高效融雪劑攪拌站工藝設計及設備選型

謝敬革，馬順勤，劉力

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100082）

1 引言

在北方一些大中城市，冬季道路的積雪問題日益成為人們所關注的焦點，如果道路上的降雪不及時處理，很有可能對局部地區甚至整個城市造成嚴重的影響。

目前，道路除雪主要是機械式除雪和溶液式除雪相結合的方式。但由于機械式除雪方式效率相對較低，而且該種方式一般適用于積雪已經達到比較厚的情況，然而城市環衛部門在積雪還沒有達到特定的厚度時，就啟動了溶液融雪的城市道路保證措施，由此可以推斷，在冬季降雪時融雪劑溶液的需求量是巨大的。

在中國的北方城市，大規模的融雪劑攪拌站已經比較常見，但這些融雪劑攪拌站一般只追求儲液池池容的超大規模，片面地認為池容足夠大就能解決一切問題，卻往往忽視了儲備水源的充足性、制備連續性、加注高效性等問題【1】。

2 工藝設計相關參數和標準

融雪劑攪拌站設計標準一般是根據CJJ/T 108—2006《城市道路除雪作業技術規程》中的相關要求確定的。該規程要求，在降雪量不大于1cm/次時，施撒融雪劑量不得大于10g/m2，當中雪或大雪時，應先進行積雪清除后再根據道路上剩余雪量進行融雪劑的噴灑。

固態融雪劑的國家標準為GB/T 23851—2017《融雪劑》。融雪劑按照氯化物含量的不同分為氯化物類和非氯化物類。氯化物融雪劑的主要成分有：氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣等無機鹽，其占比約為95%，緩蝕劑（有機醇）占比約為5%。

3 傳統工藝及問題

3.1 傳統融雪劑溶液制備流程

傳統的融雪劑制備流程如圖1 所示。

圖1 傳統融雪劑制備流程示意圖

傳統融雪劑制備流程首先是向攪拌罐內注入清水或中水，當攪拌罐內的水位達到一定高度后，利用起重機將袋裝的融雪劑固體破袋后倒入攪拌罐內，此時給水管繼續不停地向攪拌罐內注水，固體融雪劑不斷地被放入攪拌罐內（攪拌罐內的攪拌器不停攪拌），當攪拌罐的液位達到工況溢流水位時，罐內的溶液開始溢流到儲液池中，當儲液池的液位達到啟泵液位后，循環泵啟動，將儲液池中的溶液泵送回攪拌罐，此時固態融雪劑上料作業和給水管還是不間斷工作，依次往復循環、上料、上水，直至儲液池和攪拌罐內的溶液達到預定濃度和預定儲量時停止上述制備作業。制備好的融雪劑溶液由儲液池通過裝車泵送入灑水車內。

3.2 常見問題

經過筆者的調研與研究，發現傳統的融雪劑攪拌站存在一系列問題。

1）從制備流程上看，制約融雪劑攪拌站制備效率的最大問題就是制備啟動后給水能力不足的問題。以北京某區的大型融雪劑攪拌站為例，由于該攪拌站的儲液池有上千立方，因此要想一次性制備滿儲液池，需要將近72h 的制備時間，需要如此長的制備時間主要是因為給水能力不足。一個具有應急功能的融雪劑攪拌站需要如此長的時間完成制備流程，這無疑降低了融雪劑溶液需求的能動性，在一些極端天氣的情況下不能滿足快速響應的要求。

2）從制備流程上看，整個流程只設置1 個溶液儲池，儲池和攪拌罐之間循環，只有容積達到預定濃度要求時才可以裝車融雪，不能實現邊制備邊裝車融雪的連續性要求。在實際的融雪劑制備過程中經常會有粉塵出現，不能滿足工作環境友好性的要求。此外，由于融雪劑會出現受潮后結塊的情況，這就需要工人利用工具對融雪劑進行破碎，而根據實際情況看，破碎的方式最直接的就是利用人工敲打的方式，這種方式的效率是極其低下的。

3）從裝車流程上看，傳統的溶液裝車方式大多采用高處懸掛垂直管的形式，該種形式簡單、裝車速度快，但對司機準確停車的前期準備工作要求比較高，而且對裝車的液位控制全憑運營經驗，會經常出現液體遺撒的情況。經過測算，該種裝車方式有30%～40%的非有效工作時間。

