывочная вода вместе со смывами от ячейки 10 подается в приемоотправительную станцию 12.3 до минимального уровня наличия смывов в коммутационном устройстве 11, определяемого датчиком, сигнал от которого передается в контроллер шкафа управления 7.
По получении этого сигнала согласно циклограмме по команде от контроллера шкафа управления 7 переключаются полости управляемого двухходового диафрагменного клапана 14.3, создается режим давления в приемоотправительной станции 12.3 и ранее измеренные пробы вместе со смывами по линии возврата транспортируются в технологический процесс.
При получении сигнала отсутствия пробы от датчика приемоотправительной станции аналитического комплекса 12.3 в сочетании с сигналами отсутствия пробы в коммутационном устройстве 11 и наличия пробы в приемоотправительной станции 12.4 в соответствии с циклограммой подают сигнал от контроллера центрального шкафа управления 4 на транспортировку следующей технологической пробы к воздухоотделителю 8. Начинается следующий цикл измерения.
Как и в варианте системы Фиг.1, в системе Фиг.2 осуществляется синхронизация операций одновременного измерения предыдущей пробы измерительными приборами 1 и 2 с формированием последующей пробы в приемоотправительной станции 12.4 системы первичного пробоотбора согласно циклограмме контроллера центрального шкафа управления 4. Также одновременно с проведением измерений частично осуществляется операция, связанная с промывкой измерительных трактов в соответствии с циклограммой контроллера шкафа управления 7.
Применение двух или более различных измерительных приборов расширяет диапазон измеряемых элементов и/или их концентраций.
Эффективность использования измерительного прибора повышается подачей на него последовательно двух и более проб различных технологических продуктов, в том числе по автоматическим системам, представленным на Фиг.1 и/или Фиг.2.
Предотвращение выхода из строя дорогостоящих измерительных приборов достигают защитой проточной ячейки 3.1 от несанкционированного попадания проанализированных проб и смывов при транспортировке их в линию возврата путем установки на всасывающей линии неуправляемого обратного клапана.
При выполнении наладочных и ремонтных работ предусмотрено управление системой в ручном режиме, осуществляемом подключением переносного пульта, обеспечивающего визуальный контроль выполнения ручных команд.
Заявляемая система применима и для выполнения функций отбора и доставки проб из безнапорных открытых потоков и емкостей. При этом вносят соответствующие изменения в циклограмму.
Промышленное производство предлагаемой системы управления не представляет трудностей для предприятий современного уровня.
Заявляемое техническое решение разработано, изготовлено и прошло испытания на ЗАО «Технолинк», Санкт-Петербург, Россия.
1. Автоматическая система аналитического контроля жидких проб, содержащая фильтр, установленный в герметичной пробоотборной емкости, соединенной через пробоприемную трубку и прямой клапан, выполненный в виде неуправляемого клапана, с накопительной емкостью, снабженной первым датчиком уровня, управляемый источник вакуум-давления, герметичную пробоотборную емкость, анализатор, приемоотправительную станцию в виде герметичной емкости, снабженной в нижней ее части управляемым двухходовым диафрагменным клапаном, а в верхней - поплавковым запорным клапаном, и расположенным в цилиндрической ее части штуцером подачи в нее воды, используемой для промывки линии доставки пробы;
блок фильтрации, расположенный между пробоотборником и приемоотправительной станцией, состоящий из герметичной переливной емкости с расположенным в ней фильтроэлементом, соединенной в нижней ее части с управляемым диафрагменным донным клапаном, а в верхней части посредством переливного штуцера - с диафрагменным сбросным клапаном, и емкости накопления фильтрата, в которую введен фильтроэлемент, герметично соединенный с указанной емкостью;
блок управления, индикации и передачи информации, включающий устройства электропневматического и электрического управления, снабженные программируемым логическим контроллером и программой для обработки цифрового сигнала,
отличающаяся тем, что
введено устройство приема отобранных проб различных технологических продуктов, требующих предварительной фильтрации или седиментации, доставленных к месту проведения анализа, деаэрации, эвакуации вредных газов, сопутствующих пробам, и приема порции промывочной воды, выполненное в виде воздухоотделителя, снабженного в нижней его части управляемым диафрагменным сбросным клапаном подачи пробы по разрешающему сигналу на измерение и электрическим датчиком контроля полноты объема доставленной пробы и ограничения объема воды при промывке;
введено устройство вакуумной подачи проб на измерительный прибор, обеспечивающее также режим измерения, сбора и возврата проанализированной пробы и промывочной воды в технологический процесс, которое состоит из последовательно соединенных коммутационного устройства приема поочередно подаваемых технологических проб или промывочной воды, проточной измерительной ячейки и подключенной к системе обеспечения режимов вакуум-давление приемоотправительной станции аналитического комплекса для создания условий стационарного режима измерения и возврата измеренной пробы и промывочной воды сжатым воздухом в технологический процесс,
при этом коммутационное устройство расположено ниже уровня проточной кюветы и выполнено в виде закрытой емкости, снабженной в верхней части крышкой со штуцерами для подвода различных проб, и электрическим датчиком наличия пробы в его донной части, а его нижняя крышка со штуцером через магистраль соединяется с входным штуцером проточной ячейки, закрытой сверху защитной пленкой и расположенной вместе с ячейкой для реперного образца на подвижной каретке с приводом, обеспечивающим точное позиционирование измерительной ячейки и реперного контрольного образца при измерении, причем проточная измерительная ячейка выполнена с нижними вводом-выводом жидких продуктов и расположена в верхней точке тракта подачи в нее проб, исключающее их попадание в прибор при нарушении целостности пленки,
