試論亞砷酸包裝工序升級改造

陳俊鋒

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠 ，江西 貴溪 335424）

1 引言

科技日新月異的發(fā)展，助推智能化發(fā)展的步伐，隨著資源和環(huán)境的約束不斷趨緊，能源和勞動力等要素成本不斷上升，高投入、高耗能、低技術(shù)含量的傳統(tǒng)發(fā)展模式逐步退出了工業(yè)發(fā)展的舞臺，通過信息化，智能化［1］改造現(xiàn)有的工作模式，變粗放生產(chǎn)為集約式精益生產(chǎn)［2］，實現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，由傳統(tǒng)生產(chǎn)線向數(shù)字化生產(chǎn)線升級是未來工廠發(fā)展的方向。

2 項目的背景

1990年，江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠引進了日本住友金屬礦山公司東予冶煉廠濕法三氧化二砷生產(chǎn)技術(shù)及部分關(guān)鍵設(shè)備，建成了利用冶煉煙氣生產(chǎn)硫酸后的廢渣—硫酸砷濾餅生產(chǎn)三氧化二砷的生產(chǎn)線。該工藝經(jīng)二十多年的不斷擴產(chǎn)、完善、改造，產(chǎn)能達到了2850t/年。包裝間工序承擔(dān)著產(chǎn)品三氧化二砷干燥、包裝、儲存職能，為貴溪冶煉廠管控重點要害部位之一。

隨著國家環(huán)保政策要求愈加嚴(yán)格、工廠打造世界煉銅標(biāo)桿工廠的要求、減員增效工作的推進和該系統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)的特殊性及日處理量的顯著增加，車間面臨著巨大的安全環(huán)保、生產(chǎn)管控以及人員精簡的壓力。為了實現(xiàn)人員配置優(yōu)化，保障作業(yè)人員的職業(yè)衛(wèi)生健康，減少作業(yè)人員工作量及接觸劇毒危險化學(xué)品的時間，提質(zhì)增效，降低成本，提高三氧化二砷產(chǎn)品包裝的自動化、智能化程度勢在必行。三氧化二砷產(chǎn)品包裝工序包括離心機脫水、干燥、自動充填和包裝、倉儲等工步，各工步都有提升的空間。

3 離心機脫水能力的提升

3.1 離心機能力的提升

現(xiàn)有的ART-30型離心機1991年投產(chǎn)使用，日處理量3t/d，隨著產(chǎn)品產(chǎn)量的增加，已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)需求，可選用處理能力更大的離心機（如HP-48型，日處理能力10 t/d），提升離心機的脫水能力。

3.2 設(shè)備本身設(shè)計的完善

原來的離心機分液盤的高度基本與轉(zhuǎn)轂邊框上沿高度一致，設(shè)計未考慮進液的散射高度，會造成部分液體從轉(zhuǎn)轂上部飛出，進入下道工序，影響三氧化二砷的純度。后期投入的離心機已經(jīng)完善了這方面的設(shè)計（如圖1）。

圖1 離心機剖面圖

3.3 優(yōu)化工藝控制，提高脫水效率

（1）控制程序優(yōu)化，將一段洗滌和脫水時間適當(dāng)縮短，提高處理量。（2）生產(chǎn)工藝控制，在還原時保證成品顆粒度，隨著表面積增加，脫水效率得到提升。

3.4 制動方式的改進，機械制動改為變頻調(diào)速制動

現(xiàn)有的制動方式為機械制動，對離心機來說，電機剛切斷電源時，轉(zhuǎn)速很快，慣性大，制動時要求平穩(wěn)，制動困難［3］。頻繁機械制動會縮短剎車皮的使用壽命，而且在控制和安全方面存在隱患，利用變頻調(diào)速制動可以根據(jù)工況設(shè)定制動時間，達到制動快而穩(wěn)，節(jié)能降耗的效果。值得注意的是，離心機轉(zhuǎn)動慣量較大，離心機的轉(zhuǎn)鼓帶動電動機轉(zhuǎn)動，此時電動機的轉(zhuǎn)速比變頻器的輸出同步轉(zhuǎn)速高，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，使得變頻器直流母線電壓升高，變頻器將出現(xiàn)直流母線電壓報警故障；電路設(shè)計時在制動單元檢測到直流母線電壓超過正常工作范圍值時，打開直流母線和制動電阻之間的電路通道，將電動機產(chǎn)生的再生電能消耗在制動電阻上，從而限制直流母線電壓，使得降速過程正常進行［4］。

