專(zhuān)利名稱：：臥式攪拌床反應(yīng)器持料量的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及反應(yīng)器料位的檢測(cè)，尤其涉及一種臥式攪拌床反應(yīng)器持料量(料位)的檢測(cè)方法，尤其是聚乙烯聚丙烯等聚合釜固體粒料料位檢測(cè)方法。技術(shù)背景料位是指物料在反應(yīng)釜內(nèi)的相對(duì)高度，作為反映流動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)之一，對(duì)于反應(yīng)器負(fù)荷的控制、防止纖維狀和塊狀料的生成、整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，都有十分重要的影響。料位過(guò)低或過(guò)高都將引起反應(yīng)器的異常，如結(jié)塊的產(chǎn)生。以臥式攪拌床反應(yīng)器為例，料位過(guò)低會(huì)引起A)催化劑平均停留時(shí)間降低，收率減小，導(dǎo)致反應(yīng)器時(shí)空收率降低；B)反應(yīng)器內(nèi)床層料位過(guò)低，催化劑直接噴淋在反應(yīng)器內(nèi)壁或攪拌器的裸面上，可能會(huì)產(chǎn)生纖維狀和塊狀聚合物。料位過(guò)高會(huì)造成A)粉末聚合物夾帶增加；B)催化劑分布分配變差，致使粉狀聚合物床層中產(chǎn)生"熱點(diǎn)"，這會(huì)造成纖維狀和塊狀聚合物的生成；C)由于急冷液分布與反應(yīng)熱不能匹配，導(dǎo)致局部床層溫度升高，形成"熱點(diǎn)"。尋找能快速、準(zhǔn)確、靈敏、環(huán)保地檢測(cè)臥式攪拌床反應(yīng)器料位的方法，不僅有助于加深對(duì)臥式攪拌床反應(yīng)器的認(rèn)識(shí)，而且對(duì)于安全生產(chǎn)和優(yōu)化操作、工業(yè)反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。目前工業(yè)臥式攪拌床反應(yīng)器上配備的料位檢測(cè)儀器為利用放射性射線的輻射料位檢測(cè)儀，其讀數(shù)為百分?jǐn)?shù)形式，沒(méi)有料位的具體確定值；當(dāng)釜內(nèi)壓力增加時(shí)讀數(shù)會(huì)產(chǎn)生變化，同時(shí)，當(dāng)釜內(nèi)的顆粒堆積密度發(fā)生變化時(shí)，讀數(shù)也存在著變化；其最主要的缺點(diǎn)在于當(dāng)攪拌漿上有塊料時(shí)，射線因反射與實(shí)際情況不符，產(chǎn)生料位的假報(bào)；此外，放射性射線對(duì)人體有著致命的危害。上述的四個(gè)問(wèn)題最終導(dǎo)致操作人員對(duì)于反應(yīng)器內(nèi)料位狀況無(wú)法確定。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提出了一種具有檢測(cè)靈敏、安全環(huán)保、簡(jiǎn)易快捷等特點(diǎn)的臥式攪拌床反應(yīng)器料位的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，本發(fā)明的目的還在于提供一種臥式攪拌床反應(yīng)器料位的檢測(cè)方法，包括以下步驟臥式攪拌床反應(yīng)器持料量(料位)的檢測(cè)方法1)接收臥式攪拌床反應(yīng)器內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)；通過(guò)聲發(fā)射信號(hào)接收裝置接收反應(yīng)器同一圓周截面的外壁面上的聲發(fā)射信號(hào)，如可以設(shè)置一個(gè)信號(hào)接收裝置每次移動(dòng)若干弧度接收聲信號(hào)，也可以設(shè)置二個(gè)以上的接收裝置(陣列)同時(shí)分別接收不同位置的聲信號(hào)。立式攪拌床反應(yīng)器聲信號(hào)接收裝置接收反應(yīng)器外壁面垂直剖面的直線的聲發(fā)射信號(hào)，如可以設(shè)置一個(gè)信號(hào)接收裝置每次沿直線移動(dòng)若干距離接收聲信號(hào)，或可以設(shè)置直線陣列聲發(fā)射信號(hào)接收裝裝置同時(shí)分別接收不同位置的聲信號(hào)。