浅谈砼站粉料输送系统优化升级

魏小华WEI Xiao-hua；陈苏波CHEN Su-bo；张庆成ZHANG Qing-cheng

（三一重工股份有限公司工程车辆事业部，长沙 410100）

0 引言

智能化、无人化和安全性的混凝土搅拌站是混凝土设备未来的一个发展趋势和方向，在商品混凝土生产和管理的各个方面都有这三方面的诉求。在粉料原材料管理工作中，水泥、粉煤灰和矿粉等粉料输送到粉罐中存储的过程，是搅拌站粉料输送常见的打灰现象。基本是散装水泥运输车直接接入粉罐的打灰管送料，随着环保形式的日益严峻和安全形势下，混凝土行业企业需要降低资源成本、降低粉尘浓度、降低噪音、粉料防打爆、防打错，并能实现智慧化管理，需要有砼站粉料输送更安全更佳智慧解决方案。针对这种情况，本文介绍砼站粉料输送系统优化升级，提出一套综合解决方案，为搅拌站散装水泥卸料带来一次行业革命！

1 本课题的研究进展及现状

国内传统搅拌站的粉料输送是通过散装水泥运输车的出料管直接接入粉罐的进灰管中进行粉料输送。散装水泥车的柴油机驱动车载空压机，产生热而且潮湿空气进入气室内，使运输车罐体内的粉状物料产生流态化现象。如果压力达到目标值时，自动打开蝶阀，直接向筒仓输送水泥、粉煤灰和矿粉等粉料的过程。在输送过程中，有的采用在散装水泥运输车的出料管与粉罐进料管接口处加锁的措施来防止打错料；有的采用在散装水泥运输车的出料管与粉罐进料管接口处增加管囊阀，使之与筒仓的压力安全阀、料位计联合控制，当仓内压力达极限或高料位计报警后，管廊阀自动关闭切断散料运输车输料管的输送，从而达到防止仓顶爆仓目的。

针对以上现象，存在以下几个问题：

1.1 人为管理不当 商品混凝土是建筑工地日常所见的一种建筑材料，使用量巨大，在粉罐的进料管接口处加锁，因人为管理疏漏，导致打错的现象屡见不鲜，造成混凝土质量问题和资源浪费。

1.2 易受潮结块 传统粉料输送方式是由柴油机驱动压缩机，产生的空气没有经过任何处理措施，空气中的水蒸气遇到粉罐罐体后结成水且使筒仓内粉料出现受潮，进而出现结块现象。潮湿粉料易粘结在粉罐仓顶收尘机里面的滤芯或布袋上面造成堵塞现象，若未及时处理，将造成收尘机失效，引发仓顶爆仓安全事故。

1.3 温度高 散装粉料运输车的空压机产生的压缩空气温度非常高，甚至出风口温度可以达到120℃以上，连粉料输送管的温度也达到了110℃以上，导致在粉料输送过程中实际上形成了一个给粉料加温的模式，温度过高的粉料会引起混凝土质量问题。

1.4 节流阀可靠性不高 现场不按管囊阀流程操作、易打爆罐车送灰管，且本身的可靠性不高。

对于常见的粉料输送系统可能出现不同问题，譬如管理、安全隐患和成本问题等，通过粉料输送系统优化升级，可以很好的解决以上问题，为商品混凝土生产企业创造更加智能和安全的工作环境。

2 粉料输送系统优化升级

2.1 输送系统驱动优化

粉料输送打灰系统原理如下：螺杆空压机持续提供0.2～0.3MPa的压缩空气，通过储气罐与冷干机后，气体温度最多可降低100℃，含水量降低99%，变为常温干燥空气，随后气体吹入粉罐车，与粉料混合后沿管道进入粉料筒仓，达到输送粉料的目的。

散装水泥车打灰原理是利用该车的柴油动力驱动空气压缩机，将压缩空气经管道送入车载罐体下部的密封气室，从而使输送粉料悬浮成流体状态，当车载罐内压力达到额定值时，打开出料蝶阀，粉料通过管道流动而进行输送打灰。车用柴油机的空压机俗称打气泵，提供起源动力，是气动系统的核心设备，它是将原动的机械能转成成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。

粉料输送系统由电力驱动空压机取代柴油机驱动，相比传统型的散装水泥车粉料输送系统的柴油机驱动，更安全、更高效、更环保节能。该系统工作流程如下：从空压机产生热而潮湿的空气首先经过储气罐存储、除水，再经过冷干机和油水分离三联件进一步除水，进而向水泥运输车输出低温且又干燥的压缩气体。经过两道处理后的压缩气体进入散装水泥车的密封气室，和罐体内待输送的粉料一起形成流体后经过管道输送到搅拌站粉罐的筒仓内。

