張曹林井立祥陳勇亮

（1.安徽向科化工有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實驗室）

乳化炸藥生產(chǎn)原材料主要由水相和油相材料組成，水相材料為液態(tài)硝酸銨，油相材料為石油蠟、減壓蠟膏、蠟下油等混合黏稠物［1］。由于材料本身特性，水相材料會在溫度較低或者濃度較高時析晶［2］，油相材料本身具有附著性，2種原料儲罐到混合罐是通過長距離管道運(yùn)輸方式，途徑彎管、接頭、不光潔管道壁，容易堆積在管道壁上。設(shè)備停機(jī)后，由于原料的滯后性，本身會有多余尾料留存在管道內(nèi)，在班次停機(jī)靜置期間，尾料沉積聚集并固化。若不及時清理，當(dāng)下次開機(jī)給料時，管道堆積堵塞會疊加，以至于無法給料，影響正常生產(chǎn)。

傳統(tǒng)的尾料清潔方式多有弊端，存在自動化程度低、清潔不徹底、尾料二次污染等情況，隨著工業(yè)智能化升級改造潮流的推進(jìn)與安全環(huán)保監(jiān)察力度的加大，已經(jīng)成為亟待解決的熱點(diǎn)問題。尾料自清潔系統(tǒng)是對生產(chǎn)系統(tǒng)末端的補(bǔ)充［3］，本研究通過對系統(tǒng)清潔方案比選測試，對清潔程序進(jìn)行了優(yōu)化與完善。一方面，通過系統(tǒng)編程控制，可以實現(xiàn)一鍵清掃，減少清潔時間與工作量；另一方面，能夠有效解決尾料的收集與處理問題，實現(xiàn)真正的“零排放”，提高生產(chǎn)線自動化程度。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

尾料自清潔系統(tǒng)屬于附加系統(tǒng)，主體由三部分組成：上位機(jī)控制系統(tǒng)，管道及附件，尾料處理設(shè)施。上位機(jī)控制系統(tǒng)是系統(tǒng)的控制交互中心，與原有生產(chǎn)DCS系統(tǒng)具有很好的兼容性，可以在其基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。管道及附件主要是指支管、電磁閥、熱水器、水泵、氣泵等，主要負(fù)責(zé)開關(guān)控制與管路聯(lián)通。尾料處理設(shè)備包括集液池、集油箱，是清潔尾料的暫存設(shè)備，方便集中處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 總體流程設(shè)計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要賦予時序、指令與動作等邏輯內(nèi)涵［4］。由于水相與油相原材料不同，其前端給料系統(tǒng)相對獨(dú)立，且各自尾料對管道壁的淤積程度也不同，管線的清潔也應(yīng)為單獨(dú)控制執(zhí)行。在水相清潔子系統(tǒng)中，主要考慮介質(zhì)加熱、閥門聯(lián)動啟閉以及清洗循環(huán)次數(shù)控制；在油相清潔子系統(tǒng)中，則更偏向于閥門聯(lián)動與組合介質(zhì)的聯(lián)動控制。系統(tǒng)控制流程如圖2所示。

2 系統(tǒng)試驗與優(yōu)化

尾料自清潔系統(tǒng)設(shè)計要考慮操作便捷性、清潔效果、清潔成本、節(jié)能環(huán)保等指標(biāo)。系統(tǒng)通過自動化控制，在生產(chǎn)DCS控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上附加設(shè)計，設(shè)定執(zhí)行計劃程序，用戶可以通過可視化交互界面了解系統(tǒng)狀態(tài)、物料計劃、清潔進(jìn)度等，實現(xiàn)一鍵運(yùn)轉(zhuǎn)與復(fù)位。尾料自清潔系統(tǒng)已具備操作便捷性，還需針對其余指標(biāo)對系統(tǒng)進(jìn)行測試與優(yōu)化，完善系統(tǒng)設(shè)計。

2.1 清潔要素的比選

清潔效果與成本是系統(tǒng)設(shè)計主要考慮的2個指標(biāo)，而其主要關(guān)聯(lián)要素有2個：一是清潔介質(zhì)，二是清潔方式。清潔介質(zhì)的選用是關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)成本，而清潔方式主要關(guān)聯(lián)清洗時間與次數(shù)，直接影響清洗效果與總運(yùn)行成本，需要對這2個因素進(jìn)行試驗，以便更好地對方案優(yōu)化。