при этом приемоотправительная станция аналитического комплекса расположена ниже уровня проточной измерительной ячейки и выполнена объемом, превышающим суммарно объемы подаваемой на измерение пробы и промывочной воды, и соединена одним из штуцеров управляемого двухходового диафрагменного клапана через обратный клапан с выходным штуцером проточной ячейки, а другим - с линией возврата;
введено устройство автоматической подачи мерного объема воды для промывки измерительных трактов, выполненное в виде фильтра грубой очистки воды, соединенного с электроуправляемым клапаном автоматической подачи воды после каждого цикла измерения, и датчика уровня воды, размещенного в воздухоотделителе, по сигналу от которого отключается подача воды;
введено устройство электрического управления для обеспечения управления устройствами первичного пробоотбора, подготовки и доставки проб к месту проведения анализа, получения сигналов от электрических датчиков, координации и взаимодействия в соответствии с циклограммой устройств, входящих в автоматическую систему аналитического контроля жидких проб, и передачи информации по сетям,
введено устройство электропневматического управления первичным пробоотбором, содержащее электропневматические клапаны, эжектор, электронный датчик уровня жидкостей в приемоотправительной станции для передачи сигнала на программируемый логический контроллер, а устройство электропневматического управления подачей проб на измерение дополнительно содержит электронные датчики наличия жидкостей в устройствах;
введено устройство электрического управления аналитическим комплексом, содержащее панель оператора с индикацией и визуализацией и обеспечивающее в соответствии с циклограммой управление пробоподачей на измерительные приборы, промывкой и возвратом продуктов в технологический процесс, а также приемом, обработкой результатов измерений и передачи информации к устройству электрического управления.
2. Автоматическая система по п.1, отличающаяся тем, что повышение эффективности использования измерительного прибора достигается введением дополнительно двух или более пробоотборных комплексов, работающих в режиме поочередной доставки проб различных технологических продуктов в соответствующие воздухоотделители, соединенные самотечными транспортными трактами с единым коммутационным устройством аналитического комплекса.
3. Автоматическая система по п.1, отличающаяся тем, что проточные ячейки измерительного прибора выполнены съемными, разъемными, закрытыми, из материалов, стойких к агрессивной среде проб, а реперный образец для контроля метрологического состояния измерительного прибора выполнен в виде металлической или прессованной из порошковых материалов таблетки или ячейки с жидким контрольным образцом.
4. Автоматическая система по п.3, отличающаяся тем, что проточная измерительная ячейка выполнена закрытой сверху защитной майларовой или иной пленкой.
5. Автоматическая система по п.1, отличающаяся тем, что на всасывающей линии установлен неуправляемый обратный клапан защиты проточной ячейки измерительного устройства от несанкционированного попадания проанализированных проб и смывов при транспортировке их в линию возврата.
6. Автоматическая система по п.1, отличающаяся тем, что расширение диапазона измеряемых элементов и их концентраций или формирование различных по назначению накопительных проб достигают введением двух или более измерительных различных или одинаковых приборов для измерения проб одного или различных технологических продуктов путем использования соответствующего количества дозирующих устройств разделения полученного объема пробы в требуемых соотношениях для подачи или на каждый измерительный прибор, или для формирования накопительных проб.
7. Автоматическая система по п.1, отличающаяся тем, что устройства предварительной подготовки проб снабжены устройством седиментации, состоящим из последовательно соединенных динамического сократителя и седиментационной колонны, причем пробоприемная воронка динамического сократителя соединена через нижний штуцер с нижней частью седиментационной колонны, а глубина погружения пробоотборной трубки должна обеспечивать отбор мерного объема осветленной части пробы, и снабжены устройством смыва осадка из седиментационной колонны в каждом цикле пробоотбора.
8. Автоматическая система по п.7, отличающаяся тем, что повышение представительности пробы достигается путем введения динамического сократителя для формирования накопительной пробы с заданной частотой разовых отсечек за период дискретности измерения.
9 Автоматическая система по п.1, отличающаяся тем, что обеспечение эксплуатационных требований измерительных приборов с открытой измерительной ячейкой достигают введением устройства подачи в нее дозированного объема проб, обеспечения режима измерения, возврата проанализированной пробы и промывочной воды в технологический процесс, устройство выполнено в виде закрытой емкости с камерой сбора мерного объема пробы, снабженной в верхней части крышкой со штуцером подвода пробы, в средней части штуцером для перелива объема поступившей пробы, в нижней - крышкой с управляемым сбросным диафрагменным клапаном, расположенным на уровне обеспечения самотечного протекания пробы в открытую измерительную емкость через отверстие в ее донной части, снабженной тройником подвода мерного объема пробы и управляемым сбросным диафрагменным клапаном.
