吳藝涵

(福建海峽科化股份有限公司，福建 龍巖 364000)

0 引言

乳化炸藥的水相是硝酸銨、硝酸鈉、氯化鉀等氧化劑溶解于一定比例的水中，加熱溶化形成的水溶液，是乳化炸藥生產(chǎn)的重要組成部分。 用于制造乳化炸藥的水相，含水量為10% ～13%，析晶點為75 ～90 ℃。 由于析晶點比較高，當溫度降低時容易結(jié)晶。 因此，對輸送水相的管道，一方面要設(shè)置保溫；另一方面，對送料后的管道，要用鍋爐蒸汽吹掃，防止輸料管道堵塞。

使用蒸汽吹掃輸料管道可保證管道輸料的順暢性。 但是，當輸料管道較長時，缺點就暴露出來。從水相溶解罐到一車間的水相管道長度約160 m，到二車間的水相管道長度約110 m，管徑DN50，每一次蒸汽吹掃都需要上下2 個工序人員參與完成，一人操作一人觀測，蒸汽到達后通過工序電話聯(lián)系，確認蒸汽是否到位。 如此頻繁的操作，增加了操作人員的工作量，也延誤了工作時間。 為減少操作工作量，需要對水相輸料吹掃系統(tǒng)設(shè)置進行改進，以實現(xiàn)操作簡便實效的目的。

1 改進方案

現(xiàn)有水相輸料管道配有一套管徑DN25 的手動吹掃系統(tǒng)。 在該系統(tǒng)上，擬增加一組氣動閥和流量計或時間控制器，實現(xiàn)計量和氣動控制，達到操作簡便的效果。 現(xiàn)提出以下4 種改進方案。

方案1:增加氣動閥+數(shù)顯渦街流量計+氣動閥開關(guān)按鈕；操作中，手動開氣動閥，當蒸汽流量達到時，手動關(guān)氣動閥；現(xiàn)場顯示累積量和適時流量，需要前后相減方知凈流量，不需要加大安裝管路，維護簡單，精度高，流量計成本在5 000 元左右。

方案2:增加氣動閥+數(shù)顯靶式流量計+氣動閥開關(guān)按鈕；操作中，手動開氣動閥，當蒸汽流量達到時，手動關(guān)氣動閥；現(xiàn)場顯示累積量和適時流量，需要前后相減方知凈流量，不需要加大安裝管路，維護簡單，精度高，流量計成本在15 000 元左右。

方案3:增加氣動閥+質(zhì)量流量計+氣動閥開關(guān)按鈕；操作中，手動開氣動閥，當蒸汽流量達到時，手動關(guān)氣動閥；現(xiàn)場顯示累積量和適時流量，需要前后相減方知凈流量，不需要加大安裝管路，維護簡單，精度高，流量計成本在30 000 元左右。

方案4:氣動閥+時間控制器；操作中，根據(jù)設(shè)定的時間自動控制氣動閥從開到關(guān)的時間；操作簡單，靈活性好，現(xiàn)場可視性好，控制元器件安裝簡單，成本低。

2 方案分析

2.1 改進方案1 分析

方案1 是采用數(shù)顯渦街流量計測量蒸汽用量，根據(jù)用量判定吹掃是否到位。

渦街流量計是根據(jù)卡門渦街理論研制的可以測量氣體、蒸汽或液體的體積流量的一種速度式流量儀表，其結(jié)構(gòu)簡單，無可動部件，壓力損失小，可靠性高，使用維護量小。 吹掃蒸汽管道配置渦街流量計，吹掃蒸汽時，能實時反映蒸汽用量。 生產(chǎn)中確定蒸汽量后，根據(jù)渦街流量計判斷管道吹掃是否到位。 渦街流量計主要技術(shù)指標[1]見表1，工況流量范圍見表2。

表1 渦街流量計主要技術(shù)指標(飽和蒸汽)

表2 DN25 渦街流量計工況流量范圍(飽和蒸汽)

通過現(xiàn)場檢測，在蒸汽壓力為0.3 MPa 條件下，吹掃管道需要時間90 ～120 s，蒸汽流量為0.5 m3/min。若安裝渦街流量計后，其流量在流量范圍內(nèi)，不需要對安裝部位的管道管徑加大處理。由于本工序電氣供電壓為24 V，外供電滿足其安裝要求，電氣選擇符合本工序1.4 級要求的防爆型即可直接安裝使用。

