尾料自清潔系統在乳化炸藥生產線的應用與優化

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實驗室）

乳化炸藥生產原材料主要由水相和油相材料組成，水相材料為液態硝酸銨，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。設備停機后，由于原料的滯后性，本身會有多余尾料留存在管道內，在班次停機靜置期間，尾料沉積聚集并固化。若不及時清理，當下次開機給料時，管道堆積堵塞會疊加，以至于無法給料，影響正常生產。

傳統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，隨著工業智能化升級改造潮流的推進與安全環保監察力度的加大，已經成為亟待解決的熱點問題。尾料自清潔系統是對生產系統末端的補充［3］，本研究通過對系統清潔方案比選測試，對清潔程序進行了優化與完善。一方面，通過系統編程控制，可以實現一鍵清掃，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，實現真正的“零排放”，提高生產線自動化程度。

1 系統方案設計

1.1 總體結構設計

尾料自清潔系統屬于附加系統，主體由三部分組成：上位機控制系統，管道及附件，尾料處理設施。上位機控制系統是系統的控制交互中心，與原有生產DCS系統具有很好的兼容性，可以在其基礎上進行擴展。管道及附件主要是指支管、電磁閥、熱水器、水泵、氣泵等，主要負責開關控制與管路聯通。尾料處理設備包括集液池、集油箱，是清潔尾料的暫存設備，方便集中處理。系統結構如圖1所示。

1.2 總體流程設計

系統結構需要賦予時序、指令與動作等邏輯內涵［4］。由于水相與油相原材料不同，其前端給料系統相對獨立，且各自尾料對管道壁的淤積程度也不同，管線的清潔也應為單獨控制執行。在水相清潔子系統中，主要考慮介質加熱、閥門聯動啟閉以及清洗循環次數控制；在油相清潔子系統中，則更偏向于閥門聯動與組合介質的聯動控制。系統控制流程如圖2所示。

2 系統試驗與優化

尾料自清潔系統設計要考慮操作便捷性、清潔效果、清潔成本、節能環保等指標。系統通過自動化控制，在生產DCS控制系統的基礎上附加設計，設定執行計劃程序，用戶可以通過可視化交互界面了解系統狀態、物料計劃、清潔進度等，實現一鍵運轉與復位。尾料自清潔系統已具備操作便捷性，還需針對其余指標對系統進行測試與優化，完善系統設計。

2.1 清潔要素的比選

清潔效果與成本是系統設計主要考慮的2個指標，而其主要關聯要素有2個：一是清潔介質，二是清潔方式。清潔介質的選用是關系到系統運行的基礎成本，而清潔方式主要關聯清洗時間與次數，直接影響清洗效果與總運行成本，需要對這2個因素進行試驗，以便更好地對方案優化。

水相尾料主要成分為液態硝酸銨，其性質易溶于水，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，從經濟性的角度上，宜選用水為清潔介質，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℃熱水進行清洗試驗，清潔物料儲罐可以滿足5 min清洗介質供應，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”介質組，但其總時長與成本表現欠佳；常溫水清洗效果稍差，但是其總用時與成本表現良好。

油相材料主要成分為各類蠟油與添加劑，其性質難溶于水，易溶于有機溶劑，但有機溶劑成本較高，而且會有二次殘留，會對下次生產造成污染，從經濟與可操作性的原則上，介質可選用增壓空氣，增壓水，輔助少量機油作溶劑與潤滑，本測試采用1.5 MPa增壓環境，增壓常溫水為對照組，增壓熱水、增壓空氣、增壓空氣+機油潤滑為測試組，進行單次5 min清潔，測試結果如表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+機油”介質組，但其成本稍高；熱水與空氣介質組清洗效果類似，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的應用表現權重最大，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，在單次清洗作業中，水相清潔介質材料宜選用熱水稀釋沖洗，油相清潔介質材料使用壓縮空氣+機油輔助壓力沖洗。

2.2 節能優化

本尾料自清潔系統中，水相清潔需要熱水，一直待機將會耗費較多電能，而且生產結束后開始加熱水罐耗費時間，可以設定生產結束前一定時間，系統自動啟動加熱。此外，受溫度影響，尾料的性質會有變化，夏季一次清潔效果比較好，而冬季二次清潔效果會更好，可以設定季節模式，對清洗方式調整，解決耗能耗時問題。

2.3 環保優化

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

3 系統應用表現

尾料自清潔系統對于簡化乳化炸藥生產結束后打掃環節上表現良好，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線自動化程度，符合企業現代管理理念，深受企業歡迎，主要體現在以下2個方面。

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

（2）系統清潔介質主要使用水、空氣以及少量輔助機油，運營成本較低，符合企業經濟與政策需求，便于推廣使用。

4 結論

（1）結合生產工藝特點，設計了尾料自清潔系統，并充分利用尾料性質，確定了經濟適用的清潔介質材料，解決尾料的自動化、程序化清洗的問題。

（2）系統設置了季節模式，對清潔方式靈活調整，通過對清潔尾料的富集，實現二次利用或無害化處理，解決了環保節能問題，具有很好的應用效果。