2)分析接收到的聲信號(hào)，選取聲信號(hào)的平均能量E，振幅A及其均方差S作為特征變量；3)通過(guò)比較反應(yīng)器同一圓周截面的外壁面上的不同位置聲信號(hào)振幅均方差及均方差比的變化判斷反應(yīng)器的料位。當(dāng)聲信號(hào)振幅的均方差和均方差比達(dá)到最大時(shí)，相應(yīng)的位置即為料位面，從而實(shí)現(xiàn)了臥式攪拌床反應(yīng)器料位的在線檢測(cè)。本發(fā)明機(jī)理是在料位附近，顆粒運(yùn)動(dòng)最為激烈，它們與壁面進(jìn)行撞擊和摩擦產(chǎn)生的聲信號(hào)的活躍尺度遠(yuǎn)大于其他位置的顆粒，因此在料位附近的聲波信號(hào)振幅和能量有較大的均方差，將聲(發(fā)射)信號(hào)接收裝置放置于反應(yīng)器外壁位置，通過(guò)反應(yīng)器同一圓周截面的外壁面上不同位置相鄰聲信號(hào)振幅的均方差及均方差比的變化判斷反應(yīng)器的料位，當(dāng)聲信號(hào)的振幅的均方差和均方差比達(dá)到最大時(shí)，相應(yīng)的位置即為料位面，從而實(shí)現(xiàn)了臥式攪拌床反應(yīng)器料位的在線檢測(cè)。本發(fā)明與現(xiàn)有的方法相比具有如下一些優(yōu)點(diǎn)1)聲發(fā)射接收裝置是非插入式的，安裝簡(jiǎn)易方便，不會(huì)影響裝置內(nèi)部多相流體的運(yùn)動(dòng)、流場(chǎng)或內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)；2)不需要發(fā)射源。振動(dòng)信號(hào)是多相流體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中自身產(chǎn)生的，安全環(huán)保；3)對(duì)測(cè)量條件要求低，能在比較惡劣的環(huán)境下全天候工作，即使在高溫高壓等苛刻環(huán)境下仍能正常工作；4)反應(yīng)靈敏，測(cè)量誤差小，適用面廣。圖1是實(shí)驗(yàn)室臥式攪拌床反應(yīng)器示意圖。圖2是實(shí)驗(yàn)室臥式攪拌床反應(yīng)器聲發(fā)射信號(hào)能量均方差及均方差比在壁面上的分布。圖3是某工業(yè)裝置第一釜反應(yīng)器一圓周截面外壁上聲發(fā)射測(cè)量點(diǎn)分布和測(cè)得的料位示意圖。圖4是某工業(yè)裝置第一釜反應(yīng)器聲發(fā)射信號(hào)振幅均方差及均方差比在壁面上的分布。具體實(shí)施方式本發(fā)明選取聲發(fā)射信號(hào)的平均能量，振幅及其均方差作為特征變量，接收反應(yīng)器同一圓周截面的外壁面上的聲發(fā)射信號(hào)，通過(guò)比較相鄰位置聲信號(hào)振幅的均方差和均方差比的變化來(lái)確定反應(yīng)釜內(nèi)的料位，從而實(shí)現(xiàn)臥式攪拌床反應(yīng)器料位的在線檢測(cè)，進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)操作，有較大的現(xiàn)實(shí)意義。臥式攪拌床反應(yīng)器的料位檢測(cè)的具體實(shí)施步驟有以下幾步1)接收臥式攪拌床反應(yīng)器內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)；2)分析接收到的聲信號(hào)，選取聲信號(hào)的平均能量E，振幅A及其均方差S作為特征變量；3)通過(guò)反應(yīng)器同一圓周截面的外壁面上的相鄰位置聲信號(hào)振幅的均方差及均方差比的變化判斷反應(yīng)器的料位。如圖3所示，設(shè)置沿同一圓周截面的外壁面上弧度的聲信號(hào)接收裝置陣列。當(dāng)采用單個(gè)聲信號(hào)接收器時(shí)，設(shè)置沿所述弧度的軌道，通過(guò)聲信號(hào)接收器在弧度的軌道上的不同位置即每次移動(dòng)(由步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng))若干距離接收聲信號(hào)，得到此位置折聲信號(hào)平均能量E，振幅A及其均方差及均方差比，亦得到聲波信號(hào)振幅或幅度的變化或分布，可判斷反應(yīng)器的料位。