2.2 改進方案2 分析

方案2 是采用數(shù)顯靶式流量計測量鍋爐蒸汽，根據(jù)用量判定吹掃是否到位。

靶式流量計主要用于高黏度、低雷諾數(shù)流體的流量測量[2]，也可應(yīng)用鍋爐蒸汽、壓縮空氣、水的流量測量。 無可動部件，測量準確度高，適用于高低溫介質(zhì)-196 ～450 ℃，適用于高壓力工況0 ～2 MPa。其主要技術(shù)指標見表3，工況流量范圍見表4。

表3 靶式流量計工況流量范圍(飽和蒸汽)

通過現(xiàn)場檢測，在蒸汽壓力為0.3 MPa 條件下，吹掃管道需要時間為90 ～120 s，蒸汽流量為0.5 m3/min。若安裝靶式流量計后，其流量在流量范圍內(nèi)。 安裝后不需要對安裝部位的管道管徑加大處理。 本工序電氣供電壓為24 V，外供電滿足其安裝要求，電氣選擇符合本工序1.4 級要求的防爆型即可直接安裝使用。

2.3 改進方案3 分析

方案3 是采用質(zhì)量流量計測量蒸汽，根據(jù)用量判定是否吹掃到位。

質(zhì)量流量計采用E+H 質(zhì)量流量計，用于測量液體和氣體的質(zhì)量流量，也可測量流體密度和溫度。 該表精度高，可靠性好，安裝方便，在3 種儀表中成本最高。 方案改進主要用于操作管理，只需要粗略的流量值，不需要過高的精度要求，且方案3成本較高，因此，不考慮此方案。

2.4 改進方案4 分析

方案4 是采用時間控制器控制管道吹掃蒸汽的時間，根據(jù)時間判定吹掃是否到位。

時間控制器(定時器)能夠根據(jù)設(shè)定的時間來控制電路的接通或者斷開，是控制電器的開關(guān)裝置。 方案4 中選擇歐姆龍固態(tài)型時間定時器作為氣動閥吹掃蒸汽時間控制的元件。 固態(tài)型定時器，由晶體管和阻容充電電路構(gòu)成，計時比較準確，歐姆龍定時器是取得UL、CAS、NK、LR、CCC 認證的產(chǎn)品，用于工業(yè)化控制可靠性好。 采用時間控制器，控制氣動閥的開啟時間，在蒸汽壓力低時，適當延長時間，蒸汽壓力高時，適當縮短時間，方便靈活、直觀。 在時間設(shè)定上，可以通過管道蒸汽壓力大小確定吹管時間。 以第二生產(chǎn)車間吹掃時間為例，確定吹掃時間與蒸汽壓力的關(guān)系，見表5。 由于第一生產(chǎn)車間輸料管道比較長，其吹掃時間設(shè)定比第二生產(chǎn)車間多0.5 min。

表5 吹掃時間與蒸汽壓力的關(guān)系

歐姆龍H3CR-A 時間控制器控制氣動閥操作的規(guī)格見表6。

表6 H3CR-A 定時器規(guī)格

在生產(chǎn)中，一次吹掃蒸汽時間為2 min 左右，同時考慮到加強吹掃需要，選用表盤刻度數(shù)字6(最大值)的H3CR-A 定時器。 其電氣安全性、操作靈敏度及防護均符合本工序生產(chǎn)安全要求。H3CR-A 定時器的性能指標見表7。

表7 H3CR-A 定時器的性能指標

3 方案選擇與實施

通過以上4 種方案對比分析，采用定時器控制，連線安裝方便，現(xiàn)場操作方便，可實現(xiàn)自動化操作，且成本最低。 因此，對系統(tǒng)進行改進，方案4 為最佳方案。 2021 年7 月，在原吹掃系統(tǒng)上采用方案4，安裝了氣動閥和時間控制器，根據(jù)時間判定吹掃蒸汽量，用氣動代替手動操作，達到了自動控制的目的。

4 結(jié)語

選用氣動閥和時間控制器對水相輸料管道吹掃系統(tǒng)的自動化改進是可行的。 改進后的水相輸料管道吹掃系統(tǒng)的應(yīng)用實踐表明，采用定時器控制氣動閥吹掃管道，操作簡單，靈活性好。 同樣，把這種方案應(yīng)用于油相輸料管道吹掃系統(tǒng)的自動控制，具有可行性。