乳化炸藥水相溶液輸料管道吹掃系統(tǒng)改進(jìn)的探討

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(diǎn)為75 ～90 ℃。 由于析晶點(diǎn)比較高，當(dāng)溫度降低時(shí)容易結(jié)晶。 因此，對(duì)輸送水相的管道，一方面要設(shè)置保溫；另一方面，對(duì)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(dāng)輸料管道較長時(shí)，缺點(diǎn)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(gè)工序人員參與完成，一人操作一人觀測(cè)，蒸汽到達(dá)后通過工序電話聯(lián)系，確認(rèn)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(shí)間。 為減少操作工作量，需要對(duì)水相輸料吹掃系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)操作簡便實(shí)效的目的。

1 改進(jìn)方案

現(xiàn)有水相輸料管道配有一套管徑DN25 的手動(dòng)吹掃系統(tǒng)。 在該系統(tǒng)上，擬增加一組氣動(dòng)閥和流量計(jì)或時(shí)間控制器，實(shí)現(xiàn)計(jì)量和氣動(dòng)控制，達(dá)到操作簡便的效果。 現(xiàn)提出以下4 種改進(jìn)方案。

方案1:增加氣動(dòng)閥+數(shù)顯渦街流量計(jì)+氣動(dòng)閥開關(guān)按鈕；操作中，手動(dòng)開氣動(dòng)閥，當(dāng)蒸汽流量達(dá)到時(shí)，手動(dòng)關(guān)氣動(dòng)閥；現(xiàn)場顯示累積量和適時(shí)流量，需要前后相減方知凈流量，不需要加大安裝管路，維護(hù)簡單，精度高，流量計(jì)成本在5 000 元左右。

方案2:增加氣動(dòng)閥+數(shù)顯靶式流量計(jì)+氣動(dòng)閥開關(guān)按鈕；操作中，手動(dòng)開氣動(dòng)閥，當(dāng)蒸汽流量達(dá)到時(shí)，手動(dòng)關(guān)氣動(dòng)閥；現(xiàn)場顯示累積量和適時(shí)流量，需要前后相減方知凈流量，不需要加大安裝管路，維護(hù)簡單，精度高，流量計(jì)成本在15 000 元左右。

方案3:增加氣動(dòng)閥+質(zhì)量流量計(jì)+氣動(dòng)閥開關(guān)按鈕；操作中，手動(dòng)開氣動(dòng)閥，當(dāng)蒸汽流量達(dá)到時(shí)，手動(dòng)關(guān)氣動(dòng)閥；現(xiàn)場顯示累積量和適時(shí)流量，需要前后相減方知凈流量，不需要加大安裝管路，維護(hù)簡單，精度高，流量計(jì)成本在30 000 元左右。

方案4:氣動(dòng)閥+時(shí)間控制器；操作中，根據(jù)設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)控制氣動(dòng)閥從開到關(guān)的時(shí)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(jìn)方案1 分析

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

渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門渦街理論研制的可以測(cè)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(dòng)部件，壓力損失小，可靠性高，使用維護(hù)量小。 吹掃蒸汽管道配置渦街流量計(jì)，吹掃蒸汽時(shí)，能實(shí)時(shí)反映蒸汽用量。 生產(chǎn)中確定蒸汽量后，根據(jù)渦街流量計(jì)判斷管道吹掃是否到位。 渦街流量計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)[1]見表1，工況流量范圍見表2。

表1 渦街流量計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)(飽和蒸汽)

表2 DN25 渦街流量計(jì)工況流量范圍(飽和蒸汽)

通過現(xiàn)場檢測(cè)，在蒸汽壓力為0.3 MPa 條件下，吹掃管道需要時(shí)間90 ～120 s，蒸汽流量為0.5 m3/min。若安裝渦街流量計(jì)后，其流量在流量范圍內(nèi)，不需要對(duì)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(jí)要求的防爆型即可直接安裝使用。

2.2 改進(jìn)方案2 分析

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

靶式流量計(jì)主要用于高黏度、低雷諾數(shù)流體的流量測(cè)量[2]，也可應(yīng)用鍋爐蒸汽、壓縮空氣、水的流量測(cè)量。 無可動(dòng)部件，測(cè)量準(zhǔn)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(biāo)見表3，工況流量范圍見表4。

表3 靶式流量計(jì)工況流量范圍(飽和蒸汽)

通過現(xiàn)場檢測(cè)，在蒸汽壓力為0.3 MPa 條件下，吹掃管道需要時(shí)間為90 ～120 s，蒸汽流量為0.5 m3/min。若安裝靶式流量計(jì)后，其流量在流量范圍內(nèi)。 安裝后不需要對(duì)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(jí)要求的防爆型即可直接安裝使用。

2.3 改進(jìn)方案3 分析

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

質(zhì)量流量計(jì)采用E+H 質(zhì)量流量計(jì)，用于測(cè)量液體和氣體的質(zhì)量流量，也可測(cè)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(jìn)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(jìn)方案4 分析

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

時(shí)間控制器(定時(shí)器)能夠根據(jù)設(shè)定的時(shí)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(shí)間定時(shí)器作為氣動(dòng)閥吹掃蒸汽時(shí)間控制的元件。 固態(tài)型定時(shí)器，由晶體管和阻容充電電路構(gòu)成，計(jì)時(shí)比較準(zhǔn)確，歐姆龍定時(shí)器是取得UL、CAS、NK、LR、CCC 認(rèn)證的產(chǎn)品，用于工業(yè)化控制可靠性好。 采用時(shí)間控制器，控制氣動(dòng)閥的開啟時(shí)間，在蒸汽壓力低時(shí)，適當(dāng)延長時(shí)間，蒸汽壓力高時(shí)，適當(dāng)縮短時(shí)間，方便靈活、直觀。 在時(shí)間設(shè)定上，可以通過管道蒸汽壓力大小確定吹管時(shí)間。 以第二生產(chǎn)車間吹掃時(shí)間為例，確定吹掃時(shí)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(shí)間設(shè)定比第二生產(chǎn)車間多0.5 min。

表5 吹掃時(shí)間與蒸汽壓力的關(guān)系

歐姆龍H3CR-A 時(shí)間控制器控制氣動(dòng)閥操作的規(guī)格見表6。

表6 H3CR-A 定時(shí)器規(guī)格

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

表7 H3CR-A 定時(shí)器的性能指標(biāo)

3 方案選擇與實(shí)施

通過以上4 種方案對(duì)比分析，采用定時(shí)器控制，連線安裝方便，現(xiàn)場操作方便，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，且成本最低。 因此，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，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(dòng)閥和時(shí)間控制器，根據(jù)時(shí)間判定吹掃蒸汽量，用氣動(dòng)代替手動(dòng)操作，達(dá)到了自動(dòng)控制的目的。

4 結(jié)語

選用氣動(dòng)閥和時(shí)間控制器對(duì)水相輸料管道吹掃系統(tǒng)的自動(dòng)化改進(jìn)是可行的。 改進(jìn)后的水相輸料管道吹掃系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐表明，采用定時(shí)器控制氣動(dòng)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(dòng)控制，具有可行性。