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(yè)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(shè)備未來的一個發(fā)展趨勢和方向，在商品混凝土生產(chǎn)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(xiàn)象。基本是散裝水泥運(yùn)輸車直接接入粉罐的打灰管送料，隨著環(huán)保形式的日益嚴(yán)峻和安全形勢下，混凝土行業(yè)企業(yè)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(shí)現(xiàn)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(tǒng)優(yōu)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(yè)革命！

1 本課題的研究進(jìn)展及現(xiàn)狀

國內(nèi)傳統(tǒng)攪拌站的粉料輸送是通過散裝水泥運(yùn)輸車的出料管直接接入粉罐的進(jìn)灰管中進(jìn)行粉料輸送。散裝水泥車的柴油機(jī)驅(qū)動車載空壓機(jī)，產(chǎn)生熱而且潮濕空氣進(jìn)入氣室內(nèi)，使運(yùn)輸車罐體內(nèi)的粉狀物料產(chǎn)生流態(tài)化現(xiàn)象。如果壓力達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，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(yùn)輸車的出料管與粉罐進(jìn)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(yùn)輸車的出料管與粉罐進(jìn)料管接口處增加管囊閥，使之與筒倉的壓力安全閥、料位計(jì)聯(lián)合控制，當(dāng)倉內(nèi)壓力達(dá)極限或高料位計(jì)報(bào)警后，管廊閥自動關(guān)閉切斷散料運(yùn)輸車輸料管的輸送，從而達(dá)到防止倉頂爆倉目的。

針對以上現(xiàn)象，存在以下幾個問題：

1.1 人為管理不當(dāng) 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(jìn)料管接口處加鎖，因人為管理疏漏，導(dǎo)致打錯的現(xiàn)象屢見不鮮，造成混凝土質(zhì)量問題和資源浪費(fèi)。

1.2 易受潮結(jié)塊 傳統(tǒng)粉料輸送方式是由柴油機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)，產(chǎn)生的空氣沒有經(jīng)過任何處理措施，空氣中的水蒸氣遇到粉罐罐體后結(jié)成水且使筒倉內(nèi)粉料出現(xiàn)受潮，進(jìn)而出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。潮濕粉料易粘結(jié)在粉罐倉頂收塵機(jī)里面的濾芯或布袋上面造成堵塞現(xiàn)象，若未及時(shí)處理，將造成收塵機(jī)失效，引發(fā)倉頂爆倉安全事故。

1.3 溫度高 散裝粉料運(yùn)輸車的空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣溫度非常高，甚至出風(fēng)口溫度可以達(dá)到120℃以上，連粉料輸送管的溫度也達(dá)到了110℃以上，導(dǎo)致在粉料輸送過程中實(shí)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(zhì)量問題。

1.4 節(jié)流閥可靠性不高 現(xiàn)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(tǒng)可能出現(xiàn)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(tǒng)優(yōu)化升級，可以很好的解決以上問題，為商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造更加智能和安全的工作環(huán)境。

2 粉料輸送系統(tǒng)優(yōu)化升級

2.1 輸送系統(tǒng)驅(qū)動優(yōu)化

粉料輸送打灰系統(tǒng)原理如下：螺桿空壓機(jī)持續(xù)提供0.2～0.3MPa的壓縮空氣，通過儲氣罐與冷干機(jī)后，氣體溫度最多可降低100℃，含水量降低99%，變?yōu)槌馗稍锟諝猓S后氣體吹入粉罐車，與粉料混合后沿管道進(jìn)入粉料筒倉，達(dá)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(qū)動空氣壓縮機(jī)，將壓縮空氣經(jīng)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(tài)，當(dāng)車載罐內(nèi)壓力達(dá)到額定值時(shí)，打開出料蝶閥，粉料通過管道流動而進(jìn)行輸送打灰。車用柴油機(jī)的空壓機(jī)俗稱打氣泵，提供起源動力，是氣動系統(tǒng)的核心設(shè)備，它是將原動的機(jī)械能轉(zhuǎn)成成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置。

