劉勛文，樊小朝，龔松柏，吳為民

(1.新疆天河化工有限公司，新疆 庫(kù)車 842000;2.新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院，烏魯木齊 830047)

0 引言

硝銨在1843年它的爆炸性，硝銨和煤的混合物加熱至170℃時(shí)發(fā)生強(qiáng)烈爆炸，1867年瑞典工程師 C.J.Ohisson 和 J.H.Norrbein 提出了世界上第一個(gè)硝銨炸藥的專利［1］。硝銨炸藥的爆轟是一種實(shí)際的非理想爆轟［2］。近年來(lái)國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)新型硝銨炸藥進(jìn)行了深入研究，如液混式膨化硝銨炸藥［3］。

工業(yè)炸藥產(chǎn)品的配比方法有兩個(gè)主要特點(diǎn):一要設(shè)計(jì)多元混合炸藥;二要氧平衡準(zhǔn)則［4］。震源藥柱是一種通過(guò)炸藥爆炸作為震源激發(fā)地震波的爆破器材［5－6］，震源藥柱的生產(chǎn)過(guò)程中要將干燥的硝酸銨和木粉進(jìn)行配比混合［7－9］。

文中根據(jù)新疆天河化工有限公司在新疆庫(kù)車的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際為依托，將原有的手動(dòng)配比方法改進(jìn)為自動(dòng)控制配比方法，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、安全性都得到了不同程度的提升。

1 硝木粉配料生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)要求

根據(jù)多年來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，硝木粉配料生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)要點(diǎn)有以下四點(diǎn):

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，要有高的精度和配料速度，保證后續(xù)的塑化機(jī)和裝填工藝的原料保證。

(2)維修和校驗(yàn)簡(jiǎn)單方便。

以上的兩點(diǎn)要求是從已經(jīng)使用沖板流量進(jìn)行對(duì)比分析后提出。在建廠時(shí)安裝了一套采用沖板流量計(jì)配料裝置，發(fā)現(xiàn)以下的問(wèn)題:

原用的沖板流量計(jì)的工作需要一定的落差行程對(duì)計(jì)量沖板的沖擊力，積算儀根據(jù)傳感器受到?jīng)_力對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分運(yùn)算，計(jì)算出流量。在這個(gè)過(guò)程中對(duì)其檢測(cè)精度的影響因素多，包括沖板的沾料，落料位置角度的變化等。對(duì)沖板流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)也十分的困難，要準(zhǔn)備大量的已知質(zhì)量的物料進(jìn)行稱量模擬運(yùn)行，耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間［10］。

同時(shí)，對(duì)于木粉這樣質(zhì)量極輕的原料，在下落的過(guò)程中，對(duì)沖板行程的力極小，致使檢測(cè)信號(hào)小，難以提高信噪比，增大了控制器在運(yùn)算過(guò)程中的誤差。

(3)由于以上的原因，采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固的斗稱式電子稱進(jìn)行計(jì)量，稱重過(guò)程是間歇?jiǎng)幼鞯?，如何在配料過(guò)程中保證精度和速度要在干硝重量和木粉重量的配比方式上進(jìn)行檢測(cè)和控制是一個(gè)有相當(dāng)難度的問(wèn)題［11］。

(4)配比系統(tǒng)的速度和精度之間的矛盾。采用這種間歇式計(jì)量的方法，在設(shè)計(jì)和調(diào)試控制軟件的過(guò)程中要處理好單次稱重的量和放料的間隔。每次的稱量小，動(dòng)作的頻率高，配料的均勻度好，但系統(tǒng)的機(jī)件的磨損大，設(shè)備的產(chǎn)量低;每次的稱量大，由于落料的時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)作頻率低，設(shè)備的磨損小，配料的均勻度差。這個(gè)過(guò)程還和運(yùn)輸螺旋的長(zhǎng)度、坡度有關(guān)。

