劉 令，魏碧波，劉俊文

中國葛洲壩集團易普力股份有限公司 重慶 401121

混 裝乳化炸藥車是集原料運輸、炸藥混制、現(xiàn)場裝藥為一體的移動式爆破作業(yè)設(shè)備。其生產(chǎn)的混裝炸藥為散裝炸藥，具有作業(yè)過程安全性高、施工進度快、勞動強度低等優(yōu)點。

混裝乳化炸藥車裝藥時，單孔裝藥量是影響現(xiàn)場爆破效果的重要因素。單孔裝藥量偏多時會導(dǎo)致爆破飛石危害，單孔裝藥量偏少時會導(dǎo)致二次爆破量增加、大塊根底，因此準確計量混裝乳化炸藥車的單孔裝藥量至關(guān)重要。因乳化基質(zhì)的黏度比一般流體大，采用傳統(tǒng)的孔板流量計、渦街流量計、電磁流量計、轉(zhuǎn)子流量計和超聲波流量計計量困難。國內(nèi)大多數(shù)的現(xiàn)場混裝乳化炸藥車對混裝乳化炸藥裝藥量的計量方法是：前期對乳化基質(zhì)輸送泵單轉(zhuǎn)藥量進行標定，并配合轉(zhuǎn)速傳感器對乳化基質(zhì)輸送泵的實時轉(zhuǎn)速進行測量。若后期實際裝藥的乳化基質(zhì)與標定時采用的乳化基質(zhì)不一樣，在未重新進行標定時則會出現(xiàn)計量誤差。同時，混裝乳化炸藥車上乳化基質(zhì)輸送泵環(huán)節(jié)往往是較危險的工序，一般要求應(yīng)具有空轉(zhuǎn)、干運行、超溫、超壓自動報警、自動泄爆保護和停機功能，但當(dāng)前混裝乳化炸藥車上乳化基質(zhì)輸送泵的超壓、超溫聯(lián)鎖保護并不能使其實現(xiàn)真正意義上的安全運行。

混裝車上乳化基質(zhì)的準確計量與運行安全問題亟待提升，通過多次現(xiàn)場調(diào)研、選型、試驗，筆者設(shè)計了一種經(jīng)濟實惠、安全可靠的解決方案。

1 質(zhì)量流量計

1.1 基本結(jié)構(gòu)和原理

質(zhì)量流量計的結(jié)構(gòu)原理如圖 1 所示，主要由 2 根平行的 U 形管、能產(chǎn)生一定頻率振動的驅(qū)動線圈及 2個光電 (或電磁) 探測器組成[1]，是一種利用流體在振動管道中流動時產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理來直接測量質(zhì)量流量的裝置。

圖1 質(zhì)量流量計的結(jié)構(gòu)原理Fig.1 Structure and principle of mass flowmeter

1.2 質(zhì)量流量計優(yōu)點1 號混裝車

質(zhì)量流量計的優(yōu)點[2]主要有：①可直接測量流體的質(zhì)量流量，無需任何壓力、溫度、黏度、密度等換算或修正；② 較體積流量計而言，不需要上下游的直管段要求；③測量值對流體黏度不敏感，且不受流體密度變化的影響；④ 測量精度高。

1.3 質(zhì)量流量計缺點

質(zhì)量流量計的缺點主要有：①易發(fā)生零點漂移；② 不能測量低密度氣體，液體中含氣量超標會導(dǎo)致測量不準；③復(fù)雜幾何形狀的測量管道使壓力損耗較大；④ 大部分型號的流量計質(zhì)量和體積較大。

2 質(zhì)量流量計在混裝車上的應(yīng)用

選用 2 臺國產(chǎn)質(zhì)量流量計，分別安裝在 2 臺混裝乳化炸藥車上，進行現(xiàn)場裝藥應(yīng)用試驗。

2.1 質(zhì)量流量計的安裝

不同廠家質(zhì)量流量計的結(jié)構(gòu)存在差異，安裝要求也不同，因此必須嚴格按照安裝說明、混裝乳化炸藥的生產(chǎn)工藝，并結(jié)合混裝乳化炸藥車的結(jié)構(gòu)及空間進行安裝。