电力驱动系统由四大部件组成，能够为粉料运输打灰车持续稳定地提供低温且又干燥的压缩空气，主要配置了低压且又大排量的压缩机、储气罐、油水分离器三联件等。

低压螺杆空压机是专门针对搅拌站而研发，采用超大转子设计，提供大气量的同时主机低速运行，全密封整机防水可直接户外放置、无需专门的机房。

储气罐一般和空压机配套使用，具有稳定气压，缓解脉冲对用气设备的的冲击。底部安装自动排水阀，能随时自动排除罐内物理分离出的水，也能够很好地沉淀空气中的油污和粉尘等。储气罐能够很好地提高设备输出气体的连续性和稳定性，减少压缩空压机的反复启动，从而延长压缩机的生命周期，起到对系统的自动保护作用。储气罐气罐属于压力容器，一般由罐体、自动排水器、法兰、接头、密封元件和支座等部件组成。此外，还配有安全装置、压力表及完成不同生产工艺作用的附件。

冷干机简单的讲就是一种热交换装置，同时对压缩空气进行干燥的一种设备。其主要由交换系统、制冷装置和电气部分三部分组成。从空压机出来热而潮湿并含有水份的压缩空气首先经过空气热交换器先冷却；然后经过预冷却的空气，在空气对冷媒热交换器被冷冻机循环回路进一步冷却，与已经从蒸发器出来被冷却到压力露点的冷空气进行热交换，使压缩空气的温度继续降低。然后压缩空气进入蒸发器，与制冷剂进行热交换，压缩空气的温度降至0～8℃，空气中的水分在此温度下析出，通过冷凝器将压缩空气中冷凝出的水分油和杂质分离，通过自动排水器将其排出机外。而干燥的低温空气则进入空气对空气交换器进行热交换，温度升高后输出，能有效地防止管路结露现象的发生。

压缩空气油水分离器在输送气路系统中起过滤和油雾作用，过滤是将压缩空气中的水分和油泥等杂质分离出来，使压缩空气净化；油雾是分离器喷出油雾润滑气阀等关键位置，保持正常工作。其工作原理是当压缩空气进入油水分离器产生流向和速度的急剧变化，然后依靠惯性作用，将密度比压缩空气大的油和水滴分离出来。

粉料输送系统具备以下四个特点：

①高效节能。空压机用电力驱动代替运输车的柴油驱动，打灰过程中根除了散装水泥车柴油机驱动，杜绝了柴油机尾气的排放。以功率37kW常规配置空压机为例，排气量12m3/min，供一台散料运输车，50T散装水泥需要0.5小时就能粉料打灰完毕，成本约13元，计算成本数据以当地的实际价格为准，从以上数据对比可以看出，输送效率提高30%以上，成本降低了60%。如果同时有两台车需要打灰，则粉料输送系统的空压机功率增至55kW，否则会造成打灰时间大大加长，导致现场出现压车情况。

②智能安全。压缩空气经冷干机、储气罐和油水分离器处理后，输出低温干燥的气体彻底杜绝筒仓粉料受潮，防止杜绝了因水蒸气冷凝导致水泥仓内1毫米左右粒径结块的质量问题、除尘器滤芯或布袋堵塞现象。粉罐的收尘主要起过滤和泄压的作用，因粉罐属于密闭结构，打灰过程中粉罐内部压力高于外部，气体会通过滤袋或者滤芯排出，而粉尘则会被滤袋过滤留在罐内，如果收尘机布袋或滤芯结块受堵，排气不畅导致筒仓内压力增加，粉罐仓顶易冲顶引发安全事故。

③环保增效。配置低压螺杆式空压机，工作状态时，可以有效消除搅拌站生产场地内最大的噪音源，噪音排放达到70分贝以下，比传统方案降低30%，比国家规定的标准值低，为搅拌站营造安静的办公作业环境，粉料输送作业不再扰民。

2.2 防打爆智能解决方案

传统输送方式，压力不可控制，给搅拌站带来褚多安全隐患。在传统的输送方式中，压缩空气没有经过任何处理，空气中的水蒸汽随压缩空气一起进入粉罐筒仓，使筒仓中的粉料受潮，从而出现板结块现象。这类受潮粉料极容易粘接在收尘机的滤芯或除尘布袋上，从而导致堵塞现象、排气不畅。若未及时清理，将造成收尘机失效，打灰过程因压力上升极容易造成压力安全阀被打爆、冒灰、甚至仓顶开裂、冲顶脱落的安全事故，见图1。

图1 粉罐仓顶冲顶示意图

通过输送系统与防爆控制系统结合解决以上问题。当粉料输送至粉罐筒仓时，系统将实时监测仓体数据；一旦仓内气体压力过高、粉料过量，系统会启动自动预警，锁定并关闭空气压缩机，从根本上解决了过压过量的问题。

智能控制的防爆主要元件有：压差计、料位计、压力安全阀等。压差计、压力安全阀和上料位计安装于粉罐仓顶，下料位计安装于粉罐侧面。上料位计垂直于仓顶安装，与图纸及技术要求“垂直于水平面”保持一致，粉罐仓顶为斜顶，但料位计安装座要求水平，避免上料位计发生错误报警和传出错误信号。