對(duì)臥式攪拌床而言，對(duì)應(yīng)圓周角度或弧度的變化得到聲信號(hào)平均能量E，振幅A及其均方差及均方差比，通過(guò)聲波信號(hào)的幅度的變化或分布判斷反應(yīng)器的料位(如圖4所示)。對(duì)立式攪拌床反應(yīng)器檢測(cè)時(shí)，對(duì)應(yīng)外壁面垂直剖面的直線的不同位置得到聲信號(hào)振幅A的均方差及均方差比，或能量E的均方差及均方差比的幅度的變化或分布判斷反應(yīng)器的料位。所述的聲信號(hào)振幅或能量的均方差比為反應(yīng)器同一圓周截面的外壁面上的相鄰測(cè)量點(diǎn)間的聲信號(hào)振幅或能量均方差的比值，當(dāng)其均方差和均方差比發(fā)生突變，達(dá)到最大值處即為料位的位置。測(cè)量點(diǎn)間隔可根據(jù)實(shí)際需要的料位精度進(jìn)行調(diào)整，間隔越小，測(cè)量的精度越高。聲發(fā)射信號(hào)通過(guò)聲發(fā)射信號(hào)接收裝置接收反應(yīng)器同一圓周截面的外壁面上獲得，可以通過(guò)設(shè)置一個(gè)信號(hào)接收裝置每次移動(dòng)若干弧度接收聲信號(hào)，也可以通過(guò)設(shè)置二個(gè)以上的接收裝置同時(shí)分別接收不同位置的聲信號(hào)。本發(fā)明方法可用于氣固臥式攪拌床反應(yīng)器。臥式反應(yīng)器內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)通過(guò)設(shè)置在反應(yīng)器外壁處的聲發(fā)射接收裝置(如圖3所示的采用拾音器陣列，覆蓋一段圓弧，至少這段圓弧覆蓋常用料位的區(qū)域)進(jìn)入放大裝置進(jìn)行信號(hào)的放大，以保證信號(hào)的長(zhǎng)距離輸送，然后進(jìn)入聲信號(hào)采集裝置進(jìn)行信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)入聲發(fā)射信號(hào)處理裝置(計(jì)算機(jī))進(jìn)行處理和分析。通過(guò)置于臥式反應(yīng)器外壁的聲發(fā)射傳感器，在同一圓周截面的外壁面上，通過(guò)等間隔或非等間隔的距離采集聲發(fā)射信號(hào)，分析計(jì)算獲得的聲信號(hào)振幅或能量的均方差。在料位附近，顆粒運(yùn)動(dòng)最為激烈，它們與壁面進(jìn)行撞擊和摩擦的幾率也大于其他位置的顆粒，因此在料位附近的聲波信號(hào)都有較大的聲信號(hào)均方差。設(shè)聲波信號(hào)的時(shí)間序列為[xl，x2,x3…，xN]，則各采樣點(diǎn)高度上的能量E:—7(i)信號(hào)的平均值^:》，W(2)聲波信號(hào)的均方差S:=[(X—元)2+(x2—無(wú))2+一+—f)2]/W(3)引入均方差比的概念以幫助確定料位的高度，定義聲波信號(hào)的均方差比<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(4)j表示第j個(gè)測(cè)量點(diǎn)。因?yàn)榱衔桓浇木讲蠲黠@大于料位上方區(qū)域的均方差，所以當(dāng)均方差S和均方差比BS達(dá)到最大時(shí)，相應(yīng)的位置即為料位面，即為料位的判據(jù)。若要提高料位的測(cè)量精度，可以減小測(cè)量點(diǎn)的間隔距離。為實(shí)施本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的一套聲發(fā)射檢測(cè)裝置，包括聲發(fā)射信號(hào)的接收裝置，信號(hào)采集裝置以及信號(hào)處理裝置。其中聲發(fā)射信號(hào)的接收裝置為一個(gè)或二個(gè)以上振動(dòng)換能器；信號(hào)采集裝置為一個(gè)或二個(gè)以上的信號(hào)采集卡(A/D轉(zhuǎn)化器)；信號(hào)處理裝置為帶處理軟件的處理器。所述的振動(dòng)信號(hào)的接收裝置的信號(hào)輸出端與信號(hào)放大裝置的輸入端連接，信號(hào)放大裝置的輸出端與信號(hào)采集裝置的輸入端連接，所述的信號(hào)放大裝置為一個(gè)或二個(gè)以上的信號(hào)放大器。該放大裝置可以根據(jù)實(shí)際需要選擇是否使用。振動(dòng)信號(hào)接收裝置的接收頻率范圍為10kHz10MHz。