淺談砼站粉料輸送系統優化升級

魏小華WEI Xiao-hua；陳蘇波CHEN Su-bo；張慶成ZHANG Qing-cheng

（三一重工股份有限公司工程車輛事業部，長沙 410100）

0 引言

智能化、無人化和安全性的混凝土攪拌站是混凝土設備未來的一個發展趨勢和方向，在商品混凝土生產和管理的各個方面都有這三方面的訴求。在粉料原材料管理工作中，水泥、粉煤灰和礦粉等粉料輸送到粉罐中存儲的過程，是攪拌站粉料輸送常見的打灰現象。基本是散裝水泥運輸車直接接入粉罐的打灰管送料，隨著環保形式的日益嚴峻和安全形勢下，混凝土行業企業需要降低資源成本、降低粉塵濃度、降低噪音、粉料防打爆、防打錯，并能實現智慧化管理，需要有砼站粉料輸送更安全更佳智慧解決方案。針對這種情況，本文介紹砼站粉料輸送系統優化升級，提出一套綜合解決方案，為攪拌站散裝水泥卸料帶來一次行業革命！

1 本課題的研究進展及現狀

國內傳統攪拌站的粉料輸送是通過散裝水泥運輸車的出料管直接接入粉罐的進灰管中進行粉料輸送。散裝水泥車的柴油機驅動車載空壓機，產生熱而且潮濕空氣進入氣室內，使運輸車罐體內的粉狀物料產生流態化現象。如果壓力達到目標值時，自動打開蝶閥，直接向筒倉輸送水泥、粉煤灰和礦粉等粉料的過程。在輸送過程中，有的采用在散裝水泥運輸車的出料管與粉罐進料管接口處加鎖的措施來防止打錯料；有的采用在散裝水泥運輸車的出料管與粉罐進料管接口處增加管囊閥，使之與筒倉的壓力安全閥、料位計聯合控制，當倉內壓力達極限或高料位計報警后，管廊閥自動關閉切斷散料運輸車輸料管的輸送，從而達到防止倉頂爆倉目的。

針對以上現象，存在以下幾個問題：

1.1 人為管理不當 商品混凝土是建筑工地日常所見的一種建筑材料，使用量巨大，在粉罐的進料管接口處加鎖，因人為管理疏漏，導致打錯的現象屢見不鮮，造成混凝土質量問題和資源浪費。

1.2 易受潮結塊 傳統粉料輸送方式是由柴油機驅動壓縮機，產生的空氣沒有經過任何處理措施，空氣中的水蒸氣遇到粉罐罐體后結成水且使筒倉內粉料出現受潮，進而出現結塊現象。潮濕粉料易粘結在粉罐倉頂收塵機里面的濾芯或布袋上面造成堵塞現象，若未及時處理，將造成收塵機失效，引發倉頂爆倉安全事故。

1.3 溫度高 散裝粉料運輸車的空壓機產生的壓縮空氣溫度非常高，甚至出風口溫度可以達到120℃以上，連粉料輸送管的溫度也達到了110℃以上，導致在粉料輸送過程中實際上形成了一個給粉料加溫的模式，溫度過高的粉料會引起混凝土質量問題。

1.4 節流閥可靠性不高 現場不按管囊閥流程操作、易打爆罐車送灰管，且本身的可靠性不高。

對于常見的粉料輸送系統可能出現不同問題，譬如管理、安全隱患和成本問題等，通過粉料輸送系統優化升級，可以很好的解決以上問題，為商品混凝土生產企業創造更加智能和安全的工作環境。

2 粉料輸送系統優化升級

2.1 輸送系統驅動優化

粉料輸送打灰系統原理如下：螺桿空壓機持續提供0.2～0.3MPa的壓縮空氣，通過儲氣罐與冷干機后，氣體溫度最多可降低100℃，含水量降低99%，變為常溫干燥空氣，隨后氣體吹入粉罐車，與粉料混合后沿管道進入粉料筒倉，達到輸送粉料的目的。

