汪美瓊,侯 陸,代克州

(安徽淮南舜泰化工有限責任公司,安徽淮南232072)

0 引言

近年來,隨著國民經濟的高速發(fā)展,自動化、智能化及信息化技術在各行業(yè)得到了廣泛的應用。我國民爆行業(yè)的技術水平也得到了較大提升,工業(yè)炸藥生產方式正在向著以“機器人換人、自動化減人”為代表的“少(無)人操作”目標快速邁進[1]。

安徽淮南舜泰化工有限責任公司水膠炸藥生產線建于1993年,采用美國杜邦公司技術工藝,生產方式為間斷式生產。長期以來,作為生產線核心之一的混合工序,一直采用人工直接操作方式,進行人工配料、投料、測量?，F場人工操作控制柜操作人員3 人,不但勞動強度大,而且現場粉塵、噪音較大,不利于工人身心健康,已成為制約水膠炸藥生產線整體自動化水平提升的瓶頸。文中在生產線中采用水膠炸藥混合自動控制系統,實現物料的自動輸送、加料、稱重、在線測量和遠程控制等功能,從而實現混合工序的無人化操作。

1 水膠炸藥原有混合工序生產工藝

工藝設計中,作業(yè)采用隔離操作、連續(xù)化、自動化的生產方式[2]。水膠炸藥生產線主要包括中和、混合、包裝等工序,其中混合工序是將各種液體和固體物料按一定工藝配比加入到混合機內進行攪拌混合,制得水膠炸藥。原有工藝過程全部操作需要在現場完成,其中固體硝酸銨、硝酸鈉/田菁粉、大理石粉從斜螺旋加入,并且硝酸鈉/田菁粉需要提前在混拌機混勻,主操作手通過現場控制柜進行斜螺旋、液體加料和混合罐攪拌機的操作,對人體影響較大的珍珠巖、鋁粉、交聯劑、發(fā)泡劑等由人工直接從加料口加入[3]?；旌瞎ば蚣恿瞎に嚾鐖D1 所示。

圖1 混合工序加料工藝示意圖

2 混合工序自動化控制系統的設計方案

2.1 總體設計

總體設計包括固體物料、液態(tài)物料的自動加料、部分固體物料的自動稱重、在線自動測量、混合包裝部分全線聯動自動控制等,實現各物料加入的模塊化、自動化,通過生產線控制室,對混合工序進行遠程控制操作及生產線全程監(jiān)控。改進后的混合加料工藝如圖2 所示。

圖2 混合工序新加料工藝示意圖

2.2 固體物料的加料

2.2.1 斜螺旋自動加料

固體物料包括固體硝酸銨、大理石粉、硝酸鈉、田菁粉、鋁粉等,這些固體物料按照每批的工藝配比稱好后,由原材料倉庫運至加料平臺。首先把固體硝酸銨或大理石粉由加料口加入斜螺旋。再從加料口2 將硝酸鈉加入斜螺旋,膠凝劑(田菁粉)則由專用螺旋加料機加入斜螺旋內,由硝酸鈉帶入螺旋,使兩者在斜螺旋內進行混拌。采用這種方式代替了原有的硝酸鈉混拌工序,不僅使膠凝劑均勻加入,避免了膠凝劑附著在螺旋內壁及螺旋動軸上,而且解決了在混合器內因不均勻遇水結團結塊的問題。人工加料結束后,控制系統獲得信號,斜螺旋啟動進行自動輸送,送料結束后自動停止。

2.2.2 鋁粉、珍珠巖自動上料系統

鋁粉和珍珠巖的自動加料方式和計量是混合工序自動化控制系統的關鍵所在。鋁粉與珍珠巖易揚塵不易輸送和計量,均不宜大量儲存[4]。本方案巧妙地將兩種物流的輸送結合起來,并創(chuàng)新性應用了自動減重稱量技術。首先以稱重傳感器為支點,稱量料倉和計量螺旋的總重量,然后通過混合工序自動控制系統設置計量值,設置為珍珠巖加料先行啟動,隨后鋁粉加料啟動,鋁粉離開計量螺旋后將在輸送螺旋內由珍珠巖帶入混合器內。當料倉及減重螺旋的總重量減少值到達計量值時,加料完成。該自動減重加料系統,包括處理程序軟件、秤上喂料裝置、稱重傳感器等,具有鍵盤校準、自動跟蹤零點、去皮、斷電保護等功能。其中配料系統采用推進下料方式,通過變頻器來實現兩種速度的下料過程。配料系統完成配料后,通過水平螺旋輸送機將物料送致攪拌機里,攪拌機按照編好的工作流程,進行工作,到設定時間自動卸料。

2.3 液體物料的加入

2.3.1 硝酸甲胺溶液、硝酸銨溶液

硝酸甲胺溶液通過隔膜泵輸送至混合工序,再通過流量計與加料閥輸送至混合罐內。硝酸銨溶液是指高溫高濃度的液態(tài)硝酸銨經稀釋后達到工藝要求濃度和溫度后的溶液,通過泵、閥門和流量計輸送至混合罐內。兩種溶液的泵送、開關閥門與計量均在監(jiān)控室內進行遠程操作。

