防護設施升級提高管帶機運行穩定性

侯繼鵬，王 健，王 婧，趙秀娟，刁愛國，焦玉茂

（山鋼股份萊蕪分公司焦化廠，山東萊蕪 271104）

0 引言

圓管帶式輸送機（以下簡稱”管帶機”）是在通用帶式輸送機基礎上發展起來的一種新型帶式輸送機，因其在輸送物料過程中物料密閉，輸送線路適應性較強，因此可設計成為長距離物料輸送設備。由于管式皮帶機的特殊性，運行過程中存在一些特有的故障類型。本文重點針對危險到管帶機安全運行的兩大類事故（脹管事故、大尺寸異物引發的撕裂類事故）進行分析，通過專用計量監測的開發與應用、設備隱患梯度治理、預警保護與狀態監測系統的建立與完善等方式，使事故得到了有效控制和徹底避免，從而達到降低管帶機系統故障率、有效延長設備使用壽命的效果。

1 管帶機概述

管帶機是近年來在物料輸送設備領域發展起來的一種新型帶式輸送機，這一技術早期在日本采用，隨后歐洲許多公司也開始設計制造這種皮帶運輸機，我國管式皮帶運輸機的設計、制造和使用起步相對較晚。為保證其所承載的物料正常輸送，又能充分發揮其物料輸送的優點，管帶機在承載物料后通過過渡段托輥組逐漸成型為圓管狀，管帶機上行程（或圓管帶式輸送機的承載側）的底部3 個托輥承受輸送帶和物料的重量，頂部的3 個托輥維持輸送帶成圓管形（圖1、圖2）。這種單面裝六邊形托輥組的結構形式，既能有效保證皮帶運行的穩定性，又能防止物料灑落[1]。

圖1 管帶機過渡托輥組布置

2 管帶機常見事故類型及問題點

管帶機因其設計的特殊性，在使用過程中也有其特有的事故類型和維護難點，常見事故類型及問題點主要有3 個。

圖2 圓管帶式輸送機結構

（1）脹管事故。管帶機因物料過大或打滑等原因造成瞬時料流過大，導致成管段物料堆積超過管徑要求的情況稱為管帶脹管。脹管是對管帶機損害最大的事故種類之一，且大料流一旦進入管帶成管段，必然會造成管帶的嚴重損傷；同時，脹管將可能引發管帶劇烈扭轉，進而引發其他事故。

（2）大尺寸異物引發的輸送帶撕裂事故。由于管帶機物料構成較為復雜，當物料中混有尺寸超過管徑要求的異物時，勢必在成管段破壞原有的成管狀態。輕則造成管徑異常，損壞皮帶及成管段窗式托輥；重則刺穿皮帶，甚至會引發大面積皮帶縱向撕裂。

（3）預警、保護與狀態監測系統構建難度大。長距離管帶機由于設備單機跨度較大，現場信號點多，現場人員無法實時對各個點檢點實施監控，因此根據管帶機常見故障類型分析辨識出狀態監測的關鍵點并構建合理的預警、保護系統對保證設備的正常運行至關重要。

3 現有對策分析

（1）防止脹管事故的對策。目前國內管帶機設計領域尚未有標準化的脹管預警系統或脹管報警裝置的應用。國內用戶大多數使用觸發式料位檢測裝置來預防脹管事故的發生，即通過料流過大時膠帶表面上的高料位觸碰限位開關從而起到報警停機的作用。該裝置的缺點有兩個：①對物料密度發生變化的脹管事故（如干熄焦內摻混大量焦粉、濕熄焦水分大）不能起到報警作用；②物料塊度不均極易造成膠帶表面高料位，進而造成頻繁誤報。

（2）防止大尺寸異物引發輸送帶撕裂事故的措施。目前國內管帶機領域標準化的防撕裂報警裝置為通用帶式輸送機所用的撕裂報警裝置，對管帶機防護沒有針對性；除鐵器設施也采用通用帶式輸送機的相同標準，一般推薦使用圓盤除鐵器與帶式永磁除鐵器，對轉速快、輸送量大的管帶機防護也沒有針對性。

（3）預警、保護與狀態監測系統的構建的方法。目前國內管帶機預警、保護與狀態監測系統的主流設計思路因沒有統一的行業標準，一般沿用通用帶式輸送機的設計標準。對長距離管帶機系統特有的頭尾驅動同步性、啟動載荷的波動性、與上下道工序聯鎖的嚴謹性都沒有針對性設計，且均未涉及語音報警系統的開發與應用。

4 防護設施升級的創新性研究

（1）針對脹管事故發生的機理，需要開發設計管帶機展開段計量監測系統以徹底消除脹管事故的發生。

（2）針對大尺寸異物造成輸送帶撕裂事故，需要作好以下3個方面的工作：①抓好源頭控制，完成傳統物料轉運設備中襯板的換代工作；②抓好流程管控，梳理物料轉運關鍵點并完成除鐵器與篦子的加設工作；③開發適用于高帶速管帶機的橢圓形電磁除鐵器。

