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    科研动态

    散装乳化炸药乳化基质固定式地面站生产乳化控制系统安全性研究

    作者:王少波日期:2017年6月5日 14:29

    (湖南金能科技股份有限公司,湖南 长沙 410205)

    摘  要:本文对目前广泛应用于散装乳化炸药地面站的生产乳化控制系统安全性进行了理论及实际分析,分别对PLC-计算机组态自动控制系统安全连锁?;ぷ爸?、视频监视系统、门禁系统,可实现在线数据查询、故障连锁?;?、紧急?;白远ňδ芙醒橹?,并且得到了有效判据。此外,提出了安全生产相关措施,优化了系统安全联锁,得到了生产乳化控制系统安全可靠参数。
    关键词:乳胶基质  生产线  生产乳化控制系统  系统联锁 安全性


    1.背景
    伴随着民爆行业进步的不断推进和工业炸药生产线生产能力的不断提高,根据国家针对炸药生产安全性、减少在线人数、散装乳化炸药优越性和推广性等有关要求,湖南金能科技股份有限公司研制开发的现场混装乳化炸药,符合我国国情并达到《关于民用爆炸物品行业技术进步的指导意见》和《关于提升工业炸药生产线本质安全水平的指导意见》的要求,为在此基础上提升乳化炸药生产线整体技术水平,公司研制通过现场总线控制技术,触摸屏和工业计算机实现双机冗余控制的新一代乳化基质智能化、自动化生产工艺技术及设备。
    为了符合相关工函要求,健全和规范技术转让程序,严格新技术、新设备的安全性验证制度,是今后公司研发设备工艺安全性的保障,也同样是公司加强安全管理的一个方向。因此,本文主要对散装乳化炸药乳化基质固定式地面站整线关键设备、自动控制系统及生产线的安全性、可靠性进行探讨。