散裝水泥車打灰原理是利用該車的柴油動力驅動空氣壓縮機，將壓縮空氣經管道送入車載罐體下部的密封氣室，從而使輸送粉料懸浮成流體狀態，當車載罐內壓力達到額定值時，打開出料蝶閥，粉料通過管道流動而進行輸送打灰。車用柴油機的空壓機俗稱打氣泵，提供起源動力，是氣動系統的核心設備，它是將原動的機械能轉成成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發生裝置。

粉料輸送系統由電力驅動空壓機取代柴油機驅動，相比傳統型的散裝水泥車粉料輸送系統的柴油機驅動，更安全、更高效、更環保節能。該系統工作流程如下：從空壓機產生熱而潮濕的空氣首先經過儲氣罐存儲、除水，再經過冷干機和油水分離三聯件進一步除水，進而向水泥運輸車輸出低溫且又干燥的壓縮氣體。經過兩道處理后的壓縮氣體進入散裝水泥車的密封氣室，和罐體內待輸送的粉料一起形成流體后經過管道輸送到攪拌站粉罐的筒倉內。

電力驅動系統由四大部件組成，能夠為粉料運輸打灰車持續穩定地提供低溫且又干燥的壓縮空氣，主要配置了低壓且又大排量的壓縮機、儲氣罐、油水分離器三聯件等。

低壓螺桿空壓機是專門針對攪拌站而研發，采用超大轉子設計，提供大氣量的同時主機低速運行，全密封整機防水可直接戶外放置、無需專門的機房。

儲氣罐一般和空壓機配套使用，具有穩定氣壓，緩解脈沖對用氣設備的的沖擊。底部安裝自動排水閥，能隨時自動排除罐內物理分離出的水，也能夠很好地沉淀空氣中的油污和粉塵等。儲氣罐能夠很好地提高設備輸出氣體的連續性和穩定性，減少壓縮空壓機的反復啟動，從而延長壓縮機的生命周期，起到對系統的自動保護作用。儲氣罐氣罐屬于壓力容器，一般由罐體、自動排水器、法蘭、接頭、密封元件和支座等部件組成。此外，還配有安全裝置、壓力表及完成不同生產工藝作用的附件。

冷干機簡單的講就是一種熱交換裝置，同時對壓縮空氣進行干燥的一種設備。其主要由交換系統、制冷裝置和電氣部分三部分組成。從空壓機出來熱而潮濕并含有水份的壓縮空氣首先經過空氣熱交換器先冷卻；然后經過預冷卻的空氣，在空氣對冷媒熱交換器被冷凍機循環回路進一步冷卻，與已經從蒸發器出來被冷卻到壓力露點的冷空氣進行熱交換，使壓縮空氣的溫度繼續降低。然后壓縮空氣進入蒸發器，與制冷劑進行熱交換，壓縮空氣的溫度降至0～8℃，空氣中的水分在此溫度下析出，通過冷凝器將壓縮空氣中冷凝出的水分油和雜質分離，通過自動排水器將其排出機外。而干燥的低溫空氣則進入空氣對空氣交換器進行熱交換，溫度升高后輸出，能有效地防止管路結露現象的發生。

壓縮空氣油水分離器在輸送氣路系統中起過濾和油霧作用，過濾是將壓縮空氣中的水分和油泥等雜質分離出來，使壓縮空氣凈化；油霧是分離器噴出油霧潤滑氣閥等關鍵位置，保持正常工作。其工作原理是當壓縮空氣進入油水分離器產生流向和速度的急劇變化，然后依靠慣性作用，將密度比壓縮空氣大的油和水滴分離出來。

粉料輸送系統具備以下四個特點：

①高效節能。空壓機用電力驅動代替運輸車的柴油驅動，打灰過程中根除了散裝水泥車柴油機驅動，杜絕了柴油機尾氣的排放。以功率37kW常規配置空壓機為例，排氣量12m3/min，供一臺散料運輸車，50T散裝水泥需要0.5小時就能粉料打灰完畢，成本約13元，計算成本數據以當地的實際價格為準，從以上數據對比可以看出，輸送效率提高30%以上，成本降低了60%。如果同時有兩臺車需要打灰，則粉料輸送系統的空壓機功率增至55kW，否則會造成打灰時間大大加長，導致現場出現壓車情況。