(1) 安裝方式和位置 為避免測量精度較低，質(zhì)量流量計測量管內(nèi)不能有固形物、氣體，需根據(jù)安裝環(huán)境選擇垂直或水平安裝。安裝位置應(yīng)盡量避免振動，并對安裝管路做好固定支撐。確認流量計上的箭頭方向和流體的流向一致。傳感器與變送器的編號要一一對應(yīng)，不可隨意更換，否則會產(chǎn)生測量誤差。

(2) 截止閥的安裝 質(zhì)量流量計上下游應(yīng)設(shè)置截止閥，便于初次安裝后零點校準，截止閥不能泄漏，保證調(diào)零時測量管內(nèi)流體靜止不動。

2.2 信號輸出

質(zhì)量流量計的各種測量參數(shù)可直接液晶顯示，0～10 kHz、4～20 mA 的標準信號輸出，并具有 Modbus RTU 和 HART 通信協(xié)議。一般可以輸出 3 種類型的信號：4～20 mA DC 模擬量、脈沖信號、數(shù)字通信。其中 4～20 mA DC 模擬量可以組態(tài)為瞬時流量、密度或溫度；脈沖信號可以組態(tài)為質(zhì)量流量或體積流量；通信接口可以輸出瞬時流量、累積流量、密度、溫度以及流量計的診斷信息[3]。

2.3 測試應(yīng)用分析

根據(jù)地面站生產(chǎn)乳化基質(zhì)的特性，對泵每轉(zhuǎn)輸送乳化基質(zhì)的量進行標定，并在混裝車控制程序中進行設(shè)定。采用溫度為 65 ℃、密度為 1.35 g/cm3、黏度為 44 257 mPa·s 的乳化基質(zhì)進行現(xiàn)場裝藥試驗。質(zhì)量流量計測量數(shù)據(jù)如圖 2 所示。

在 1 號混裝車上，設(shè)定裝藥效率為 187 kg/min，每孔裝藥時記錄穩(wěn)定后質(zhì)量流量計數(shù)據(jù)，如圖 2(a) 所示。質(zhì)量流量計測量值與設(shè)定裝藥效率的絕對偏差最大為 2.7 kg/min，即絕對最大偏差率為 1.44%。在 2號混裝車上，設(shè)定裝藥效率為 204 kg/min，每孔裝藥時記錄穩(wěn)定后質(zhì)量流量計數(shù)據(jù)，如圖 2(b) 所示。質(zhì)量流量計測量值與設(shè)定裝藥效率的絕對偏差最大為 3.5 kg/min，即絕對最大偏差率為 1.72%。

圖2 質(zhì)量流量計測量數(shù)據(jù)Fig.2 Measured data of mass flowmeter

2 個混裝車上質(zhì)量流量計測量值與設(shè)定值之間的偏差率均低于 2%，重復(fù)性強，試驗數(shù)據(jù)表明該質(zhì)量流量計用于測量黏度較高的乳化基質(zhì)是可靠的，可與傳統(tǒng)的計量模式結(jié)合形成雙重計量方式。

2.4 安全運行控制

國內(nèi)混裝乳化炸藥車，多數(shù)是通過檢測乳化基質(zhì)輸送泵出口的壓力或溫度來進行聯(lián)鎖保護。乳化基質(zhì)輸送泵多數(shù)為螺桿泵，輸出壓力低，若出現(xiàn)干磨現(xiàn)象時，基質(zhì)泵出口的壓力和溫度實際上并不會出現(xiàn)顯著的變化，此時該種安全保護措施就會失效，致使混裝車在運行時存在安全隱患。目前該問題并未引起混裝車生產(chǎn)廠家及使用客戶的重視。

在傳統(tǒng)計量 (標定輸送泵單轉(zhuǎn)藥量、轉(zhuǎn)速傳感器測量輸送泵轉(zhuǎn)速) 方式的基礎(chǔ)上，增設(shè)質(zhì)量流量計并添加邏輯運算程序后可形成“雙重計量”模式。安全運行控制邏輯如圖 3 所示。

