乳化炸药水相溶液输料管道吹扫系统改进的探讨

吴艺涵

(福建海峡科化股份有限公司，福建 龙岩 364000)

0 引言

乳化炸药的水相是硝酸铵、硝酸钠、氯化钾等氧化剂溶解于一定比例的水中，加热溶化形成的水溶液，是乳化炸药生产的重要组成部分。 用于制造乳化炸药的水相，含水量为10% ～13%，析晶点为75 ～90 ℃。 由于析晶点比较高，当温度降低时容易结晶。 因此，对输送水相的管道，一方面要设置保温；另一方面，对送料后的管道，要用锅炉蒸汽吹扫，防止输料管道堵塞。

使用蒸汽吹扫输料管道可保证管道输料的顺畅性。 但是，当输料管道较长时，缺点就暴露出来。从水相溶解罐到一车间的水相管道长度约160 m，到二车间的水相管道长度约110 m，管径DN50，每一次蒸汽吹扫都需要上下2 个工序人员参与完成，一人操作一人观测，蒸汽到达后通过工序电话联系，确认蒸汽是否到位。 如此频繁的操作，增加了操作人员的工作量，也延误了工作时间。 为减少操作工作量，需要对水相输料吹扫系统设置进行改进，以实现操作简便实效的目的。

1 改进方案

现有水相输料管道配有一套管径DN25 的手动吹扫系统。 在该系统上，拟增加一组气动阀和流量计或时间控制器，实现计量和气动控制，达到操作简便的效果。 现提出以下4 种改进方案。

方案1:增加气动阀+数显涡街流量计+气动阀开关按钮；操作中，手动开气动阀，当蒸汽流量达到时，手动关气动阀；现场显示累积量和适时流量，需要前后相减方知净流量，不需要加大安装管路，维护简单，精度高，流量计成本在5 000 元左右。

方案2:增加气动阀+数显靶式流量计+气动阀开关按钮；操作中，手动开气动阀，当蒸汽流量达到时，手动关气动阀；现场显示累积量和适时流量，需要前后相减方知净流量，不需要加大安装管路，维护简单，精度高，流量计成本在15 000 元左右。

方案3:增加气动阀+质量流量计+气动阀开关按钮；操作中，手动开气动阀，当蒸汽流量达到时，手动关气动阀；现场显示累积量和适时流量，需要前后相减方知净流量，不需要加大安装管路，维护简单，精度高，流量计成本在30 000 元左右。

方案4:气动阀+时间控制器；操作中，根据设定的时间自动控制气动阀从开到关的时间；操作简单，灵活性好，现场可视性好，控制元器件安装简单，成本低。

2 方案分析

2.1 改进方案1 分析

方案1 是采用数显涡街流量计测量蒸汽用量，根据用量判定吹扫是否到位。

涡街流量计是根据卡门涡街理论研制的可以测量气体、蒸汽或液体的体积流量的一种速度式流量仪表，其结构简单，无可动部件，压力损失小，可靠性高，使用维护量小。 吹扫蒸汽管道配置涡街流量计，吹扫蒸汽时，能实时反映蒸汽用量。 生产中确定蒸汽量后，根据涡街流量计判断管道吹扫是否到位。 涡街流量计主要技术指标[1]见表1，工况流量范围见表2。

表1 涡街流量计主要技术指标(饱和蒸汽)

表2 DN25 涡街流量计工况流量范围(饱和蒸汽)

通过现场检测，在蒸汽压力为0.3 MPa 条件下，吹扫管道需要时间90 ～120 s，蒸汽流量为0.5 m3/min。若安装涡街流量计后，其流量在流量范围内，不需要对安装部位的管道管径加大处理。由于本工序电气供电压为24 V，外供电满足其安装要求，电气选择符合本工序1.4 级要求的防爆型即可直接安装使用。

2.2 改进方案2 分析

方案2 是采用数显靶式流量计测量锅炉蒸汽，根据用量判定吹扫是否到位。

靶式流量计主要用于高黏度、低雷诺数流体的流量测量[2]，也可应用锅炉蒸汽、压缩空气、水的流量测量。 无可动部件，测量准确度高，适用于高低温介质-196 ～450 ℃，适用于高压力工况0 ～2 MPa。其主要技术指标见表3，工况流量范围见表4。

表3 靶式流量计工况流量范围(饱和蒸汽)

通过现场检测，在蒸汽压力为0.3 MPa 条件下，吹扫管道需要时间为90 ～120 s，蒸汽流量为0.5 m3/min。若安装靶式流量计后，其流量在流量范围内。 安装后不需要对安装部位的管道管径加大处理。 本工序电气供电压为24 V，外供电满足其安装要求，电气选择符合本工序1.4 级要求的防爆型即可直接安装使用。

2.3 改进方案3 分析

方案3 是采用质量流量计测量蒸汽，根据用量判定是否吹扫到位。

质量流量计采用E+H 质量流量计，用于测量液体和气体的质量流量，也可测量流体密度和温度。 该表精度高，可靠性好，安装方便，在3 种仪表中成本最高。 方案改进主要用于操作管理，只需要粗略的流量值，不需要过高的精度要求，且方案3成本较高，因此，不考虑此方案。

2.4 改进方案4 分析

方案4 是采用时间控制器控制管道吹扫蒸汽的时间，根据时间判定吹扫是否到位。

时间控制器(定时器)能够根据设定的时间来控制电路的接通或者断开，是控制电器的开关装置。 方案4 中选择欧姆龙固态型时间定时器作为气动阀吹扫蒸汽时间控制的元件。 固态型定时器，由晶体管和阻容充电电路构成，计时比较准确，欧姆龙定时器是取得UL、CAS、NK、LR、CCC 认证的产品，用于工业化控制可靠性好。 采用时间控制器，控制气动阀的开启时间，在蒸汽压力低时，适当延长时间，蒸汽压力高时，适当缩短时间，方便灵活、直观。 在时间设定上，可以通过管道蒸汽压力大小确定吹管时间。 以第二生产车间吹扫时间为例，确定吹扫时间与蒸汽压力的关系，见表5。 由于第一生产车间输料管道比较长，其吹扫时间设定比第二生产车间多0.5 min。

表5 吹扫时间与蒸汽压力的关系

欧姆龙H3CR-A 时间控制器控制气动阀操作的规格见表6。

表6 H3CR-A 定时器规格

在生产中，一次吹扫蒸汽时间为2 min 左右，同时考虑到加强吹扫需要，选用表盘刻度数字6(最大值)的H3CR-A 定时器。 其电气安全性、操作灵敏度及防护均符合本工序生产安全要求。H3CR-A 定时器的性能指标见表7。

表7 H3CR-A 定时器的性能指标

3 方案选择与实施

通过以上4 种方案对比分析，采用定时器控制，连线安装方便，现场操作方便，可实现自动化操作，且成本最低。 因此，对系统进行改进，方案4 为最佳方案。 2021 年7 月，在原吹扫系统上采用方案4，安装了气动阀和时间控制器，根据时间判定吹扫蒸汽量，用气动代替手动操作，达到了自动控制的目的。

4 结语

选用气动阀和时间控制器对水相输料管道吹扫系统的自动化改进是可行的。 改进后的水相输料管道吹扫系统的应用实践表明，采用定时器控制气动阀吹扫管道，操作简单，灵活性好。 同样，把这种方案应用于油相输料管道吹扫系统的自动控制，具有可行性。