4 新型高效工藝設計

新型高效融雪劑制備流程如圖2 所示。

圖2 新型高效融雪劑制備流程示意圖

高效融雪劑制備流程在傳統制備流程的基礎上增加了清水池和中間水池，增加清水池的目的是提高融雪劑制備的給水效率。增加中間水池的目的是使中間水池和攪拌罐之間溶液循環，中間水池的容積要小于儲液池，這樣可以使融雪劑溶液的制備快速完成，制備好的溶液再通過導流泵泵送至儲液池備用。整個工藝流程結合清水池的快速給水以及中間水池和攪拌罐之間的循環制備就可以實現溶液邊制備邊裝車的連續作業。

新的工藝流程還增加了破袋器、螺旋、破碎機等設備。新增破袋器結合傾斜螺旋系統的目的是將無結塊的固態融雪劑通過天車送至破袋器中，破袋器自動對物料進行破袋，破袋后的松散物料落入底部料倉后被螺旋送入攪拌罐。由于破袋器具有密封和負壓吸塵的功能，因此，該套系統不僅減少了人工破袋的工作量，而且有效地防止了粉塵的外溢，大大改善了工作環境。工藝流程中新增破碎機和螺旋系統主要是針對結塊之后的固體物料，通過該新增設備之后結塊的物料被有效地破碎，然后由另一套螺旋輸送到攪拌罐中繼續參與溶液制備。

5 關鍵設備和材質的選擇與優化

5.1 設備和材質選擇

融雪劑一般采用噸袋包裝，因此，破袋器應選用噸袋破袋器，破袋器應具有自動破袋、密閉空間和負壓吸塵的功能。破袋器配合起重機和螺旋可以有效地避免粉塵和物料遺撒問題。

由于融雪劑容易出現結塊的情況，因此，新的工藝流程中特意增加了破碎機。本工藝設計中推薦使用剪切式粗破碎機，該種破碎機轉速較慢，剪切力大，對于小塊的融雪劑物料完全能夠適用。通過粗破碎之后的物料，由螺旋送至攪拌罐，可以極大地提高溶解速率。

攪拌罐的攪拌器直接影響溶質的溶解速率，然而在實際工程中攪拌罐中的攪拌器卻是一種簡易攪拌器，為了保證攪拌效果建議采用高效葉輪攪拌器，當攪拌罐高度較高時，還應配備雙層攪拌槳葉形式的攪拌器。此外，根據攪拌罐的直徑尺寸，為了提高效率、降低能耗，應在攪拌罐中增加隔板，最大限度地提高綜合攪拌效果。

經過測算，融雪劑溶液的氯化物含量最大時約為0.015。根據氯化物的含量和實際的使用溫度，溶液制備流程內的設備及管道材質最好使用316L 材質或工程塑料管，但工程塑料管道對溫度的耐用性差，而且容易出現老化和黏接處泄露的問題，因此，在條件允許的情況下優先選用不銹鋼316L材質。

5.2 局部設計優化

由于融雪劑溶質存在各種雜質，同時制備過程中也存在大量不可避免的絲狀物，因此在方便檢修的物料進出口，需要設置不同密度的格柵網以起到攔截雜質的作用。例如，在破袋器底部設置粗密度的格柵，在攪拌罐的入料口設置中密度的格柵網，在各級循環泵的前端設置籃式管道過濾器，通過幾級過濾之后，可以有效地控制溶劑的雜質含量。

傳統的攪拌站，加注方式也是制約加注效率的一個主要因素，傳統的加注方式一種為高處加注，另一種為低處加注。高處加注時間較快，低處加注由于受限于水車本身加注管尺寸的原因加注時間會比較長，因此，大多數攪拌站均采用高處加注方式。但這種方式存在著很多弊端，本文推薦使用應用于石油石化行業的桁架式加注方式或鶴管加注方式。這2 種方式均可以有效地提高溶液的加注效率，極大地縮短加注時間，最終有效地保證融雪作業。

6 結語

本文基于傳統融雪劑攪拌站工藝設計的常見問題，設計了一種新型高效的融雪劑攪拌站工藝流程，同時，結合關鍵設備、材質的選型與局部優化，保證了工藝系統的完備性。希望本文的設計理念可以為今后的融雪劑攪拌站新建或是改造工程提供必要的設計參考和理論依據。