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昆明艾克工業(yè)自動(dòng)化有限公司 2018-05-25 點(diǎn)擊1995次
一、問題背景
近期以來，水泥業(yè)多次發(fā)生清庫作業(yè)重大安全事故，造成了多人死傷的慘劇，引起水泥同行的高度關(guān)注和警覺，進(jìn)而引發(fā)全行業(yè)安全清庫作業(yè)成本大幅上升。此外由于國(guó)家環(huán)保要求轉(zhuǎn)變?yōu)榇竺娣e的錯(cuò)峰停產(chǎn)停窯，雖然導(dǎo)致水泥價(jià)格高升，廣大水泥企業(yè)有限的水泥庫開始承載更重要的成品儲(chǔ)備和銷售兌現(xiàn)作用，水泥庫運(yùn)行效率高低對(duì)企業(yè)的價(jià)值實(shí)現(xiàn)日益凸顯。但由于現(xiàn)有粉體大庫儲(chǔ)存與卸放技術(shù)存在明顯缺陷，水泥庫容量越大問題越多，嚴(yán)重制約了企業(yè)的銷售生產(chǎn)，主要反映在：
庫內(nèi)板結(jié)嚴(yán)重，死料區(qū)不斷增長(zhǎng)，大幅擠占有效庫容。有些庫不敢裝料太滿，以防高料位壓力太大導(dǎo)致出料困難，也變相降低了設(shè)計(jì)庫容效率。
庫內(nèi)卸料經(jīng)常呈現(xiàn)漏斗流，造成批次走料不均甚至偏析，形成后進(jìn)先出的不合理現(xiàn)象。
由于完全依靠吹入空氣排放水泥，在雨季或南方潮濕地區(qū)，吹入空氣中所含水分往往被熱料蒸發(fā)上逸，遇庫壁冷凝結(jié)露形成水滴落入庫內(nèi)；若水泥死料區(qū)太大，將積累形成嚴(yán)重的水化反應(yīng)產(chǎn)生不規(guī)則的高固硬塊，將形成固定阻礙或慢慢落入底部阻塞料路。
隨著庫內(nèi)減壓錐及氣動(dòng)斜槽系統(tǒng)磨損嚴(yán)重，庫內(nèi)死料不斷擴(kuò)張，羅茨風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率不斷降低，直至斷料，導(dǎo)致必須周期性進(jìn)行危險(xiǎn)而繁瑣的清庫檢修維護(hù)。
由于水泥庫眾多，放料多采取簡(jiǎn)單開環(huán)技術(shù)，導(dǎo)致流量控制粗放波動(dòng)，當(dāng)庫內(nèi)出現(xiàn)垮塌性沖料時(shí)極易引發(fā)后續(xù)輸送提升環(huán)節(jié)過載堵死，引發(fā)連鎖故障和管理銷售矛盾。
水泥庫底風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪音巨大，銷售忙時(shí)工人不得不承受惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行各種現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整操作。
必然進(jìn)行的周期性清庫檢修，不但費(fèi)用高（萬噸水泥庫每次10萬元以上），而且費(fèi)工費(fèi)時(shí)。
由于庫壁死料高懸，庫內(nèi)清庫作業(yè)支撐移動(dòng)極其困難，作業(yè)人員極易發(fā)生墜落掩埋事故，一旦發(fā)生傷亡事故，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失和政治損失。
二、應(yīng)對(duì)方法及成因分析
針對(duì)上述問題，當(dāng)前所有水泥企業(yè)除了極其被動(dòng)的事后處理，沒有任何更好的辦法，盡管基于安全考慮，各種自動(dòng)半自動(dòng)清庫機(jī)器人也應(yīng)運(yùn)而生。但本質(zhì)并未解決源頭問題，面對(duì)庫內(nèi)形成的大量高處大面積非穩(wěn)定板結(jié)硬固料，停產(chǎn)處理不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，還要面臨巨大的隨機(jī)性垮塌安全威脅。如同火災(zāi)的消防，起火后再先進(jìn)的滅火技術(shù)也改變不了所產(chǎn)生的巨大損失，生產(chǎn)效率依然低下，運(yùn)行成本反而節(jié)節(jié)攀升。