其中接收頻率范圍以20kHz1MHz為佳。實(shí)施例1采用如圖1所示的冷模裝置，臥式反應(yīng)器長(zhǎng)1530咖，內(nèi)徑475咖，材質(zhì)為透明有機(jī)玻璃，攪拌槳為葉片式，不銹鋼材質(zhì)，轉(zhuǎn)速15rpm。聲發(fā)射信號(hào)采用聲波測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量。其中聲波測(cè)量?jī)x器包括聲波接收裝置、放大裝置、信號(hào)采集裝置和信號(hào)處理裝置，采樣頻率500kHz，采樣時(shí)間10s。實(shí)驗(yàn)所用粉料為抗沖聚丙烯(某工業(yè)裝置粉料)，其熔融指數(shù)和密度分別為2.0g/10min和900kg/m3，平均粒徑為312mm，粒徑分布見(jiàn)表l。表l.抗沖聚丙烯的粒徑分布<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>選取臥式反應(yīng)器中間部位的外壁作為測(cè)量點(diǎn)，在測(cè)量圓周截面上選取12個(gè)測(cè)量位置，以釜底為第1點(diǎn)，依攪拌方向排序，相鄰測(cè)量點(diǎn)間隔為10cm(圓周長(zhǎng))，采用一個(gè)聲信號(hào)接收裝置依次測(cè)定各測(cè)量位置，分析采集到的聲發(fā)射信號(hào)。首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)，將時(shí)間域內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)，得到聲發(fā)射信號(hào)的頻譜圖，然后分別求取各測(cè)量點(diǎn)聲信號(hào)能量的均方差以及均方差比。各測(cè)量點(diǎn)聲信號(hào)能量的均方差及均方差比見(jiàn)圖2。當(dāng)聲信號(hào)能量的均方差及其均方差比達(dá)到最大時(shí)，相應(yīng)的位置即為料位?；谝陨戏治?，由圖2可知，距釜底正下方點(diǎn)圓周長(zhǎng)為20cm處及-60cm處(負(fù)表示與攪拌方向相反的另一側(cè))聲信號(hào)能量的均方差及均方差比均處于最大值，因此，料位在距釜底正下方點(diǎn)圓周長(zhǎng)為20cm處及-60cm處，此二處的連線即為料位。同時(shí)，由肉眼觀察可知，實(shí)際料位值在21.3cm及-59.0cm處，可見(jiàn)，聲波法測(cè)量值與真實(shí)值差別較小，精度較高。實(shí)施例2利用聲波測(cè)量技術(shù)在某工業(yè)臥式攪拌聚合反應(yīng)器上進(jìn)行了料位的檢測(cè)。裝置由兩個(gè)臥式反應(yīng)器串聯(lián)組成，采用BP-Amoco公司的專(zhuān)利產(chǎn)品一一AmocoCD催化劑，在近似活塞流的氣相臥式釜中聚合，可以生產(chǎn)均聚物(HP)、無(wú)規(guī)共聚物(RCP)、抗沖共聚物(ICP)等類(lèi)產(chǎn)品。臥式反應(yīng)器長(zhǎng)13700鵬，內(nèi)徑2743mm，材質(zhì)為不銹鋼，轉(zhuǎn)速維持在15r/min。聲發(fā)射信號(hào)采用聲波測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，其中聲波測(cè)量?jī)x器包括聲波接收裝置、放大裝置、信號(hào)采集裝置和信號(hào)處理裝置，采樣頻率1MHz，采樣時(shí)間5s。在反應(yīng)器保溫層上預(yù)先拆除一圈保溫層，使得聲發(fā)射傳感器直接與反應(yīng)器壁接觸，相鄰采樣點(diǎn)圓周位置間隔為10cm。設(shè)置與采樣點(diǎn)相同數(shù)量的聲信號(hào)接收裝置同時(shí)分別接收不同位置的聲信號(hào)。圖3為第一釜反應(yīng)器一圓周截面外壁面上聲發(fā)射信號(hào)測(cè)量點(diǎn)分布示意圖。分析聲信號(hào)數(shù)據(jù)，對(duì)聲信號(hào)振幅的均方差及均方差比作圖，測(cè)量點(diǎn)在圓筒外壁均勻分布。由圖4可知，距釜底正下方點(diǎn)圓周長(zhǎng)為160cm處及-260cm處聲信號(hào)振幅的均方差及均方差比均處于最大值，因此，此二處的連線即為料位，并參見(jiàn)圖3。