硝銨和木粉自動控制配比方法研究

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］。近年來國內(nèi)眾多學(xué)者對新型硝銨炸藥進(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主要特點(diǎn):一要設(shè)計多元混合炸藥;二要氧平衡準(zhǔn)則［4］。震源藥柱是一種通過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車的現(xiàn)場實(shí)際為依托，將原有的手動配比方法改進(jìn)為自動控制配比方法，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)計要求

根據(jù)多年來的現(xiàn)場經(jīng)驗，硝木粉配料生產(chǎn)線的設(shè)計要點(diǎn)有以下四點(diǎn):

(1)結(jié)構(gòu)簡單，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)維修和校驗簡單方便。

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

原用的沖板流量計的工作需要一定的落差行程對計量沖板的沖擊力，積算儀根據(jù)傳感器受到?jīng)_力對時間進(jìn)行積分運(yùn)算，計算出流量。在這個過程中對其檢測精度的影響因素多，包括沖板的沾料，落料位置角度的變化等。對沖板流量計進(jìn)行校驗也十分的困難，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)大量的人力和時間［10］。

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

(3)由于以上的原因，采用了結(jié)構(gòu)簡單堅固的斗稱式電子稱進(jìn)行計量，稱重過程是間歇動作的，如何在配料過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)行檢測和控制是一個有相當(dāng)難度的問題［11］。

(4)配比系統(tǒng)的速度和精度之間的矛盾。采用這種間歇式計量的方法，在設(shè)計和調(diào)試控制軟件的過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，由于落料的時間長，動作頻率低，設(shè)備的磨損小，配料的均勻度差。這個過程還和運(yùn)輸螺旋的長度、坡度有關(guān)。

2 配料設(shè)備

2.1 硝銨計量電子稱

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

2.2 木粉計量電子稱

由電動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)，通過設(shè)定的配比計算出需要的木粉重量，由木粉稱廂進(jìn)行計量后進(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，致使下落時成塊和阻塞，因此落到稱廂中的木粉重量是一個和給定的重量有一定誤差的數(shù)值。

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

3 實(shí)驗和應(yīng)用

(1)在搭建的模擬裝置上進(jìn)行了試驗，測得的數(shù)據(jù)，總共試驗配料 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。同時木粉的計量也是采用人工磅秤計量的方法，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連續(xù)配料系統(tǒng)，采用電子計量和計算機(jī)控制，完成硝木粉計量的連續(xù)生產(chǎn)。新的自動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，同時減低了勞動強(qiáng)度，由人力操作變成對設(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量和計算機(jī)過程控制可以保證配料誤差在0.1%以內(nèi)。采用了“配料誤差累計補(bǔ)償控制方法”，在對每一次配料進(jìn)行控制的同時，還對累計的誤差進(jìn)行統(tǒng)計，進(jìn)行補(bǔ)償。同時由計算機(jī)對計量過程進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，可檢查配料過程。

圖2 配比控制流程圖

(3)采用了螺旋輸料:在輸送的過程中也同時進(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)過程實(shí)現(xiàn)了全密封:消除了中間運(yùn)輸、多次接投料等過程，減小了粉塵，改善了工作環(huán)境。

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