究其原因，在于業(yè)內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)粉體在庫內(nèi)的實(shí)際力學(xué)傳導(dǎo)分布，存在類似電流在導(dǎo)體上的集膚效應(yīng)。粉流掣的研究發(fā)現(xiàn)，粉體在庫中因重力壓迫橫向膨脹，會(huì)形成分層弱穩(wěn)定拱架，也稱為重力拱。它的存在將每層料重沿自然大弧形拱橋橫傳至庫壁，最后形成垂直疊加支撐平衡，形成空心化重力庫壁外聚作用，而遠(yuǎn)非我們想象的均勻重力分布作用，因而易產(chǎn)生硬固性掛壁滯留效應(yīng)。而目前通行的氣動(dòng)卸放技術(shù)的方式，卻往往因氣流走軟不走硬的自然特性，大部分空氣隨料向中心出口流出，少量空氣只會(huì)向密度相對(duì)低的中間部位上逸匯聚而促成不均衡料流運(yùn)動(dòng)，常常呈現(xiàn)出漏斗流狀，處于邊壁的支撐硬固料反而變成不動(dòng)的死料；所以日積月累，庫壁死區(qū)勢(shì)必不斷增長(zhǎng)擠壓有效庫容，最終導(dǎo)致環(huán)庫不規(guī)則板結(jié)，偏庫，甚至徹底斷流。
三、顛覆性方案
如今我們要思考，如果能讓邊壁的硬固料優(yōu)先從庫底同時(shí)產(chǎn)生流出運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生環(huán)庫壁的整體自然平衡流動(dòng)，就可以從根本消除死料的存在和生長(zhǎng)；不但可以大幅度的從根本性提升庫容使用效率，還能最終徹底擺脫清庫的必要和相應(yīng)的巨大代價(jià)。
昆明艾克工業(yè)自動(dòng)化公司在粉流掣的研制中發(fā)現(xiàn)，庫底出口存在的收縮拱是造成粉體順利卸出的關(guān)鍵障礙，從而精巧發(fā)明設(shè)計(jì)出無動(dòng)力太極錐裝置。該裝置充分利用庫內(nèi)粉體料重高位勢(shì)能為原動(dòng)力，通過置于庫內(nèi)出口上方的太極錐針對(duì)性鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，形成了自然剪切力破解粉體收縮運(yùn)動(dòng)的拱阻作用；并確保形成最底層硬固料優(yōu)先卸除的自動(dòng)平衡安排，使庫內(nèi)千百噸粉料重力勢(shì)能形成前拉后推的整體作用于庫壁，實(shí)現(xiàn)了無動(dòng)力無死區(qū)自然整體流卸料，形成大庫邊運(yùn)行卸放邊自我清理庫壁的理想機(jī)制（如圖一）。即便庫頂因雨天產(chǎn)生少量滲漏，也會(huì)被流動(dòng)性粉料迅速消化移除，徹底排除死料形成及其惡性生長(zhǎng)的溫床。由于無需吹入空氣，不但節(jié)能降噪，半流動(dòng)性還有利于實(shí)現(xiàn)流量自適應(yīng)穩(wěn)定平衡卸放。同時(shí)，針對(duì)不同庫位等復(fù)雜工況配套設(shè)計(jì)了專用卸料裝置和高精度沖板流量計(jì)，以及量身定制的智能反饋電腦控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，構(gòu)成了完整的綠色智能水泥卸放閉環(huán)控制系統(tǒng)，能接入中控進(jìn)行數(shù)字遠(yuǎn)程定量控制卸放，直接將原始落后的水泥卸放料工藝推進(jìn)到現(xiàn)代化高效高質(zhì)量時(shí)代。
圖一
一次就根治原有水泥庫放料問題，徹底擺脫周期性清庫困擾，還進(jìn)一步推進(jìn)到數(shù)字化無人遠(yuǎn)程定量控制，而且投資并不大。對(duì)絕大多數(shù)水泥企業(yè)而言，簡(jiǎn)直就是夢(mèng)想與神話，完全是對(duì)大家傳統(tǒng)認(rèn)知的顛覆。
四、四川峨勝水泥實(shí)施案例
四川峨勝水泥擁有6條大型水泥生產(chǎn)線，建有大量萬噸水泥庫，多年來深受水泥庫的各種故障困擾。他們通過2017年4月昆明水泥技術(shù)交流會(huì)了解到全新的粉流掣技術(shù)后，幾經(jīng)反復(fù)討論、研究磋商，決定先從已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞的二廠5號(hào)庫進(jìn)行粉流掣改造，用事實(shí)驗(yàn)證粉流掣技術(shù)是否達(dá)到理論預(yù)期，以期徹底擺脫大量傳統(tǒng)水泥庫技術(shù)帶來的巨大運(yùn)行修復(fù)痛苦。