2.3.2 液體小料的加入

液體小料是指交聯劑、泡沫穩(wěn)定劑等用量較少的液體物料。交聯劑和泡沫穩(wěn)定劑較為粘稠,滯留管道內易阻塞管道,干擾流量計的劑量,所以輸送和計量都非常困難。原工藝是由人工直接加入混合罐,本方案采用簡便的液位控制及二次供料的方式,如圖3 所示。即首先通過輸送泵將交聯劑、泡沫穩(wěn)定劑加入罐中,當液體到達指定液位后,停止輸送;然后,在混合工序自動控制系統發(fā)出加料信號后,發(fā)泡劑和泡沫穩(wěn)定劑的計量槽放料,順利解決了液體小料易阻塞管道和流量計的難題。

2.4 pH值、密度值的測量

混合罐裝有pH 計和密度計,測量的數據通過電纜引入控制室。在控制室不僅可監(jiān)視pH 值和密度的變化,還可通過加入其它物料的方式對pH值和密度進行及時調整。

圖3 交聯劑、泡沫穩(wěn)定劑輸料系統

2.5 控制系統

電器控制系統主要由PLC 控制系統、配電柜、變頻器、儀表系統等組成?；旌瞎ば蚩刂葡到y拓撲簡圖如圖4 所示。

圖4 混合工序控制系統拓撲簡圖

PLC(可編程控制器)控制系統采用德國西門子的S7-300 控制系統,主要實現現場的基本自動化控制功能和工況數據采集、報警、聯鎖控制及配比調節(jié)等功能。控制系統的PLC 站,通過電纜連接到控制室監(jiān)控電腦上,可以對生產線進行監(jiān)控、故障報警、參數設定等操作。

配電柜為各控制系統及現場各工作單元提供必須的動力電源。變頻器通過PLC 控制現場泵、混合器攪拌等設備的運行。

控制室由一個操作臺及兩臺監(jiān)控計算機,計算機通過以太網口與PLC 進行TCP/IP 協議通訊連接,通過組態(tài)王組態(tài)軟件對控制系統進行監(jiān)控。

儀表系統對生產過程的溫度、電流、流量等物理量進行采集轉換。

3 混合工序自動化控制系統的實踐應用

混合工序自動化控制系統的各個子系統于2017年9月陸續(xù)投入試運行,經過不斷調試和改進,于2018年8月通過了“水膠炸藥自動化生產線”科技成果鑒定,正式投入生產。截至目前,設備運行正常,產品質量穩(wěn)定,完全實現了現場無人化操作。

3.1 系統的安全性

該自動化系統設有監(jiān)控、報警、連鎖聯動等功能,保證了系統本身以及生產的安全,同時避免或減少了人與危險源(炸藥、設備等)的直接接觸。在中和實驗試生產中,均未出現過任何安全問題,生產過程不但無新的危險因素產生,反而減少了危險因素,生產的本質安全性得到了提高。

3.2 產品質量

從試生產開始截至目前,所生產的各品種水膠炸藥質量均保持穩(wěn)定。并經中煤科工集團淮北爆破技術研究院爆破器材產品質量檢驗中心對安全性和爆炸性能進行檢測,各項性能指標合格,符合《工業(yè)炸藥通用技術條件》(GB 28286-2012)要求。具體實測數據如表1 所示。

表1 三級煤礦許用水膠炸藥性能測試結果[5]

3.3 經濟和社會效益

3.3.1 經濟效益

采用自動化控制系統后,生產線實際操作人員較以前減少3 人/單班,使人工成本降低?；焖幮视? t/h 提高到5 t/h,提高了生產效率,降低了能耗。若雙班生產,按人均工資7 萬元/年計算,據綜合測算,每年產生的直接經濟效益約為50 萬元。

3.3.2 生態(tài)環(huán)境效益與社會效益

利用自動化控制系統,減少了現場人與物料的直接接觸,有利于職工的身體健康,同時減少了固體物料的飛散、灑落和噪音,有利于清潔生產和環(huán)境保護,提高了清潔化生產水平,符合民爆行業(yè)安全、可靠、環(huán)保及標準化的發(fā)展方向[6-7]。

水膠炸藥混合工序的升級換代,大幅度提高了生產的自動化水平和勞動生產率,生產成本降低,生產本質安全性得到提高,對推進企業(yè)技術進步,實現安全發(fā)展、清潔發(fā)展、節(jié)約發(fā)展具有重要意義[8]。

4 結論

針對水膠炸藥混合工序的特點,研發(fā)了自動加料和遠程控制系統,其中,(硝酸鈉/田菁粉)輸送裝置、(珍珠巖、鋁粉)自動減重加料系統及液體小料(交聯劑、泡沫穩(wěn)定劑)自動加料系統具有一定的獨創(chuàng)性。混合工序的自動化控制系統提高了生產效率,混藥效率由4 t/h 提高到5 t/h,同時現場操作人員減少了3 人,極大地提高了生產的本質安全性,減少了現場粉塵、噪音等的污染和對人體的傷害,提高了混合工序的清潔生產技術水平[9],符合《民爆行業(yè)技術進步的指導意見》、《民爆物品行業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020)》、《民用爆炸物品行業(yè)技術發(fā)展方向及目標》等國家和行業(yè)相關文件精神要求。