（3）完善管帶機預警、保護與狀態監測機制，對管帶機上位機保護程序中事故類（Alarm）與警告類（Warning）報警信號進行嚴格定義，構建完善的管帶機語音報警體系。

5 防護設施升級關鍵技術與創新點

5.1 管帶機展開段計量監測系統的開發與應用

在管帶機尾部展開段安裝高靈敏度皮帶計量秤（誤差≤0.5%），選擇位置需有效避免電磁設備對計量準確度的影響，同時可以保證異常情況發生后，大料流不至于進入成型段引發脹管。計量稱現場儀表積算器需輸出料流和帶速兩個模擬量，上位機對計量稱料流和帶速信號實施實時監測，并設置異常預警與停機保護程序，從而起到有效預防管帶機脹管的作用。

主畫面信號采集和報警設置信息如表1 和表2 所示。

5.2 針對大尺寸異物造成輸送帶撕裂的梯度治理

5.2.1 變更物料轉運設備制作形式，防止襯板劃傷皮帶

為提高振動篩、給料器等物料轉運設備的耐磨性，傳統設計中多采用基礎板內部敷設耐磨鋼板用做襯板的方式；溜槽、導料槽為提高耐磨性，也多在基礎板內壁敷設低合金或錳鋼類襯板。類似襯板一旦脫落，極易造成大規模皮帶劃傷或撕裂。管帶機前道工序均需要對物料轉運系統類似的大尺寸襯板進行改造，通過內襯鑄石板（尺寸200 mm×300 mm×40 mm）或氧化鋁陶瓷貼片（尺寸150 mm×150 mm×30 mm）提高耐磨性，不但可以有效避免因襯板脫落導致的皮帶劃傷，更能因鑄石板、氧化鋁陶瓷貼片的強度大大高于低合金板或錳鋼板，從而起到大大延長設備使用壽命的目的。

表1 主畫面信號采集信息

表2 報警設置信息

5.2.2 抓好流程管控，輸焦關鍵部位加設除鐵器與篦子

在管帶機之前工序轉運皮帶上增設多重除鐵器，多道防線防止鐵器劃傷皮帶或進入管帶；在轉運皮帶落料點下部安裝防異物箅子，篦子最大尺寸不超過管帶機管徑，從而保證大尺寸異物能夠被有效攔截。

5.3 管帶機專用橢圓形除鐵器的開發與應用

管帶機為保證運輸效率，一般設計為高速輸送皮帶（帶速≥3.15 m/s），為確保除鐵器達到除鐵干凈徹底、防止吸力效果下降的效果，對除鐵器設計進行改進。

（1）除鐵器本體采用橢圓形設計從而實現磁路（即磁力線）結構布局優化，大幅提升設備使用效率，降低能耗。傳統的同類除鐵器采用圓形或矩形（內部線圈亦為圓形）設計，其磁路（即磁力線）呈360°的圓形或類似圓形分布，只有在皮帶通過的方向，磁力線輻射到皮帶上產生吸力，其磁場利用率不到50%。而橢圓形的除鐵器，其磁路呈橢圓形分布，磁力線集中輻射在皮帶通過的方向，整個磁場的利用率可達到90%以上。

（2）采用最佳的磁極結構配比設計，大幅提升透磁深度，保證形成高梯度磁場，從而確保物料（焦炭）底層的鐵磁性雜物都能吸住，確保除鐵干凈。

（3）提高繞線密度，增強磁場強度，確保吸力強大。普通圓盤除鐵器表面磁場強度約2000 GS 左右，標準架設高度的磁場強度在400 GS 左右。本設備的設計磁場強度，表面磁場4200 GS，標準架設高度磁場1000 GS。

（4）采用EMU（絕對電磁單位制）最優勵磁線圈設計，嚴格控制線圈發熱程度在允許且不影響設備正常工作的范圍內，確保除鐵器的吸力不會下降，長期工作制下線圈溫度不大于60 ℃，不會出現溫升過高后造成的磁力衰減的現象，滿足現場工況。

5.4 完善預警、保護與狀態監測機制并開發應用語音報警系統

根據對管帶機運行狀態的深入研究，對管帶機上位機保護程序中報警事故與警告類信號進行了嚴格定義。在主控室工藝畫面上，將對應的事故報警信號與預警警告信號與對應聲頻信號相連，形成完善的語音報警系統，并區分信號觸發的優先級及播報方式，從而構建完善的管帶機語音報警體系。

6 結束語

針對管帶機特有故障形式進行的防護設施升級具有較強的針對性，可有效降低管帶機各類重大惡性事故的發生概率，尤其是可以徹底杜絕對脹管、撕裂類事故，大大提高了管帶機設備運行的穩定性。本文涉及的管帶機防護設施升級策略在實際應用中具備安裝使用靈活、結構簡單、可靠性強的優點，在工程應用中將具有十分廣闊的前景與深遠意義。