溫 濤

(陽煤集團(tuán) 太原化工新材料有限公司質(zhì)檢中心,太原 030400)

當(dāng)前煤樣的制備主要以人工單體設(shè)備獨(dú)立操作為主,受人為干擾因素大,操作過程繁瑣,勞動(dòng)強(qiáng)度大;水分和細(xì)粉損失大,精密度無法保證,容易導(dǎo)致偏倚;制樣室工作環(huán)境差,粉塵污染嚴(yán)重,制樣效率低下[1]。

智能全自動(dòng)煤制樣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)對(duì)煤炭樣品進(jìn)行稱重、破碎、縮分、干燥、制粉、清掃、封裝寫碼、信息收集、除塵等樣品制備及智能管理的全過程,改變了傳統(tǒng)制樣方式,做到自動(dòng)化制樣,無人干預(yù)、高效環(huán)保[2]。陽煤化工新材料公司是以煤為主要原料生產(chǎn)新型化工產(chǎn)品的公司,煤的用量巨大,通過運(yùn)用這套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制樣,提高了試樣的制備效率,減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,做到了無人值守、高效環(huán)保。

1 系統(tǒng)組成

全自動(dòng)煤制樣系統(tǒng)由上料單元、一級(jí)破碎單元、二級(jí)破碎單元、干燥制粉單元、灌裝單元組成,各個(gè)單元有機(jī)地構(gòu)成系統(tǒng)主體,有序地完成煤樣從上料一直到灌裝的整個(gè)流程。同時(shí)每個(gè)單元可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制,為單項(xiàng)系統(tǒng)測試和維護(hù)保養(yǎng)提供保證。

1.1 上料單元

上料單元為在線制樣環(huán)節(jié)中樣品接收、輸送、稱重和提升的裝置，主要由給料皮帶、秤體和料斗提升機(jī)構(gòu)組成。

工作流程為:料斗下降到最低位置落到平板稱上,平板稱自動(dòng)清零。采樣機(jī)采取的煤樣通過給料皮帶輸送到料斗,自動(dòng)稱重,然后由提升機(jī)將料斗提升,將煤樣倒入旋轉(zhuǎn)給料機(jī),完成物料稱重和提升。

1.2 一級(jí)破碎單元

一級(jí)破碎單元是制樣環(huán)節(jié)中制取6 mm全水煤樣,輸送6 mm煤樣至二級(jí)破碎單元的裝置,主要由旋轉(zhuǎn)給料機(jī)、環(huán)錘破碎機(jī)、圓盤縮分器、棄料皮帶構(gòu)成。

工作流程為:由上料單元傳輸?shù)拿簶?先經(jīng)過旋轉(zhuǎn)給料機(jī)均勻地輸送到環(huán)錘破碎機(jī),經(jīng)破碎機(jī)破碎、篩板篩選后,將煤樣破碎為粒徑≤6 mm的煤樣;然后由圓盤縮分器將煤樣按要求比例均勻縮分為三部分,第一部分給到大瓶裝機(jī),制得6 mm外水煤樣,第二部分通過Z型提升機(jī)將煤樣提高,輸送到二級(jí)破碎單元,第三部分為縮分剩余的煤樣,直接經(jīng)棄料皮帶排出系統(tǒng)之外。

1.3 二級(jí)破碎單元

二級(jí)破碎單元是制取3 mm保留煤樣,輸送3 mm煤樣至加熱烘干單元的裝置,主要由Z型提升機(jī)、對(duì)輥破碎機(jī)、圓盤縮分器、棄料皮帶組成。

工作流程為:一級(jí)破碎后的6 mm煤樣,經(jīng)Z型提升機(jī)輸送煤樣,均勻有序的經(jīng)過對(duì)輥破碎機(jī)破碎。對(duì)輥破碎機(jī)通過調(diào)節(jié)破碎輥之間的間隙,控制制得粒徑≤3 mm的煤樣；然后由圓盤縮分器將3 mm煤樣分為三部分,第一部分給到大瓶裝機(jī),制得3 mm保留煤樣，第二部分保留到八桶底部開口分樣機(jī),供制粉單元使用,第三部分縮分剩余的煤樣,經(jīng)棄料皮帶排出系統(tǒng)。

1.4 干燥、制粉單元

干燥、制粉單元是烘干煤樣、制取0.2 mm分析煤樣的裝置,主要由八桶底部開口分樣機(jī)、干燥機(jī)、粉碎機(jī)組成。

工作流程為:八桶底部開口分樣機(jī)可儲(chǔ)存8個(gè)3 mm的煤樣,并有序地傳送到干燥機(jī)。干燥機(jī)采用紅外加熱的模式,干燥箱分為3段,每段有獨(dú)立的加熱單元、控溫單元和抽水氣的排風(fēng)扇。在控溫單元上設(shè)置加熱目標(biāo)溫度,保持干燥箱內(nèi)溫度穩(wěn)定。每個(gè)煤樣在干燥箱內(nèi)共停留30 min,第一個(gè)煤樣從進(jìn)樣到出樣需30 min,之后每隔10 min干燥完一個(gè)煤樣。

