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昆明艾克工業(yè)自動化有限公司 2018-05-25 點擊2292次
一、問題背景
近期以來，水泥業(yè)多次發(fā)生清庫作業(yè)重大安全事故，造成了多人死傷的慘劇，引起水泥同行的高度關(guān)注和警覺，進而引發(fā)全行業(yè)安全清庫作業(yè)成本大幅上升。此外由于國家環(huán)保要求轉(zhuǎn)變?yōu)榇竺娣e的錯峰停產(chǎn)停窯，雖然導致水泥價格高升，廣大水泥企業(yè)有限的水泥庫開始承載更重要的成品儲備和銷售兌現(xiàn)作用，水泥庫運行效率高低對企業(yè)的價值實現(xiàn)日益凸顯。但由于現(xiàn)有粉體大庫儲存與卸放技術(shù)存在明顯缺陷，水泥庫容量越大問題越多，嚴重制約了企業(yè)的銷售生產(chǎn)，主要反映在：
庫內(nèi)板結(jié)嚴重，死料區(qū)不斷增長，大幅擠占有效庫容。有些庫不敢裝料太滿，以防高料位壓力太大導致出料困難，也變相降低了設計庫容效率。
庫內(nèi)卸料經(jīng)常呈現(xiàn)漏斗流，造成批次走料不均甚至偏析，形成后進先出的不合理現(xiàn)象。
由于完全依靠吹入空氣排放水泥，在雨季或南方潮濕地區(qū)，吹入空氣中所含水分往往被熱料蒸發(fā)上逸，遇庫壁冷凝結(jié)露形成水滴落入庫內(nèi)；若水泥死料區(qū)太大，將積累形成嚴重的水化反應產(chǎn)生不規(guī)則的高固硬塊，將形成固定阻礙或慢慢落入底部阻塞料路。
隨著庫內(nèi)減壓錐及氣動斜槽系統(tǒng)磨損嚴重，庫內(nèi)死料不斷擴張，羅茨風機運行效率不斷降低，直至斷料，導致必須周期性進行危險而繁瑣的清庫檢修維護。
由于水泥庫眾多，放料多采取簡單開環(huán)技術(shù)，導致流量控制粗放波動，當庫內(nèi)出現(xiàn)垮塌性沖料時極易引發(fā)后續(xù)輸送提升環(huán)節(jié)過載堵死，引發(fā)連鎖故障和管理銷售矛盾。
水泥庫底風機運行噪音巨大，銷售忙時工人不得不承受惡劣的現(xiàn)場環(huán)境進行各種現(xiàn)場調(diào)整操作。
必然進行的周期性清庫檢修，不但費用高（萬噸水泥庫每次10萬元以上），而且費工費時。
由于庫壁死料高懸，庫內(nèi)清庫作業(yè)支撐移動極其困難，作業(yè)人員極易發(fā)生墜落掩埋事故，一旦發(fā)生傷亡事故，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失和政治損失。
二、應對方法及成因分析
針對上述問題，當前所有水泥企業(yè)除了極其被動的事后處理，沒有任何更好的辦法，盡管基于安全考慮，各種自動半自動清庫機器人也應運而生。但本質(zhì)并未解決源頭問題，面對庫內(nèi)形成的大量高處大面積非穩(wěn)定板結(jié)硬固料，停產(chǎn)處理不僅費工費時，還要面臨巨大的隨機性垮塌安全威脅。如同火災的消防，起火后再先進的滅火技術(shù)也改變不了所產(chǎn)生的巨大損失，生產(chǎn)效率依然低下，運行成本反而節(jié)節(jié)攀升。
究其原因，在于業(yè)內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)粉體在庫內(nèi)的實際力學傳導分布，存在類似電流在導體上的集膚效應。粉流掣的研究發(fā)現(xiàn)，粉體在庫中因重力壓迫橫向膨脹，會形成分層弱穩(wěn)定拱架，也稱為重力拱。它的存在將每層料重沿自然大弧形拱橋橫傳至庫壁，最后形成垂直疊加支撐平衡，形成空心化重力庫壁外聚作用，而遠非我們想象的均勻重力分布作用，因而易產(chǎn)生硬固性掛壁滯留效應。而目前通行的氣動卸放技術(shù)的方式，卻往往因氣流走軟不走硬的自然特性，大部分空氣隨料向中心出口流出，少量空氣只會向密度相對低的中間部位上逸匯聚而促成不均衡料流運動，常常呈現(xiàn)出漏斗流狀，處于邊壁的支撐硬固料反而變成不動的死料；所以日積月累，庫壁死區(qū)勢必不斷增長擠壓有效庫容，最終導致環(huán)庫不規(guī)則板結(jié)，偏庫，甚至徹底斷流。
三、顛覆性方案
如今我們要思考，如果能讓邊壁的硬固料優(yōu)先從庫底同時產(chǎn)生流出運動，產(chǎn)生環(huán)庫壁的整體自然平衡流動，就可以從根本消除死料的存在和生長；不但可以大幅度的從根本性提升庫容使用效率，還能最終徹底擺脫清庫的必要和相應的巨大代價。