粉料輸送系統(tǒng)由電力驅(qū)動空壓機(jī)取代柴油機(jī)驅(qū)動，相比傳統(tǒng)型的散裝水泥車粉料輸送系統(tǒng)的柴油機(jī)驅(qū)動，更安全、更高效、更環(huán)保節(jié)能。該系統(tǒng)工作流程如下：從空壓機(jī)產(chǎn)生熱而潮濕的空氣首先經(jīng)過儲氣罐存儲、除水，再經(jīng)過冷干機(jī)和油水分離三聯(lián)件進(jìn)一步除水，進(jìn)而向水泥運(yùn)輸車輸出低溫且又干燥的壓縮氣體。經(jīng)過兩道處理后的壓縮氣體進(jìn)入散裝水泥車的密封氣室，和罐體內(nèi)待輸送的粉料一起形成流體后經(jīng)過管道輸送到攪拌站粉罐的筒倉內(nèi)。

電力驅(qū)動系統(tǒng)由四大部件組成，能夠?yàn)榉哿线\(yùn)輸打灰車持續(xù)穩(wěn)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(jī)、儲氣罐、油水分離器三聯(lián)件等。

低壓螺桿空壓機(jī)是專門針對攪拌站而研發(fā)，采用超大轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，提供大氣量的同時(shí)主機(jī)低速運(yùn)行，全密封整機(jī)防水可直接戶外放置、無需專門的機(jī)房。

儲氣罐一般和空壓機(jī)配套使用，具有穩(wěn)定氣壓，緩解脈沖對用氣設(shè)備的的沖擊。底部安裝自動排水閥，能隨時(shí)自動排除罐內(nèi)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(shè)備輸出氣體的連續(xù)性和穩(wěn)定性，減少壓縮空壓機(jī)的反復(fù)啟動，從而延長壓縮機(jī)的生命周期，起到對系統(tǒng)的自動保護(hù)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(chǎn)工藝作用的附件。

冷干機(jī)簡單的講就是一種熱交換裝置，同時(shí)對壓縮空氣進(jìn)行干燥的一種設(shè)備。其主要由交換系統(tǒng)、制冷裝置和電氣部分三部分組成。從空壓機(jī)出來熱而潮濕并含有水份的壓縮空氣首先經(jīng)過空氣熱交換器先冷卻；然后經(jīng)過預(yù)冷卻的空氣，在空氣對冷媒熱交換器被冷凍機(jī)循環(huán)回路進(jìn)一步冷卻，與已經(jīng)從蒸發(fā)器出來被冷卻到壓力露點(diǎn)的冷空氣進(jìn)行熱交換，使壓縮空氣的溫度繼續(xù)降低。然后壓縮空氣進(jìn)入蒸發(fā)器，與制冷劑進(jìn)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(zhì)分離，通過自動排水器將其排出機(jī)外。而干燥的低溫空氣則進(jìn)入空氣對空氣交換器進(jìn)行熱交換，溫度升高后輸出，能有效地防止管路結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生。

壓縮空氣油水分離器在輸送氣路系統(tǒng)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(zhì)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(guān)鍵位置，保持正常工作。其工作原理是當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入油水分離器產(chǎn)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(tǒng)具備以下四個特點(diǎn)：

①高效節(jié)能。空壓機(jī)用電力驅(qū)動代替運(yùn)輸車的柴油驅(qū)動，打灰過程中根除了散裝水泥車柴油機(jī)驅(qū)動，杜絕了柴油機(jī)尾氣的排放。以功率37kW常規(guī)配置空壓機(jī)為例，排氣量12m3/min，供一臺散料運(yùn)輸車，50T散裝水泥需要0.5小時(shí)就能粉料打灰完畢，成本約13元，計(jì)算成本數(shù)據(jù)以當(dāng)?shù)氐膶?shí)際價(jià)格為準(zhǔn)，從以上數(shù)據(jù)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(shí)有兩臺車需要打灰，則粉料輸送系統(tǒng)的空壓機(jī)功率增至55kW，否則會造成打灰時(shí)間大大加長，導(dǎo)致現(xiàn)場出現(xiàn)壓車情況。