干燥好的煤樣經(jīng)二分送到粉碎機(jī),在粉碎環(huán)和粉碎棒高速研磨下,將煤樣研磨成≤0.2 mm以下粒度。第一份作為清洗樣清洗粉碎系統(tǒng),第二份再次二分制得0.2 mm分析樣和存查樣,由小瓶裝機(jī)灌裝。

1.5 灌裝單元

灌裝單元是系統(tǒng)將煤樣品裝瓶、密封、稱重、寫碼的裝置,主要有大瓶裝機(jī)和小瓶裝機(jī)兩部分。大瓶裝機(jī)用于封裝一級(jí)破碎后的6 mm全水樣品一份和二級(jí)破碎后3 mm保留煤樣兩份。小瓶裝機(jī)用于灌裝0.2 mm分析煤樣兩份,以及收裝制粉單元清洗樣品一份。

工作流程:由操作人員提前將足夠的樣品瓶放入瓶裝機(jī)入瓶處,通過傳動(dòng)鏈條、攔瓶器、光電傳感器、稱重天平、讀卡器等的程序化配合,自動(dòng)完成空瓶進(jìn)瓶、樣品灌裝、壓蓋密封、稱重寫碼、樣品送出環(huán)節(jié)。

2 操作流程

2.1 制樣模式

2.1.1接收樣品

煤樣的接收有遠(yuǎn)程與就地兩種模式:

遠(yuǎn)程模式:自動(dòng)制樣機(jī)通過網(wǎng)線、交換機(jī)與采樣機(jī)系統(tǒng)、物流系統(tǒng)等與樣品信息有關(guān)的系統(tǒng)相連,形成一個(gè)完整的局域網(wǎng),建立公共數(shù)據(jù)庫。物流系統(tǒng)將需采煤樣的訂單號(hào)、廠家、煤種、車牌號(hào)等物流信息共享到數(shù)據(jù)庫。采樣系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際采樣情況將采樣日期、采樣車輛分組等信息匹配到物流信息中,同時(shí)生成與樣品相對(duì)應(yīng)的制樣碼,發(fā)送到自動(dòng)制樣機(jī)。制樣機(jī)接收到制樣碼后,在系統(tǒng)滿足制樣條件的前提下,反饋信號(hào)到采樣系統(tǒng),自動(dòng)接收樣品開始制樣。

就地模式:針對(duì)非自動(dòng)采制樣系統(tǒng)獲取的樣品、抽查樣、外送樣等臨時(shí)煤樣,操作人員可選用制樣系統(tǒng)就地模式,人工將所需制取的樣品投入到稱重料斗中,然后在制樣碼欄中手動(dòng)輸入相應(yīng)的制樣信息,選擇相應(yīng)需求的制樣規(guī)格,發(fā)送指令完成制樣。

2.1.2制樣流程

制樣流程如圖1所示,系統(tǒng)收料后,經(jīng)一級(jí)破碎、縮分、6 mm樣品灌裝;二級(jí)破碎、縮分、3 mm樣品灌裝;干燥、二分、粉碎、二分、0.2 mm樣品灌裝,完成制樣[3]。

圖1 全自動(dòng)煤制樣系統(tǒng)流程Fig.1 Flow chart of the automatic coal sample preparation system

2.1.3送樣分析

密封好的煤樣,由制樣人員送到化驗(yàn)室進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)室配備有分析儀器、計(jì)算機(jī)、讀卡器、實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)等相關(guān)硬件、軟件,它們相互構(gòu)成有機(jī)的實(shí)驗(yàn)室分析整體。分析人員只需通過讀卡器識(shí)別樣品,按正常分析流程化驗(yàn)即可。相關(guān)的制樣編碼、制樣信息、化驗(yàn)結(jié)果會(huì)自動(dòng)采集到實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng),完成報(bào)告單、報(bào)表的輸出。

2.2 規(guī)格選擇

制樣系統(tǒng)支持一級(jí)二級(jí)聯(lián)動(dòng)和一級(jí)制樣啟停兩種模式;一級(jí)二級(jí)聯(lián)動(dòng)為正常系統(tǒng)流程,一級(jí)制樣啟動(dòng)一級(jí)破碎、二級(jí)破碎和大瓶灌裝單元,完成6 mm全水樣和3 mm保留樣的制取;二級(jí)制樣啟動(dòng)制粉單元和小瓶灌裝單元,完成0.2 mm分析樣和存查樣的制取。如不需制取0.2 mm煤樣,可采用一級(jí)制樣啟停模式,系統(tǒng)在完成一級(jí)制樣后即停止運(yùn)行,但此時(shí)需人工操作八桶底部開口分樣機(jī),將系統(tǒng)留存用于制粉單元的煤樣取出,否則將影響后續(xù)的系統(tǒng)運(yùn)行。

