折光仪在腈纶油剂浓度控制方面的应用

[摘 要]浅析了UR20型在线折光仪的工作机理，在腈纶油剂浓度控制系统的应用，确定了正常生产情况下，折光仪所控制的油剂浓度范围在1.40%～1.80%之间以及简单的清洗方法。

[关键词]腈纶 折光仪 油剂 含油率 油剂浓度

中图分类号：TQ342+.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0374-02

1 前言

在腈纶生产中，纤维含油率是产品质量的主要质量指标之一，纤维上油的目的就是为了增加纤维间的抱合力和抗静电性，改善纤维的手感，从而赋予纤维良好的纺织和织造性能。故纤维的含油率控制在腈纶生产中是非常重要的。如何控制循环油剂的浓度是解决纤维含油率稳定的主要因素。大庆石化公司腈纶厂采用意大利梅萨理公司的UR20型在线折光仪能够精确地检测溶液浓度这一特点，通过调节阀来控制补充不断被丝束带走的油剂，并与DCS相连，成功实现了循环油剂浓度的自动控制。

2 折光仪的工作机理

折光仪的工作机理简图如下：

一束光穿过一个媒介“A”，进入另一个媒介“B”，每个媒介都具有不同的折射率。这时，光不可能按照直线行走，而是在二个媒介的分界面发生偏转。偏转的角度与媒介“B”的折射率nD 存在着一定的函数关系。光线穿过媒介“A”射入分界面的角度，叫做“入射角”。这是折射研究中的带有根本性的一项参数。其定义为光线与垂直于分界面平面之轴线所形成的夹角。

如果我们设想有具有不同入射角的一系列光线，我们便会注意到，当我们从光源1开始，依次逐步改变到光源2、光源3、光源4等的时候，我们总是会遇到这样一种状况，即入射光线不能进入媒介“B”（即产品），而是发生偏转，变成与测量棱镜的表面相互平行（光线3'）。

发生这种现象时的入射角，叫做“临界角”。它是两种媒介“A”（测量棱镜）和“B”（产品）的特性。

其数值可以利用下面的公式进行计算：

= sin aL

上式中， aL=临界角

在此基础上继续减小入射角，使之超越临界角，此时光线（1， 2， 3）在到达媒介“B”的时候，被反射回来，仿佛媒介“B”变成了一面镜子。入射光线的偏转不再遵循折射的规律，相反却是遵循反射的规律。这就意味着，此时反射角与入射角完全相等。

如果具有不同入射角的一束光线到达“A/B”（棱镜/产品）分界面，我们就可以观察到：那些入射角小于临界角的光线，将会发生折射，并进入媒介“B”，而那些入射角大于临界角的光线，将会发生反射，返回媒介“A”中，而临界角的大小，是由媒介“A”和“B”决定的。因此，这种现象可以用于测定这些媒介中某一种的折射率。如果我们认为媒介“A”（测量棱镜）的nD是已知常数，并且我们改变媒介“B”（即需要分析的产品）的浓度，就有可能通过简单地测量第一次发生反射时的临界角（即反射光线3与无穷接近的入射光线3和3’相关联），然后便可以通过计算求得产品在任何浓度下的反射率。

3 折光仪在油剂浓度控制系统的应用

3.1 控制系统的设计

采用UR20型在线折光仪来精确地检测出纤维上油系统循环油剂的浓度，通过仪表的控制系统来控制调节阀，向上油系统内补充纤维上油带走的油剂量，使上油系统循环油剂保持稳定的浓度，具体油剂浓度控制系统设计如图1：

整个上油控制系统分现场控制部分和控制室DCS控制部分。折光分析仪的测量信号即可以送到现场调节器，也可以送到控制室DCS。这样设计的目的是：在正常情况下，通过控制室DCS进行显示控制。在折光分析仪需要维护、拆卸检查等特殊情况下，就通过现场控制箱上的两个开关切换到就地调节器对调节阀进行手动控制。并且还可以实现互为冗余备用控制，有一套坏了，可以用另一套进行控制调节。

折光仪把测量的0%-5%油剂浓度信号自动转换成4-20mADC信号送给调节器，与工艺设定的油剂控制指标进行比较，然后把比较的结果转换成4-20mADC信号，送给调节阀来控制阀门开度。

4-20mADC的检测信号通过开关也可以送入DCS，由DCS控制油剂加入量。它是由CENTUM-CS系统实现的：首先在DCS上生成5个模拟输入和输出通道，模拟输入通道用来接收折光分析仪传送过来的油剂浓度信号。模拟输出通道用来控制现场的调节阀。输入和输出通道卡的量程定义为0-100%，与现场调节阀的开度相对应。输出特性选择反作用，以便与现场的风关阀相对应。

另外，在DCS控制回路中设计一套卷曲机停车和调节阀关闭的联锁，以达到纺丝线停车，浓油剂立即停止补加的目的，避免造成循环油剂浓度的波动。

3.2 控制系统的调试

3.2.1 油剂浓度控制范围的确定

将现场UR20型在线折光仪控制盘的开关打到“遥控”位置，在控制室的DCS上将AIC7616切换成自动状态，根据多年的生产经验，循环油剂的浓度一般在1.2%～2.0%之间范围内进行控制，每改变一个参数值，在其它影响因素不变的情况下，参数平稳后采样进行纤维含油率分析，每一个浓度值下采多组纤维样进行含油率分析，计算平均值，从而确定出适宜的UR20型在线折光仪检测出的循环油剂浓度控制值。具体调试结果如下表1：

表1 油剂浓度与纤维含油率的关系

从上表可以看出，油剂浓度控制在1.4%～1.8%之间纤维含油率（优级指标0.30%±0.1%）能够达到优级质量指标范围。

3.2.2 UR20型在线折光仪的清洗

油剂具有一定的粘稠性，UR20型在线折光仪检测镜片易受污染，但折光仪内部带有自动擦净装置，大大降低了镜片被污染造成的检测不准的程度。由于长时间运行，折光仪内部的擦净装置不能完全擦净，因此需人工进行清洗。具体清洗步骤如下：

将现场UR20型在线折光仪控制盘的开关打到“本地”位置，关闭UR20型在线折光仪前后隔离阀，打开折光仪后盖的卡扣，拿下后盖，用专用镜头纸或脱脂棉擦洗镜片表面，擦洗干净后盖上后盖，上紧卡扣，恢复遥控状态。

4 结束语

通过分析UR20型在线折光仪在腈纶油剂浓度控制方面的应用，可以得到如下结论：

（1）由于油剂的特殊性及介质的温度较高，确实给在线分析与控制带来一定的困难，UR20型在线折光仪成功解决了这一难题。

（2）UR20型在线折光仪检测精度高，清洗拆装操作简单、方便。

（3）此套控制系统控制稳定，故障率低，完全解决了其它控制方法存在的故障及问题。

（4）纺丝装置正常生产情况下，折光仪所控制的油剂浓度范围在1.40%～1.80%之间，可以满足产品质量要求。

参考文献

[1] 陈国康、沈新元、林耀等，腈纶生产工艺及应用，中国纺织出版社 2004.2.

[2] 姚穆，纺织材料学（第3版），中国纺织出版社 2009-1-1.