粉料打灰过程中，由于空压机持续向仓内输送压缩空气，粉罐筒仓内存在正压，气体通过收尘机过滤后排出。在此过程中，压差计实时监控仓内压力，料位计监控仓内料位情况，一旦收尘机过滤效果降低，空气无法顺利排出，导致仓内压力过大，压差计会反馈信号给控制系统，由控制系统发出命令停止空压机的工作；控制系统检测到粉罐的高料位计得电时，停止空压机。

如果以上两种方式均失效，仓内压力大于0.05MPa时，压力安全阀会自动开启，排出多余空气，控制程序检测到安全阀开启信号停止空压机工作。整个控制逻辑包含硬软件三重保险，可以有效防止打爆仓、冒顶等问题，同时可实现24小时无人值守，人工成本下降80%。上述控制流程见图2。

图2 控制流程图

安装智能贴片料位系统也是搅拌站粉罐防止爆仓发生的一种有效途径。其原理是：在粉罐支腿上安装贴片传感器，贴片传感器腿在粉罐重量变化时，在重力作用下发生形变，安装在支腿上的贴片传感器检测到形变，其输出信号量发生变动，系统通过相关算法计算出粉罐重量，传输到终端设备显示重量。

其结构不与物料接触，能承受突然冲击和剧烈加载；无需改变料仓结构，安装过程中不停产，不受物料介电常数差异、挂壁、架桥和塌陷等影响，运行稳定，测量精度可达5%以内，粉料重量实际值与测量值随时间的变化曲线。

每仓安装一个BSQ300检测终端，实时检测传感器数值，通过无线模块发送数据到粉罐底部安装的BSD300显示终端；也可通过有线方式连接传感器与控制柜，控制柜将信号汇聚集中后通过接口提供数据输出到BSD300显示终端。在显示终端可设置重量上限阀值，在粉罐打灰的过程中，重量大于设定值，通过声电信号输出报警信息，提醒查看停止打灰，防止爆仓。也可把报警信号接入到搅拌站控制系统，当压差计、料位计、压力安全阀均失效后，控制程序检测到智能料位输出的报警信号后，停止空压机工作，防止爆仓，避免粉尘飞扬、浪费粉料和污染环境等问题。

2.3 防打错智能解决方案

料仓粉料打错也是企业头疼的事，特别是要求严格、生产高端产品的企业，打错料造成的损失往往很大。水泥打到粉煤灰仓则造成成本的损失、粉煤灰或者矿粉打到水泥仓、低标号水泥打到高标号水泥仓则往往造成严重的经济损失和企业品牌的损害，更严重的可能导致巨额赔款，以致企业直接面临困境。

通过采用智能控制系统，磅房操作人员将站内的粉罐编号，每个粉罐与RFID卡一一对应，做到一罐一卡，卡中存储进料相关信息，司机过磅领卡到该仓指定位置刷卡；也可通过管理平台将打灰刷卡系统、无人过磅系统和入库引导监控模块结合，24小时搅拌站场内无人值守，散装运输车司机过磅领卡后，在场内LED屏幕引导下，自动到指定的料仓卸料点卸料和插卡，卡存储的粉料规格与粉料仓规格默认一致时自动打开粉料电子门禁，进料蝶阀打开且系统进行吹灰；吹灰完毕后拔卡，自动关闭吹灰电子门禁；卡存储的粉料规格与粉料仓储存的规格不一致时，不能打开门禁并且系统报警。

插卡后，当语音播报卡正确，系统自动打开电子门禁；当语音提示送料管接好，系统自动启动除尘器和低压输送系统电磁阀打开吹灰上料；系统检测出现高料位或者高压力，语音及报警灯提示高位报警，系统自动关闭低压输送打灰电磁阀停止打灰，延时30分钟关闭收尘机；当司机接错进料管时，会语音报警和提示卡错误，粉料输送系统的空压机将无法运行启动和供气，提醒司机找到正确的仓号接管，从根本上解决了上错料的问题；当打灰结束后，司机拆管和拔卡，系统自动关闭门禁和低压打灰气路电磁阀。

3 结束语

工程项目造价控制的关键在于施工前的投资决策和方案配置设计阶段，而在项目作出投资决策后，控制造价的关键就在于方案和配置设计。尽管方案和配置设计费只相当于建设工程全寿命费用的极少一部分，但正是这极少一部分的费用对工程造价的影响却占80%以上。我国对混凝土的需求一直处于增长状态，在日趋严格形势下，搅拌站在粉料输送系统的节能、降噪、智能和安全等方面需要一套综合解决方案，本文重点介绍了粉料输送系统的优化升级，无疑是较为成功的例子，对于施工前的设计再优化，对于工程项目的造价和后期运行粉料输送管理起到了很好的作用。希望能够为搅拌站企业提供一个参考，环保是一种理念，需要长期保证符合新形势下要求，必须技术装备的不断优化升级，才能保证其正常工作。