4 干燥機干燥能力的提升

現(xiàn)有的干燥機采用熱水干燥，蒸汽外保溫的干燥模式，工況不穩(wěn)定時，會造成物料干燥不均衡，物料結(jié)塊，設(shè)備的運行電流急劇上升，易發(fā)生設(shè)備過載，電機損壞，甚至停產(chǎn)的設(shè)備事故。所以有必要對現(xiàn)有的干燥模式進行升級改造。

4.1 微波干燥和傳統(tǒng)干燥優(yōu)缺點比較

微波干燥是一種新型的干燥方式。干燥時，微波能直接作用于介質(zhì)分子轉(zhuǎn)換成熱能，由于微波具有穿透性能使介質(zhì)內(nèi)外同時加熱，不需要熱傳導(dǎo)，所以加熱速度非?？?，對含水量在30%以下的物料，干燥速度可縮短數(shù)百倍。同時不管物體任何形狀，由于物體的介質(zhì)內(nèi)外同時加熱，物料的內(nèi)外溫差小，加熱均勻，不會產(chǎn)生常規(guī)加熱中出現(xiàn)外焦內(nèi)生的狀況，使干燥質(zhì)量大大提高。與傳統(tǒng)干燥方式（熱風(fēng)，蒸氣，電加熱等）相比，微波干燥具有下列顯著“優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)?！钡奶攸c。

（1）實現(xiàn)物料的無污染和均勻干燥，同時可大幅降低干燥溫度；

（2）干燥速度通常提高數(shù)倍以上，生產(chǎn)效率大幅提高；

（3）干燥能耗通常降低50%以上；

（4）實現(xiàn)安全潔凈生產(chǎn)。

4.2 易于自動化控制而且安全性能高

聯(lián)鎖微動開關(guān)是微波干燥機的一組重要安全裝置。它有多重聯(lián)鎖作用，如：當(dāng)爐門未關(guān)閉好或爐門打開時，斷開電路，使微波爐停止工作。設(shè)備的運行情況可通過PLC對過程溫度、傳輸速度、抽排濕、微波功率等進行設(shè)定［5］，并通過光纜連接至中央儀表室實現(xiàn)DCS遠(yuǎn)程控制。

4.3 微波干燥機的選擇和使用

微波干燥機的微波頻率在2.45GHz±25MHz，傳動速度0～2m/s，工作溫度≤200℃，可根據(jù)生產(chǎn)的需要，選擇合適的設(shè)備型號。值得注意的是微波干燥機非全密封裝置，在安裝使用過程中須考慮粉塵泄漏等問題，以免造成環(huán)保事故。

圖2 微波干燥機示意圖

5 自動包裝機改造升級

5.1 自動灌裝系統(tǒng)

系統(tǒng)由空桶自動規(guī)整機、灌裝機、檢重剔除系統(tǒng)、桶蓋密封系統(tǒng)組成。人工將空桶自由擺放在空桶規(guī)整機上，空桶規(guī)整機自動排列空桶有序輸送單個空桶至灌裝機下料口，當(dāng)空桶進料口與灌裝機下料口自動對接后，開始計量灌裝，灌裝完成后經(jīng)輸送設(shè)備到重量復(fù)檢稱重［6］，檢測計量精度是否符合生產(chǎn)要求，如果超出正負(fù)偏差值，設(shè)備發(fā)出報警信號，并剔除到人工處理通道，進行人工輔助處理；重量符合要求的桶通過輸送機到給蓋機進行給蓋后壓緊輸出到壓蓋檢測機，檢測壓蓋是否緊密，如果壓蓋達不到成品要求，系統(tǒng)會自動剔除并報警提示，進入人工輔助處理通道，如經(jīng)檢測合格，通過輸送機進入下道包裝工序。