權(quán)利要求1.一種攪拌床反應(yīng)器持料量的檢測(cè)方法，包括以下步驟1)接收臥式攪拌床反應(yīng)器內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)；臥式攪拌床反應(yīng)器持料量的檢測(cè)時(shí)，通過(guò)聲信號(hào)接收裝置接收反應(yīng)器同一圓周截面的外壁面上的聲發(fā)射信號(hào)；立式攪拌床反應(yīng)器檢測(cè)時(shí)，聲信號(hào)接收裝置接收反應(yīng)器外壁面垂直剖面的直線的聲發(fā)射信號(hào)接收裝置，接收攪拌床反應(yīng)器內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)；2)分析接收到的聲信號(hào)，選取聲信號(hào)的平均能量E，振幅A及其均方差S作為特征變量；3)通過(guò)反應(yīng)器同一圓周截面的外壁面上的相鄰位置聲信號(hào)振幅A的均方差及均方差比的變化判斷反應(yīng)器的料位；當(dāng)聲信號(hào)振幅的均方差和均方差比達(dá)到最大時(shí)，相應(yīng)的位置即為料位面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式攪拌床反應(yīng)器持料量的檢測(cè)方法，通過(guò)聲發(fā)射信號(hào)接收裝置接收反應(yīng)器同一圓周截面的外壁面上不同位置的聲發(fā)射信號(hào)，通過(guò)設(shè)置一個(gè)信號(hào)接收裝置每次移動(dòng)若干弧度接收聲信號(hào)或通過(guò)設(shè)置二個(gè)以上的接收裝置同時(shí)分別接收不同位置的聲信號(hào)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式攪拌床反應(yīng)器持料量的檢測(cè)方法，其特征在于-所述的聲波信號(hào)的接收頻率范圍為10kHz10MHz。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式攪拌床反應(yīng)器持料量的檢測(cè)方法，其特征在于所述的聲波信號(hào)的接收頻率范圍為20kHz1MHz。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式攪拌床反應(yīng)器持料量的檢測(cè)方法，其特征在于所述的接收反應(yīng)器內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)的位置為反應(yīng)器外壁面處。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種臥式攪拌床反應(yīng)器料位的檢測(cè)方法。通過(guò)接收臥式攪拌床反應(yīng)器內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)；檢測(cè)時(shí)，聲信號(hào)接收裝置接收反應(yīng)器外壁面垂直剖面的直線的聲發(fā)射信號(hào)接收裝置，接收攪拌床反應(yīng)器內(nèi)部的聲發(fā)射信號(hào)；分析接收到的聲信號(hào)，選取聲信號(hào)的平均能量E，振幅A及其均方差S作為特征變量；通過(guò)反應(yīng)器同一圓周截面的外壁面上的相鄰位置聲信號(hào)振幅A的均方差及均方差比的變化判斷反應(yīng)器的料位；當(dāng)聲信號(hào)振幅的均方差和均方差比達(dá)到最大時(shí)，相應(yīng)的位置即為料位面。本發(fā)明的聲發(fā)射接收裝置是非插入式的，安裝簡(jiǎn)易方便、安全環(huán)保、反應(yīng)靈敏、測(cè)量誤差小、適用面廣。文檔編號(hào)G01F23/296GK101241021SQ20081002448公開(kāi)日2008年8月13日申請(qǐng)日期2008年3月21日優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日發(fā)明者偉劉,健周,健徐,曹翌佳,殷大斌,純王,王靖岱,錢(qián)建忠,陽(yáng)永榮,黃正梁申請(qǐng)人:中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司