昆明艾克工業(yè)自動化公司在粉流掣的研制中發(fā)現(xiàn)，庫底出口存在的收縮拱是造成粉體順利卸出的關(guān)鍵障礙，從而精巧發(fā)明設計出無動力太極錐裝置。該裝置充分利用庫內(nèi)粉體料重高位勢能為原動力，通過置于庫內(nèi)出口上方的太極錐針對性鋼結(jié)構(gòu)設計，形成了自然剪切力破解粉體收縮運動的拱阻作用；并確保形成最底層硬固料優(yōu)先卸除的自動平衡安排，使庫內(nèi)千百噸粉料重力勢能形成前拉后推的整體作用于庫壁，實現(xiàn)了無動力無死區(qū)自然整體流卸料，形成大庫邊運行卸放邊自我清理庫壁的理想機制（如圖一）。即便庫頂因雨天產(chǎn)生少量滲漏，也會被流動性粉料迅速消化移除，徹底排除死料形成及其惡性生長的溫床。由于無需吹入空氣，不但節(jié)能降噪，半流動性還有利于實現(xiàn)流量自適應穩(wěn)定平衡卸放。同時，針對不同庫位等復雜工況配套設計了專用卸料裝置和高精度沖板流量計，以及量身定制的智能反饋電腦控制驅(qū)動系統(tǒng)，構(gòu)成了完整的綠色智能水泥卸放閉環(huán)控制系統(tǒng)，能接入中控進行數(shù)字遠程定量控制卸放，直接將原始落后的水泥卸放料工藝推進到現(xiàn)代化高效高質(zhì)量時代。
圖一
一次就根治原有水泥庫放料問題，徹底擺脫周期性清庫困擾，還進一步推進到數(shù)字化無人遠程定量控制，而且投資并不大。對絕大多數(shù)水泥企業(yè)而言，簡直就是夢想與神話，完全是對大家傳統(tǒng)認知的顛覆。
四、四川峨勝水泥實施案例
四川峨勝水泥擁有6條大型水泥生產(chǎn)線，建有大量萬噸水泥庫，多年來深受水泥庫的各種故障困擾。他們通過2017年4月昆明水泥技術(shù)交流會了解到全新的粉流掣技術(shù)后，幾經(jīng)反復討論、研究磋商，決定先從已經(jīng)嚴重損壞的二廠5號庫進行粉流掣改造，用事實驗證粉流掣技術(shù)是否達到理論預期，以期徹底擺脫大量傳統(tǒng)水泥庫技術(shù)帶來的巨大運行修復痛苦。
該庫內(nèi)直徑18米空高39米，滿庫水泥1萬噸左右，原來采用減壓錐帶庫底環(huán)形氣動斜槽陣方式，當時清庫檢查發(fā)現(xiàn)減壓錐已經(jīng)嚴重損壞，僅僅修復成本已遠遠高于粉流掣改造所需的代價。雖然粉流掣在3000噸，5000噸水泥庫已有過成功應用，但粉流掣的設計效果能否在如此高大的水泥庫實現(xiàn)，其上下各級技術(shù)領(lǐng)導均置強烈懷疑態(tài)度，但抱著死馬當活馬醫(yī)的精神，大家決定放手一試。
2018年元月，徹底拆除原混凝土減壓錐（如圖二），改換為粉流掣的太極錐后，開始按5米料位2000噸水泥，9米料位4000噸水泥，直至滿庫1萬噸水泥，逐步展開試機生產(chǎn)，結(jié)果完全達到預期目標（如圖三）。正常運行2月后，于3月又再次進行滿庫放空驗證（如圖四）。事實證明，粉流掣一直以自然整體流卸放，使環(huán)庫壁硬料永遠處于動態(tài)自動更新狀態(tài)，而且巨大的料壓作用于庫壁的清理效果非常光滑干凈，真正達到了邊運行卸放邊自動清庫的理想狀況。最后自然放空的尾料很少，空深達37米，四周自然堆積余料高度范圍完全符合理論描述。
圖二
拆除原來的鋼筋混泥土大減壓錐，換裝成小太極錐。
圖三
2018年元月開始正式投入使用，可以靈活設定下料流量并閉環(huán)運行。
圖四
正常運行2月后到2018年3月23日滿庫放空驗證測試，證實庫壁自動清庫效果極好，放空率達到預期要求。
五、粉流掣成功的價值與意義
粉流掣在萬噸水泥庫中成功應用實踐表明，我們獲得了更先進高效的水泥庫卸放技術(shù)解決辦法，可以徹底告別外國人自以為是的落后的錯誤地技術(shù)方式?？删唧w對比該庫粉流掣優(yōu)勢如下：
實現(xiàn)整體流庫壁硬料優(yōu)先卸放，放料清庫同時進行，根本消除死料區(qū)存在條件，進而徹底消除周期性清庫的必要。另外，全庫活料運行，可最大限度自行消除少量滲漏雨水入庫造成的累積性危害。而且?guī)靸?nèi)太極錐為無動力鋼結(jié)構(gòu)裝置，其受力設計平衡簡單，不存在磨損維護的需要，其運行維護成本幾乎為零。
采用無動力自然平衡卸料，外部動力為2臺5.5千瓦變頻調(diào)速卸料電機環(huán)保節(jié)能顯著；而原來為45千瓦羅茨風機，高分貝噪聲工作。
采用閉環(huán)智能反饋控制，具備數(shù)字遠程中控任意定量操作控制功能，能穩(wěn)定實現(xiàn)工藝流量匹配效率最大化或多庫搭配均化控制。
庫內(nèi)水泥除超低料位，可運行在各種庫位高度，充分釋放庫容效率，充分實現(xiàn)先進先出的合理順序，并完全實現(xiàn)水泥產(chǎn)品的最大化自然均化。
結(jié)構(gòu)簡單精巧，造價經(jīng)濟，便于新建庫進行低成本快速建造使用。
顯然，粉流掣應用于水泥大庫，不但可徹底消除傳統(tǒng)氣動技術(shù)帶來的各種弊病，從源頭上徹底消除令人頭痛無比的周期性清庫作業(yè)，還大幅節(jié)能降耗，并將現(xiàn)場運行管理推進到無人智能定量優(yōu)化卸放的先進狀態(tài)，是性價比超高的新一代水泥庫實用改造技術(shù)。