圖3 自動包裝工藝流程圖

5.2 自動堆垛、碼垛、倉儲

自動堆碼系統(tǒng)主要由輸送機、機器人、托盤庫、纏繞機等設(shè)備組成。合格成品桶通過輸送機輸送至機器人碼垛工位，碼垛共有三層，中間兩個隔層通過碼垛機器人［7］實現(xiàn)自動放間隔托盤，整垛三層碼放完畢后通過托盤輸送機至纏繞工位，采用纏繞膜對整垛產(chǎn)品纏繞緊固（纏繞膜緊固是現(xiàn)行國際包裝整體緊固的通用形式，相比現(xiàn)行使用的鐵皮條捆扎緊固省時省力省成本），然后送至成品垛位，通過叉車轉(zhuǎn)運到倉庫。

圖4 改造平面布置圖

5.3 自動控制及監(jiān)控系統(tǒng)

由于被包裝物料具有劇毒特性，整套系統(tǒng)基于安全生產(chǎn)、減輕人工勞動強度，運行穩(wěn)定可靠等因素考慮，就要盡量做到生產(chǎn)過程中人員不到現(xiàn)場干預(yù)，自動包裝的生產(chǎn)信息通過DCS實時傳送到儀表室，達到管理人員在儀表室就可以控制整個生產(chǎn)過程的目的，實現(xiàn)生產(chǎn)線自動化、智能化。

6 包裝間安防的升級的改造

現(xiàn)有的安防設(shè)置主要存在以下問題（1）進出通道布局不合理，人員貨物進出登記、檢查、更衣、清洗、現(xiàn)場，監(jiān)督存在漏洞、盲區(qū)，存在較大安全隱患。（2）監(jiān)控設(shè)施老舊，現(xiàn)場監(jiān)控死角多，不利于過程監(jiān)控及及時應(yīng)對突發(fā)事故。（3）現(xiàn)場存在砷揚塵的安全隱患，現(xiàn)有工作、休息、沐浴、更衣的布局不利于砷塵的隔離，存在安全風(fēng)險。所以此次改造內(nèi)容主要包括對門衛(wèi)室及更衣間、洗澡間等進行改造，優(yōu)化人員進出流程，按照?；贩雷o要求優(yōu)化人員進出口路線的設(shè)置以及安防人員的配置。關(guān)鍵部位設(shè)置監(jiān)視攝像頭及紅外線報警系統(tǒng)，按多頭多尾二級監(jiān)控方式進行系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)為全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)對該區(qū)域進行監(jiān)控管理，同時將視頻信號上傳至門衛(wèi)監(jiān)控室和工段長辦公室，便于監(jiān)控。

圖5 包裝間門衛(wèi)室改造后平面布置圖

7 包裝間內(nèi)環(huán)集設(shè)置的優(yōu)化

安防升級改造后，對包裝間作業(yè)區(qū)部分朝外的門窗進行了封閉，現(xiàn)有的環(huán)集系統(tǒng)及布置需要重新優(yōu)化設(shè)計。環(huán)集系統(tǒng)新增一臺大功率離心風(fēng)機，確保室內(nèi)的負(fù)壓效果。作業(yè)區(qū)通風(fēng)換氣采用機械送風(fēng)、排風(fēng)，送風(fēng)量小于排風(fēng)量。室內(nèi)風(fēng)機及吸風(fēng)口的設(shè)置（如圖6）盡量避開易揚塵區(qū)域。

圖6 環(huán)集送風(fēng)口平面布置圖

8 結(jié)語

三氧化二砷屬于劇毒危險化學(xué)品，實施自動化升級改造后，可減少員工與劇毒物料的接觸，保障員工的職業(yè)衛(wèi)生健康，同時，隨著智能化包裝的實踐，必將帶來生產(chǎn)成本節(jié)約，利潤增加，激勵員工參與改革創(chuàng)新的主動性以及企業(yè)加大研發(fā)的投入力度，良性循環(huán)，形成應(yīng)對復(fù)雜原料的能力，加快企業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，智能化的步伐。