3 存在問題及改進(jìn)建議

在這套系統(tǒng)長期使用的過程中,雖然使煤制樣工作有了明顯的質(zhì)的提高,但是也暴露出以下多項(xiàng)不足:

3.1 煤塵的影響

系統(tǒng)在制樣過程中,煤樣經(jīng)破碎、粉碎,不可避免的會(huì)產(chǎn)生較多的粉塵。系統(tǒng)配備較多的傳感器,極易因粉塵的覆蓋而產(chǎn)生錯(cuò)誤,甚至損壞。系統(tǒng)內(nèi)部雖帶有除塵系統(tǒng),但僅限于除去破碎腔、縮分器內(nèi)的殘留,不能對(duì)系統(tǒng)全方位運(yùn)行提供保障?，F(xiàn)階段只能通過氣槍、吸塵器等手段來維持制樣環(huán)境,變相增加了工作量,建議加強(qiáng)系統(tǒng)的密封性或增加外部除塵系統(tǒng)。

3.2 溫度濕度的影響

溫度、濕度的變化,會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)氣壓不穩(wěn),使電磁閥、攔瓶器等氣壓控制的元件反應(yīng)超時(shí)或延時(shí),導(dǎo)致出現(xiàn)系統(tǒng)錯(cuò)誤,特別是在冬天或氣溫驟降的時(shí)候,系統(tǒng)內(nèi)容易產(chǎn)生積水,導(dǎo)致氣壓不穩(wěn)。建議及時(shí)排出空壓機(jī)內(nèi)的水,并盡可能保持系統(tǒng)溫濕度的穩(wěn)定。

3.3 煤質(zhì)的影響

在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中,發(fā)現(xiàn)水分大、粘性大的煤樣在破碎、輸送的過程中,會(huì)造成煤樣掛壁、堵塞,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致不出樣品,憋壞料斗,系統(tǒng)憋停等情況。現(xiàn)階段在發(fā)現(xiàn)出料少的情況下,會(huì)人為地不帶煤樣空轉(zhuǎn)系統(tǒng)或手動(dòng)操作運(yùn)行某個(gè)單元來清空殘料。建議加強(qiáng)破碎腔及輸送管路內(nèi)的震動(dòng)措施,或改進(jìn)系統(tǒng)選材的光滑度,降低表面粘性來根本解決問題。

3.4 系統(tǒng)共振的影響

在系統(tǒng)工作的過程中,會(huì)產(chǎn)生較大的系統(tǒng)共振,導(dǎo)致部分限位器、傳感器、震動(dòng)器松動(dòng),位置發(fā)生變化或脫落,影響系統(tǒng)的運(yùn)行,甚至?xí)霈F(xiàn)卡機(jī)、損壞的情況發(fā)生。在注重按時(shí)保養(yǎng)的前提下,建議改進(jìn)精密元件的安裝位置及增加抗震措施。

3.5 設(shè)計(jì)缺陷

由于場地尺寸的限制,導(dǎo)致制樣系統(tǒng)在安裝過程中,各單元間空間十分緊張,嚴(yán)重影響操作人員對(duì)系統(tǒng)的維護(hù),尤其是小瓶裝機(jī)的傳動(dòng)鏈條彎度較大,小瓶灌裝在傳動(dòng)的過程中會(huì)出現(xiàn)卡瓶超時(shí)的現(xiàn)象。建議在設(shè)計(jì)安裝的時(shí)候,盡量留有足夠的空間,以避免設(shè)備安裝過于緊湊,影響實(shí)際使用效果。

4 結(jié)束語

陽煤化工新材料公司對(duì)全自動(dòng)煤制樣系統(tǒng)的采用改變了傳統(tǒng)煤制樣工作環(huán)境差,勞動(dòng)強(qiáng)度大的面貌,提高了煤制樣工作的效率,保證了煤樣的質(zhì)量[4]。同時(shí)配合公司的自動(dòng)采樣系統(tǒng)、物流系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng),使煤制樣信息能及時(shí)、準(zhǔn)確、系統(tǒng)地進(jìn)行收集、整理。

由于制樣系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室的空間距離較大,無法將制好的煤樣直接通過傳送鏈送到實(shí)驗(yàn)室,且無法進(jìn)一步配套相應(yīng)的保留樣柜、自動(dòng)識(shí)別煤樣系統(tǒng),只能由人工完成。因此,制樣系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室暫時(shí)只實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的軟連接,空間的有效銜接有待進(jìn)一步完善。