該庫內(nèi)直徑18米空高39米，滿庫水泥1萬噸左右，原來采用減壓錐帶庫底環(huán)形氣動(dòng)斜槽陣方式，當(dāng)時(shí)清庫檢查發(fā)現(xiàn)減壓錐已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞，僅僅修復(fù)成本已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于粉流掣改造所需的代價(jià)。雖然粉流掣在3000噸，5000噸水泥庫已有過成功應(yīng)用，但粉流掣的設(shè)計(jì)效果能否在如此高大的水泥庫實(shí)現(xiàn)，其上下各級(jí)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)均置強(qiáng)烈懷疑態(tài)度，但抱著死馬當(dāng)活馬醫(yī)的精神，大家決定放手一試。
2018年元月，徹底拆除原混凝土減壓錐（如圖二），改換為粉流掣的太極錐后，開始按5米料位2000噸水泥，9米料位4000噸水泥，直至滿庫1萬噸水泥，逐步展開試機(jī)生產(chǎn)，結(jié)果完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)（如圖三）。正常運(yùn)行2月后，于3月又再次進(jìn)行滿庫放空驗(yàn)證（如圖四）。事實(shí)證明，粉流掣一直以自然整體流卸放，使環(huán)庫壁硬料永遠(yuǎn)處于動(dòng)態(tài)自動(dòng)更新狀態(tài)，而且巨大的料壓作用于庫壁的清理效果非常光滑干凈，真正達(dá)到了邊運(yùn)行卸放邊自動(dòng)清庫的理想狀況。最后自然放空的尾料很少，空深達(dá)37米，四周自然堆積余料高度范圍完全符合理論描述。
圖二
拆除原來的鋼筋混泥土大減壓錐，換裝成小太極錐。
圖三
2018年元月開始正式投入使用，可以靈活設(shè)定下料流量并閉環(huán)運(yùn)行。
圖四
正常運(yùn)行2月后到2018年3月23日滿庫放空驗(yàn)證測(cè)試，證實(shí)庫壁自動(dòng)清庫效果極好，放空率達(dá)到預(yù)期要求。
五、粉流掣成功的價(jià)值與意義
粉流掣在萬噸水泥庫中成功應(yīng)用實(shí)踐表明，我們獲得了更先進(jìn)高效的水泥庫卸放技術(shù)解決辦法，可以徹底告別外國(guó)人自以為是的落后的錯(cuò)誤地技術(shù)方式?？删唧w對(duì)比該庫粉流掣優(yōu)勢(shì)如下：
實(shí)現(xiàn)整體流庫壁硬料優(yōu)先卸放，放料清庫同時(shí)進(jìn)行，根本消除死料區(qū)存在條件，進(jìn)而徹底消除周期性清庫的必要。另外，全庫活料運(yùn)行，可最大限度自行消除少量滲漏雨水入庫造成的累積性危害。而且?guī)靸?nèi)太極錐為無動(dòng)力鋼結(jié)構(gòu)裝置，其受力設(shè)計(jì)平衡簡(jiǎn)單，不存在磨損維護(hù)的需要，其運(yùn)行維護(hù)成本幾乎為零。
采用無動(dòng)力自然平衡卸料，外部動(dòng)力為2臺(tái)5.5千瓦變頻調(diào)速卸料電機(jī)環(huán)保節(jié)能顯著；而原來為45千瓦羅茨風(fēng)機(jī)，高分貝噪聲工作。
采用閉環(huán)智能反饋控制，具備數(shù)字遠(yuǎn)程中控任意定量操作控制功能，能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)工藝流量匹配效率最大化或多庫搭配均化控制。
庫內(nèi)水泥除超低料位，可運(yùn)行在各種庫位高度，充分釋放庫容效率，充分實(shí)現(xiàn)先進(jìn)先出的合理順序，并完全實(shí)現(xiàn)水泥產(chǎn)品的最大化自然均化。
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精巧，造價(jià)經(jīng)濟(jì)，便于新建庫進(jìn)行低成本快速建造使用。
顯然，粉流掣應(yīng)用于水泥大庫，不但可徹底消除傳統(tǒng)氣動(dòng)技術(shù)帶來的各種弊病，從源頭上徹底消除令人頭痛無比的周期性清庫作業(yè)，還大幅節(jié)能降耗，并將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理推進(jìn)到無人智能定量?jī)?yōu)化卸放的先進(jìn)狀態(tài)，是性價(jià)比超高的新一代水泥庫實(shí)用改造技術(shù)。