水相尾料主要成分為液態(tài)硝酸銨，其性質(zhì)易溶于水，且溶解度隨著溫度升高而升高。針對水相尾料主管道的清潔，從經(jīng)濟(jì)性的角度上，宜選用水為清潔介質(zhì)，既可以作溶劑稀釋尾料，也不會造成污染。在測試試驗中，尾料填充采用相同量的水相原料，以常溫0.1 g/mL低濃度硝酸為對照組，采用常溫水、95℃熱水進(jìn)行清洗試驗，清潔物料儲罐可以滿足5 min清洗介質(zhì)供應(yīng)，可以通過檢測管道壁殘留程度驗證清潔效果，用清洗總時長來反映清潔效率，單次物料、能耗等費(fèi)用總成本來評價清洗成本，逐一對水相管道清潔試驗，測試結(jié)果見表1。

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由表1可知，水相管道單次清洗效果最佳的是“熱水”介質(zhì)組，但其總時長與成本表現(xiàn)欠佳；常溫水清洗效果稍差，但是其總用時與成本表現(xiàn)良好。

油相材料主要成分為各類蠟油與添加劑，其性質(zhì)難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，但有機(jī)溶劑成本較高，而且會有二次殘留，會對下次生產(chǎn)造成污染，從經(jīng)濟(jì)與可操作性的原則上，介質(zhì)可選用增壓空氣，增壓水，輔助少量機(jī)油作溶劑與潤滑，本測試采用1.5 MPa增壓環(huán)境，增壓常溫水為對照組，增壓熱水、增壓空氣、增壓空氣+機(jī)油潤滑為測試組，進(jìn)行單次5 min清潔，測試結(jié)果如表2所示。

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由表2可知，油相主管道單次清洗效果最好的是“空氣+機(jī)油”介質(zhì)組，但其成本稍高；熱水與空氣介質(zhì)組清洗效果類似，但熱水的總時長與成本稍高。

管道淤堵對生產(chǎn)影響很大，造成直接成本上漲，因此清潔效果在尾料自清潔系統(tǒng)的應(yīng)用表現(xiàn)權(quán)重最大，其次是清洗成本與總時長，通過對水相與油相主管道的清洗測試比較，在單次清洗作業(yè)中，水相清潔介質(zhì)材料宜選用熱水稀釋沖洗，油相清潔介質(zhì)材料使用壓縮空氣+機(jī)油輔助壓力沖洗。

2.2 節(jié)能優(yōu)化

本尾料自清潔系統(tǒng)中，水相清潔需要熱水，一直待機(jī)將會耗費(fèi)較多電能，而且生產(chǎn)結(jié)束后開始加熱水罐耗費(fèi)時間，可以設(shè)定生產(chǎn)結(jié)束前一定時間，系統(tǒng)自動啟動加熱。此外，受溫度影響，尾料的性質(zhì)會有變化，夏季一次清潔效果比較好，而冬季二次清潔效果會更好，可以設(shè)定季節(jié)模式，對清洗方式調(diào)整，解決耗能耗時問題。

2.3 環(huán)保優(yōu)化

現(xiàn)有水相尾料沖洗后一般直接排入溝渠中，造成水體富營養(yǎng)化，影響生態(tài)健康［5］；油相尾料則采用燃燒處理，會造成大氣污染。隨著安全環(huán)保監(jiān)察力度的加大，企業(yè)對環(huán)保問題也更加重視。本系統(tǒng)通過對低濃度的硝酸銨尾料溶液富集存儲，用于廠區(qū)綠化灌溉；將油相尾料收集到容器內(nèi)，集中無害化處理。

3 系統(tǒng)應(yīng)用表現(xiàn)

尾料自清潔系統(tǒng)對于簡化乳化炸藥生產(chǎn)結(jié)束后打掃環(huán)節(jié)上表現(xiàn)良好，一方面可以減少一線工人工作量和時長，另一方面可以提高乳化炸藥生產(chǎn)線自動化程度，符合企業(yè)現(xiàn)代管理理念，深受企業(yè)歡迎，主要體現(xiàn)在以下2個方面。

（1）尾料自清潔系統(tǒng)與原生產(chǎn)線具有很好的兼容性，可以直接進(jìn)行升級改造，且具有一定的獨(dú)立性，使用方便，易于維護(hù)。

（2）系統(tǒng)清潔介質(zhì)主要使用水、空氣以及少量輔助機(jī)油，運(yùn)營成本較低，符合企業(yè)經(jīng)濟(jì)與政策需求，便于推廣使用。

4 結(jié)論

（1）結(jié)合生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，設(shè)計了尾料自清潔系統(tǒng)，并充分利用尾料性質(zhì)，確定了經(jīng)濟(jì)適用的清潔介質(zhì)材料，解決尾料的自動化、程序化清洗的問題。

（2）系統(tǒng)設(shè)置了季節(jié)模式，對清潔方式靈活調(diào)整，通過對清潔尾料的富集，實現(xiàn)二次利用或無害化處理，解決了環(huán)保節(jié)能問題，具有很好的應(yīng)用效果。