②智能安全。壓縮空氣經(jīng)冷干機(jī)、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(dǎo)致水泥倉內(nèi)1毫米左右粒徑結(jié)塊的質(zhì)量問題、除塵器濾芯或布袋堵塞現(xiàn)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(jié)構(gòu)，打灰過程中粉罐內(nèi)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(nèi)，如果收塵機(jī)布袋或?yàn)V芯結(jié)塊受堵，排氣不暢導(dǎo)致筒倉內(nèi)壓力增加，粉罐倉頂易沖頂引發(fā)安全事故。

③環(huán)保增效。配置低壓螺桿式空壓機(jī)，工作狀態(tài)時(shí)，可以有效消除攪拌站生產(chǎn)場地內(nèi)最大的噪音源，噪音排放達(dá)到70分貝以下，比傳統(tǒng)方案降低30%，比國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值低，為攪拌站營造安靜的辦公作業(yè)環(huán)境，粉料輸送作業(yè)不再擾民。

2.2 防打爆智能解決方案

傳統(tǒng)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(tǒng)的輸送方式中，壓縮空氣沒有經(jīng)過任何處理，空氣中的水蒸汽隨壓縮空氣一起進(jìn)入粉罐筒倉，使筒倉中的粉料受潮，從而出現(xiàn)板結(jié)塊現(xiàn)象。這類受潮粉料極容易粘接在收塵機(jī)的濾芯或除塵布袋上，從而導(dǎo)致堵塞現(xiàn)象、排氣不暢。若未及時(shí)清理，將造成收塵機(jī)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(tǒng)與防爆控制系統(tǒng)結(jié)合解決以上問題。當(dāng)粉料輸送至粉罐筒倉時(shí)，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)監(jiān)測倉體數(shù)據(jù)；一旦倉內(nèi)氣體壓力過高、粉料過量，系統(tǒng)會啟動自動預(yù)警，鎖定并關(guān)閉空氣壓縮機(jī)，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(jì)、料位計(jì)、壓力安全閥等。壓差計(jì)、壓力安全閥和上料位計(jì)安裝于粉罐倉頂，下料位計(jì)安裝于粉罐側(cè)面。上料位計(jì)垂直于倉頂安裝，與圖紙及技術(shù)要求“垂直于水平面”保持一致，粉罐倉頂為斜頂，但料位計(jì)安裝座要求水平，避免上料位計(jì)發(fā)生錯誤報(bào)警和傳出錯誤信號。

粉料打灰過程中，由于空壓機(jī)持續(xù)向倉內(nèi)輸送壓縮空氣，粉罐筒倉內(nèi)存在正壓，氣體通過收塵機(jī)過濾后排出。在此過程中，壓差計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控倉內(nèi)壓力，料位計(jì)監(jiān)控倉內(nèi)料位情況，一旦收塵機(jī)過濾效果降低，空氣無法順利排出，導(dǎo)致倉內(nèi)壓力過大，壓差計(jì)會反饋信號給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)發(fā)出命令停止空壓機(jī)的工作；控制系統(tǒng)檢測到粉罐的高料位計(jì)得電時(shí)，停止空壓機(jī)。

如果以上兩種方式均失效，倉內(nèi)壓力大于0.05MPa時(shí)，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(jī)工作。整個控制邏輯包含硬軟件三重保險(xiǎn)，可以有效防止打爆倉、冒頂?shù)葐栴}，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)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(tǒng)也是攪拌站粉罐防止爆倉發(fā)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(shí)，在重力作用下發(fā)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(fā)生變動，系統(tǒng)通過相關(guān)算法計(jì)算出粉罐重量，傳輸?shù)浇K端設(shè)備顯示重量。

