尾料自清洁系统在乳化炸药生产线的应用与优化

2021-11-18张曹林井立祥陈勇亮

现代矿业 2021年10期

张曹林井立祥陈勇亮

（1.安徽向科化工有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室）

乳化炸药生产原材料主要由水相和油相材料组成，水相材料为液态硝酸铵，油相材料为石油蜡、减压蜡膏、蜡下油等混合黏稠物［1］。由于材料本身特性，水相材料会在温度较低或者浓度较高时析晶［2］，油相材料本身具有附着性，2种原料储罐到混合罐是通过长距离管道运输方式，途径弯管、接头、不光洁管道壁，容易堆积在管道壁上。设备停机后，由于原料的滞后性，本身会有多余尾料留存在管道内，在班次停机静置期间，尾料沉积聚集并固化。若不及时清理，当下次开机给料时，管道堆积堵塞会叠加，以至于无法给料，影响正常生产。

传统的尾料清洁方式多有弊端，存在自动化程度低、清洁不彻底、尾料二次污染等情况，随着工业智能化升级改造潮流的推进与安全环保监察力度的加大，已经成为亟待解决的热点问题。尾料自清洁系统是对生产系统末端的补充［3］，本研究通过对系统清洁方案比选测试，对清洁程序进行了优化与完善。一方面，通过系统编程控制，可以实现一键清扫，减少清洁时间与工作量；另一方面，能够有效解决尾料的收集与处理问题，实现真正的“零排放”，提高生产线自动化程度。

1 系统方案设计

1.1 总体结构设计

尾料自清洁系统属于附加系统，主体由三部分组成：上位机控制系统，管道及附件，尾料处理设施。上位机控制系统是系统的控制交互中心，与原有生产DCS系统具有很好的兼容性，可以在其基础上进行扩展。管道及附件主要是指支管、电磁阀、热水器、水泵、气泵等，主要负责开关控制与管路联通。尾料处理设备包括集液池、集油箱，是清洁尾料的暂存设备，方便集中处理。系统结构如图1所示。

1.2 总体流程设计

系统结构需要赋予时序、指令与动作等逻辑内涵［4］。由于水相与油相原材料不同，其前端给料系统相对独立，且各自尾料对管道壁的淤积程度也不同，管线的清洁也应为单独控制执行。在水相清洁子系统中，主要考虑介质加热、阀门联动启闭以及清洗循环次数控制；在油相清洁子系统中，则更偏向于阀门联动与组合介质的联动控制。系统控制流程如图2所示。

2 系统试验与优化

尾料自清洁系统设计要考虑操作便捷性、清洁效果、清洁成本、节能环保等指标。系统通过自动化控制，在生产DCS控制系统的基础上附加设计，设定执行计划程序，用户可以通过可视化交互界面了解系统状态、物料计划、清洁进度等，实现一键运转与复位。尾料自清洁系统已具备操作便捷性，还需针对其余指标对系统进行测试与优化，完善系统设计。

2.1 清洁要素的比选

清洁效果与成本是系统设计主要考虑的2个指标，而其主要关联要素有2个：一是清洁介质，二是清洁方式。清洁介质的选用是关系到系统运行的基础成本，而清洁方式主要关联清洗时间与次数，直接影响清洗效果与总运行成本，需要对这2个因素进行试验，以便更好地对方案优化。

水相尾料主要成分为液态硝酸铵，其性质易溶于水，且溶解度随着温度升高而升高。针对水相尾料主管道的清洁，从经济性的角度上，宜选用水为清洁介质，既可以作溶剂稀释尾料，也不会造成污染。在测试试验中，尾料填充采用相同量的水相原料，以常温0.1 g/mL低浓度硝酸为对照组，采用常温水、95℃热水进行清洗试验，清洁物料储罐可以满足5 min清洗介质供应，可以通过检测管道壁残留程度验证清洁效果，用清洗总时长来反映清洁效率，单次物料、能耗等费用总成本来评价清洗成本，逐一对水相管道清洁试验，测试结果见表1。

由表1可知，水相管道单次清洗效果最佳的是“热水”介质组，但其总时长与成本表现欠佳；常温水清洗效果稍差，但是其总用时与成本表现良好。

油相材料主要成分为各类蜡油与添加剂，其性质难溶于水，易溶于有机溶剂，但有机溶剂成本较高，而且会有二次残留，会对下次生产造成污染，从经济与可操作性的原则上，介质可选用增压空气，增压水，辅助少量机油作溶剂与润滑，本测试采用1.5 MPa增压环境，增压常温水为对照组，增压热水、增压空气、增压空气+机油润滑为测试组，进行单次5 min清洁，测试结果如表2所示。