②智能安全。壓縮空氣經冷干機、儲氣罐和油水分離器處理后，輸出低溫干燥的氣體徹底杜絕筒倉粉料受潮，防止杜絕了因水蒸氣冷凝導致水泥倉內1毫米左右粒徑結塊的質量問題、除塵器濾芯或布袋堵塞現象。粉罐的收塵主要起過濾和泄壓的作用，因粉罐屬于密閉結構，打灰過程中粉罐內部壓力高于外部，氣體會通過濾袋或者濾芯排出，而粉塵則會被濾袋過濾留在罐內，如果收塵機布袋或濾芯結塊受堵，排氣不暢導致筒倉內壓力增加，粉罐倉頂易沖頂引發安全事故。

③環保增效。配置低壓螺桿式空壓機，工作狀態時，可以有效消除攪拌站生產場地內最大的噪音源，噪音排放達到70分貝以下，比傳統方案降低30%，比國家規定的標準值低，為攪拌站營造安靜的辦公作業環境，粉料輸送作業不再擾民。

2.2 防打爆智能解決方案

傳統輸送方式，壓力不可控制，給攪拌站帶來褚多安全隱患。在傳統的輸送方式中，壓縮空氣沒有經過任何處理，空氣中的水蒸汽隨壓縮空氣一起進入粉罐筒倉，使筒倉中的粉料受潮，從而出現板結塊現象。這類受潮粉料極容易粘接在收塵機的濾芯或除塵布袋上，從而導致堵塞現象、排氣不暢。若未及時清理，將造成收塵機失效，打灰過程因壓力上升極容易造成壓力安全閥被打爆、冒灰、甚至倉頂開裂、沖頂脫落的安全事故，見圖1。

圖1 粉罐倉頂沖頂示意圖

通過輸送系統與防爆控制系統結合解決以上問題。當粉料輸送至粉罐筒倉時，系統將實時監測倉體數據；一旦倉內氣體壓力過高、粉料過量，系統會啟動自動預警，鎖定并關閉空氣壓縮機，從根本上解決了過壓過量的問題。

智能控制的防爆主要元件有：壓差計、料位計、壓力安全閥等。壓差計、壓力安全閥和上料位計安裝于粉罐倉頂，下料位計安裝于粉罐側面。上料位計垂直于倉頂安裝，與圖紙及技術要求“垂直于水平面”保持一致，粉罐倉頂為斜頂，但料位計安裝座要求水平，避免上料位計發生錯誤報警和傳出錯誤信號。

粉料打灰過程中，由于空壓機持續向倉內輸送壓縮空氣，粉罐筒倉內存在正壓，氣體通過收塵機過濾后排出。在此過程中，壓差計實時監控倉內壓力，料位計監控倉內料位情況，一旦收塵機過濾效果降低，空氣無法順利排出，導致倉內壓力過大，壓差計會反饋信號給控制系統，由控制系統發出命令停止空壓機的工作；控制系統檢測到粉罐的高料位計得電時，停止空壓機。

如果以上兩種方式均失效，倉內壓力大于0.05MPa時，壓力安全閥會自動開啟，排出多余空氣，控制程序檢測到安全閥開啟信號停止空壓機工作。整個控制邏輯包含硬軟件三重保險，可以有效防止打爆倉、冒頂等問題，同時可實現24小時無人值守，人工成本下降80%。上述控制流程見圖2。

圖2 控制流程圖

安裝智能貼片料位系統也是攪拌站粉罐防止爆倉發生的一種有效途徑。其原理是：在粉罐支腿上安裝貼片傳感器，貼片傳感器腿在粉罐重量變化時，在重力作用下發生形變，安裝在支腿上的貼片傳感器檢測到形變，其輸出信號量發生變動，系統通過相關算法計算出粉罐重量，傳輸到終端設備顯示重量。