圖3 安全運行控制邏輯Fig.3 Control logic of safe operation

控制程序設(shè)定裝藥效率后，裝藥過程中若出現(xiàn)干磨現(xiàn)象，乳化基質(zhì)輸送泵轉(zhuǎn)速基本不變，控制程序顯示的裝藥效率也不會發(fā)生變化。因?qū)嶋H發(fā)生了干磨現(xiàn)象，泵實際輸出的乳化基質(zhì)量會顯著減少，乳化基質(zhì)輸送泵出口的壓力、溫度并不會急劇變化，傳統(tǒng)的超溫、超壓保護失效，但質(zhì)量流量計檢測到乳化基質(zhì)的流量明顯下降，流量下降到一定數(shù)值 (如 20 kg/min)或一定相對比例 (如 10%)，并結(jié)合持續(xù)時間，邏輯程序綜合判定乳化基質(zhì)輸送泵存在干磨現(xiàn)象，就會發(fā)出報警或停機指令，以提升混裝車運行過程中的安全性。

3 應(yīng)用影響因素分析

3.1 振動

混裝乳化炸藥車在現(xiàn)場作業(yè)時，裝藥條件差，振動是不可避免的。從質(zhì)量流量計的工作原理來看，要想降低其計量誤差，必須從產(chǎn)品設(shè)計、安裝方式上進行優(yōu)化，與質(zhì)量流量計廠家溝通進行防振動設(shè)計。同時，安裝在混裝車后應(yīng)開展振動對計量精度的影響調(diào)試，盡量以柔性管進行連接，隔離振動源；為有效避免額外的應(yīng)力疊加在質(zhì)量流量計上，軸向管接頭應(yīng)與質(zhì)量流量計接頭匹配[4-5]。

3.2 黏度

一般來說，流體介質(zhì)的黏度對質(zhì)量流量計的檢測精度幾乎不產(chǎn)生影響。國內(nèi)多數(shù)地面站生產(chǎn)的乳化基質(zhì)黏度均在 5 萬 mPa·s 左右，乳化基質(zhì)還具有一定的流動性，此時用質(zhì)量流量計測量乳化基質(zhì)流量是可靠的。當(dāng)現(xiàn)場混裝乳化炸藥用于裂隙發(fā)育礦山、上向孔時，為防止漏藥、返藥，會更改生產(chǎn)工藝配方，此時乳化基質(zhì)的黏度更高，基本無流動性，在無外部驅(qū)動力的情況下，乳化基質(zhì)極可能堵塞測量管。此種工況下質(zhì)量流量計能否應(yīng)用于檢測乳化基質(zhì)流量，還需開展進一步的應(yīng)用研究。

4 結(jié)語

采用國產(chǎn)質(zhì)量流量計來測定乳化基質(zhì)流量時，試驗數(shù)據(jù)表明其測量精度高、重復(fù)性強，同時該款質(zhì)量流量計價格約為國外品牌的 40%，使質(zhì)量流量計應(yīng)用于混裝車的經(jīng)濟可行性更強。在混裝乳化炸藥車上增設(shè)質(zhì)量流量計，形成“雙重計量”，可有效防范乳化基質(zhì)輸送泵干磨現(xiàn)象的發(fā)生，從本質(zhì)上提升了混裝乳化炸藥車的安全運行水平。

當(dāng)前，混裝乳化炸藥車對乳化基質(zhì)的計量，主要還是通過轉(zhuǎn)速傳感器記錄乳化基質(zhì)輸送泵轉(zhuǎn)速，并配合標定來實現(xiàn)的。在不考慮乳化基質(zhì)流量計計量準確度的前提下，為提升混裝車的安全運行水平，也可考慮引進其他形式的流量計來“測量”乳化基質(zhì)流量，并配合轉(zhuǎn)速傳感器進行聯(lián)鎖保護，但其測量乳化基質(zhì)流量的重復(fù)性需強。