2 配料設(shè)備

2.1 硝銨計(jì)量電子稱

在硝銨稱重的前端是硝銨干燥機(jī)。經(jīng)過(guò)蒸汽加熱的硝銨由干燥機(jī)內(nèi)部的刮板推動(dòng)從出料口連續(xù)輸出。由于稱廂式電子稱的工作過(guò)程是要經(jīng)過(guò)進(jìn)料、稱量和放料三個(gè)步驟，在稱量和放料的過(guò)程中，不能進(jìn)料，在這個(gè)期間，從硝銨干燥機(jī)輸出的硝銨暫存在硝銨儲(chǔ)料廂內(nèi)。等到放料完畢，稱廂的放料門關(guān)閉后，硝銨儲(chǔ)料廂的放料門開(kāi)啟，放料進(jìn)入稱廂。由于硝銨在不同的溫度和濕度會(huì)有不同的黏結(jié)發(fā)生，落到硝銨稱廂中的硝銨重量會(huì)和設(shè)定值有一定的偏差，按照比值計(jì)算木粉重量時(shí)是按照實(shí)際稱得的硝銨重量為基礎(chǔ)的。

2.2 木粉計(jì)量電子稱

由電動(dòng)螺旋輸料器將料斗中的木粉輸送到木粉稱廂中。

硝木粉稱重配料系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 硝木粉稱重配料系統(tǒng)

2 配料控制方法

具體的配比控制流程圖如圖2所示。采用以硝銨的流量為基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)定的配比計(jì)算出需要的木粉重量，由木粉稱廂進(jìn)行計(jì)量后進(jìn)行混合。由于木粉的重量輕、密度小、在濕度的影響下，發(fā)生結(jié)塊，致使下落時(shí)成塊和阻塞，因此落到稱廂中的木粉重量是一個(gè)和給定的重量有一定誤差的數(shù)值。

這個(gè)誤差隨著配料過(guò)程的稱量次數(shù)的累積，誤差會(huì)越來(lái)越大。因此在控制過(guò)程中對(duì)硝銨和木粉的稱量總數(shù)進(jìn)行累計(jì)，進(jìn)行實(shí)際重量的配合比例計(jì)算，得到前段配料的實(shí)際比例。再對(duì)木粉的稱量給定值進(jìn)行調(diào)整，使整個(gè)配料過(guò)程更加精確。這個(gè)調(diào)整在整個(gè)配料動(dòng)作次數(shù)序列中的跨度不能太大，否則會(huì)影響混料的均勻度。

3 實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用

(1)在搭建的模擬裝置上進(jìn)行了試驗(yàn)，測(cè)得的數(shù)據(jù)，總共試驗(yàn)配料 684.556 kg，木粉比例4.91%，達(dá)到了配比設(shè)定的要求，配料誤差0.09%。

(2)建成生產(chǎn)線，日產(chǎn)硝木粉配合料20～30噸，已投入生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)10個(gè)月，配比精度達(dá)到99.9%以上。

4 硝銨和木粉配比控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)過(guò)升溫干燥的硝酸銨和木粉在生產(chǎn)線上按照規(guī)定的比例進(jìn)行配合和勻質(zhì)，是震源藥柱生產(chǎn)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。以往采用人工用口袋接料用一般的磅秤進(jìn)行稱重。同時(shí)木粉的計(jì)量也是采用人工磅秤計(jì)量的方法，再由人工投入混料設(shè)備。新疆大學(xué)和新疆天化工合作完成的硝木粉自動(dòng)連續(xù)配料系統(tǒng)，采用電子計(jì)量和計(jì)算機(jī)控制，完成硝木粉計(jì)量的連續(xù)生產(chǎn)。新的自動(dòng)配料方式比較以往的人工配料方式有以下的優(yōu)點(diǎn):

(1)提高了生產(chǎn)效率:從人工配料的生產(chǎn)方式提升到自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)方式，配料操作人員由三人減少到一人，同時(shí)減低了勞動(dòng)強(qiáng)度，由人力操作變成對(duì)設(shè)備的監(jiān)視;月平均增加了產(chǎn)量達(dá)60%。

(2)提高了配料精度:由人工稱量到電子測(cè)量和計(jì)算機(jī)過(guò)程控制可以保證配料誤差在0.1%以內(nèi)。采用了“配料誤差累計(jì)補(bǔ)償控制方法”，在對(duì)每一次配料進(jìn)行控制的同時(shí)，還對(duì)累計(jì)的誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)由計(jì)算機(jī)對(duì)計(jì)量過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，可檢查配料過(guò)程。

圖2 配比控制流程圖

(3)采用了螺旋輸料:在輸送的過(guò)程中也同時(shí)進(jìn)行著硝銨和木粉的混合，提高了混合了的均勻度。

(4)配料生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了全密封:消除了中間運(yùn)輸、多次接投料等過(guò)程，減小了粉塵，改善了工作環(huán)境。

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