其結構不與物料接觸，能承受突然沖擊和劇烈加載；無需改變料倉結構，安裝過程中不停產，不受物料介電常數差異、掛壁、架橋和塌陷等影響，運行穩定，測量精度可達5%以內，粉料重量實際值與測量值隨時間的變化曲線。

每倉安裝一個BSQ300檢測終端，實時檢測傳感器數值，通過無線模塊發送數據到粉罐底部安裝的BSD300顯示終端；也可通過有線方式連接傳感器與控制柜，控制柜將信號匯聚集中后通過接口提供數據輸出到BSD300顯示終端。在顯示終端可設置重量上限閥值，在粉罐打灰的過程中，重量大于設定值，通過聲電信號輸出報警信息，提醒查看停止打灰，防止爆倉。也可把報警信號接入到攪拌站控制系統，當壓差計、料位計、壓力安全閥均失效后，控制程序檢測到智能料位輸出的報警信號后，停止空壓機工作，防止爆倉，避免粉塵飛揚、浪費粉料和污染環境等問題。

2.3 防打錯智能解決方案

料倉粉料打錯也是企業頭疼的事，特別是要求嚴格、生產高端產品的企業，打錯料造成的損失往往很大。水泥打到粉煤灰倉則造成成本的損失、粉煤灰或者礦粉打到水泥倉、低標號水泥打到高標號水泥倉則往往造成嚴重的經濟損失和企業品牌的損害，更嚴重的可能導致巨額賠款，以致企業直接面臨困境。

通過采用智能控制系統，磅房操作人員將站內的粉罐編號，每個粉罐與RFID卡一一對應，做到一罐一卡，卡中存儲進料相關信息，司機過磅領卡到該倉指定位置刷卡；也可通過管理平臺將打灰刷卡系統、無人過磅系統和入庫引導監控模塊結合，24小時攪拌站場內無人值守，散裝運輸車司機過磅領卡后，在場內LED屏幕引導下，自動到指定的料倉卸料點卸料和插卡，卡存儲的粉料規格與粉料倉規格默認一致時自動打開粉料電子門禁，進料蝶閥打開且系統進行吹灰；吹灰完畢后拔卡，自動關閉吹灰電子門禁；卡存儲的粉料規格與粉料倉儲存的規格不一致時，不能打開門禁并且系統報警。

插卡后，當語音播報卡正確，系統自動打開電子門禁；當語音提示送料管接好，系統自動啟動除塵器和低壓輸送系統電磁閥打開吹灰上料；系統檢測出現高料位或者高壓力，語音及報警燈提示高位報警，系統自動關閉低壓輸送打灰電磁閥停止打灰，延時30分鐘關閉收塵機；當司機接錯進料管時，會語音報警和提示卡錯誤，粉料輸送系統的空壓機將無法運行啟動和供氣，提醒司機找到正確的倉號接管，從根本上解決了上錯料的問題；當打灰結束后，司機拆管和拔卡，系統自動關閉門禁和低壓打灰氣路電磁閥。

3 結束語

工程項目造價控制的關鍵在于施工前的投資決策和方案配置設計階段，而在項目作出投資決策后，控制造價的關鍵就在于方案和配置設計。盡管方案和配置設計費只相當于建設工程全壽命費用的極少一部分，但正是這極少一部分的費用對工程造價的影響卻占80%以上。我國對混凝土的需求一直處于增長狀態，在日趨嚴格形勢下，攪拌站在粉料輸送系統的節能、降噪、智能和安全等方面需要一套綜合解決方案，本文重點介紹了粉料輸送系統的優化升級，無疑是較為成功的例子，對于施工前的設計再優化，對于工程項目的造價和后期運行粉料輸送管理起到了很好的作用。希望能夠為攪拌站企業提供一個參考，環保是一種理念，需要長期保證符合新形勢下要求，必須技術裝備的不斷優化升級，才能保證其正常工作。