其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，安裝過程中不停產(chǎn)，不受物料介電常數(shù)差異、掛壁、架橋和塌陷等影響，運(yùn)行穩(wěn)定，測量精度可達(dá)5%以內(nèi)，粉料重量實(shí)際值與測量值隨時(shí)間的變化曲線。

每倉安裝一個BSQ300檢測終端，實(shí)時(shí)檢測傳感器數(shù)值，通過無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)輸出到BSD300顯示終端。在顯示終端可設(shè)置重量上限閥值，在粉罐打灰的過程中，重量大于設(shè)定值，通過聲電信號輸出報(bào)警信息，提醒查看停止打灰，防止爆倉。也可把報(bào)警信號接入到攪拌站控制系統(tǒng)，當(dāng)壓差計(jì)、料位計(jì)、壓力安全閥均失效后，控制程序檢測到智能料位輸出的報(bào)警信號后，停止空壓機(jī)工作，防止爆倉，避免粉塵飛揚(yáng)、浪費(fèi)粉料和污染環(huán)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(yè)頭疼的事，特別是要求嚴(yán)格、生產(chǎn)高端產(chǎn)品的企業(yè)，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(biāo)號水泥打到高標(biāo)號水泥倉則往往造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和企業(yè)品牌的損害，更嚴(yán)重的可能導(dǎo)致巨額賠款，以致企業(yè)直接面臨困境。

通過采用智能控制系統(tǒng)，磅房操作人員將站內(nèi)的粉罐編號，每個粉罐與RFID卡一一對應(yīng)，做到一罐一卡，卡中存儲進(jìn)料相關(guān)信息，司機(jī)過磅領(lǐng)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(tǒng)、無人過磅系統(tǒng)和入庫引導(dǎo)監(jiān)控模塊結(jié)合，24小時(shí)攪拌站場內(nèi)無人值守，散裝運(yùn)輸車司機(jī)過磅領(lǐng)卡后，在場內(nèi)LED屏幕引導(dǎo)下，自動到指定的料倉卸料點(diǎn)卸料和插卡，卡存儲的粉料規(guī)格與粉料倉規(guī)格默認(rèn)一致時(shí)自動打開粉料電子門禁，進(jìn)料蝶閥打開且系統(tǒng)進(jìn)行吹灰；吹灰完畢后拔卡，自動關(guān)閉吹灰電子門禁；卡存儲的粉料規(guī)格與粉料倉儲存的規(guī)格不一致時(shí)，不能打開門禁并且系統(tǒng)報(bào)警。

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

3 結(jié)束語

工程項(xiàng)目造價(jià)控制的關(guān)鍵在于施工前的投資決策和方案配置設(shè)計(jì)階段，而在項(xiàng)目作出投資決策后，控制造價(jià)的關(guān)鍵就在于方案和配置設(shè)計(jì)。盡管方案和配置設(shè)計(jì)費(fèi)只相當(dāng)于建設(shè)工程全壽命費(fèi)用的極少一部分，但正是這極少一部分的費(fèi)用對工程造價(jià)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(tài)，在日趨嚴(yán)格形勢下，攪拌站在粉料輸送系統(tǒng)的節(jié)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(diǎn)介紹了粉料輸送系統(tǒng)的優(yōu)化升級，無疑是較為成功的例子，對于施工前的設(shè)計(jì)再優(yōu)化，對于工程項(xiàng)目的造價(jià)和后期運(yùn)行粉料輸送管理起到了很好的作用。希望能夠?yàn)閿嚢枵酒髽I(yè)提供一個參考，環(huán)保是一種理念，需要長期保證符合新形勢下要求，必須技術(shù)裝備的不斷優(yōu)化升級，才能保證其正常工作。