    2.散装乳化炸药乳化基质固定式地面站生产工艺控制系统 
    散装乳化炸药乳化基质固定式地面站生产工艺技术及设备,采用PLC-计算机组态自动控制系统、系统具有安全连锁?;ぷ爸?、视频监视系统、门禁系统,可实现在线数据查询、故障连锁?;?、紧急?;白远ňδ?,并可自控与手控切换。湖南金能科技股份有限公司通过鉴定的现场混装散装乳化炸药工艺配方、现场混装车及地面站设备,通过了国家级安全评价机构检测,安全性良好。由现场混装乳化炸药现场混装车及地面站生产的乳化炸药产品,通过了国家级质量检测机构的检测,产品性能达到或超过了国家标准的要求。该生产线原材料来源广泛,生产工艺流畅简捷,安全系数高,产品质量安全稳定,布局合理。
    2.1验证范围
    采用采用各类传感元器件、分散型控制系统(DCS)、人机界面、可编程控制器(PLC)、视频监控系统、对讲系统自动检测整线生产工艺和设备参数,实现全线联动与自动控制,验证自动控制系统运行的安全性。
    2.2考核指标
    温度、压力、液位等工艺参数和工艺设备参数实现自动检测、超限报警及联锁?;;?;系统超温、超压、断料、过载、过流、断水等安全联锁功能正常,设备出现故障会自动联锁报警停止运行,工作稳定,无误动作发生;
    各安全联锁装置定期验证有效;
    安全运行时间不低于12个月。
    全线数字化自动控制率达到90%以上。
    2.3自动控制系统安全性验证情况
    通过收集乳化系统自动控制系统对单机和全线联动、联控、安全联锁措施及参数等资料,从而验证了固定站生产工艺设备装置的安全性。
    乳化基质固定式地面站生产线自动控制系统全部采用湖南金能科技股份有限公司的专有技术。本控制系统主要由以下三部分构成:生产自动控制系统、视频监控系统、对讲系统。生产自动控制系统设有多个主要温度、压力、重量、液位、流量检测点,实现了自动检测和设备的自诊断,实时进行参数远程设定、监控、记录、指示、报警、联锁?;?。整条生产线除油、水相配料工序外,其他工序实现无人化操作。本系统可与厂内局域网建立连接,实现远程监控管理,厂内部局域网的任一个节点上获得授权后可,登录监控画面,观察或控制(须获得相应授权)地面站的运行。
    2.3.1冗余检测和自诊断
    ① 系统结构的高度分散性。集散型控制系统已构成一种新的全分散性控制系统的体系结构。系统将传感测量、补偿计算、工程处理与控制等功能分散到现场设备中完成,即可完成自动控制的基本功能,并可随时诊断设备的运行状态,实现了自动检测和设备的自诊断??刂葡低衬芏运写衅鞯墓ぷ髯刺凳奔觳?,能对所有参数进行实时存储,确保生产线能实现智能控制和信息化管理。
    ② 生产管理的高度集约化。提高了系统的准确性与可靠性。系统具有自动配料、控温、补水、加料、自动开关机等功能,并设置有过载、超温、超压、断料、断流、过流等?;ぷ爸?,生产线各工序之间信息互通、连锁控制。对过程物料(油相和水相等)流量由输送泵、流量计、变频器和PLC实行实时PID跟踪闭环调节控制,物料配比精确,油水相流量计测量精度达到0.5级,控制误差不超过0.5%,保证了生产产品质量。
    系统使用用工控机、触摸屏作为上位管理机进行工艺流程及工艺参数的显示、控制参数的修改等,工作人员通过这些画面不仅可随时监视各个生产环节的运行状况,而且也可随时根据生产产品的改变而直接对各种工艺参数迸行修改,实现了生产管理的高度集约化。
    2.3.2设备状态的检测和自诊断
    该生产线具有完善的安全联锁?;すδ?,当设备及工艺参数运行值超出设定值时,系统会自动启动?;すδ?,自我调节进程,并多级报警。
    温度液位?;ぃ鹤远鹘诳刂莆露?,实现液位进料和出料的联动?;?。
    流量超范围?;ぃ合低撑卸狭髁坑氩芄叵?,超限时能智能调节。
    压力超限?;ぃ貉沽Χ嗉都觳獠⒅悄芘卸涎共?,超限或传感出现异常时,立即?;?、
    断水?;ぃ喝榛髟谄淅淙此狭魇?,能自动延时报警并全线?;?。
    所有电机都有电流超限报警和过载?;;?。
    PLC系统故障的联锁:总线故障和系统故障能自动报警?;?。
    上位机与生产的互锁:上位机不开启,生产线不能启动。
    系统能实时读到这些设备的运行参数:电流、电压、频率、转速、负荷、温升和故障等。根据这些设备运行的参数值,系统能智能判断各设备的运行状况,同时在设备出现异常后能自动报警和联锁?;?。安全联锁验证情况如表1-1。
    表1-1 主要设备控制系统安全联锁安全性验证

    云达不莱梅对拜仁 www.55o56.com 设备名称

    自诊断故障现象

    检查标准

    定期验证情况

    水相配制罐

    1、超温100℃;
    2、搅拌电机过载

    报警?;?,启动安全联锁

    验证有效

    油相配制罐

    1、超温80℃;
    2、搅拌电机过载

    报警?;?,启动安全联锁

    验证有效

    乳化器

    1、出口温度超温100℃;
    2、振动值超20mm;
    3、冷却水断流;
    4、电机热继电器过载
    5、过流超30A

    报警?;?,启动安全联锁

    验证有效

    水相泵

    1、出口超压0.6MPa;
    2、流量低于5%;
    3、电机热继电器过载

    报警?;?,启动安全联锁

    验证有效

    油相泵

    1、出口超压0.6MPa;
    2、流量低于5%;
    3、电机热继电器过载

    报警?;?,启动安全联锁

    验证有效

    基质泵

    1、出口超温100℃;
    2、出口超压1.2MPa;
    3、电机热继电器过载

    报警?;?,启动安全联锁

    验证有效

    热水泵

    1、电机热继电器过载

    报警?;?,启动安全联锁

    验证有效

    钢带

    1、冷却水断流
    2、电机热继电器过载

    报警?;?,启动安全联锁

    验证有效

    验证结论:本固定站自动控制系统设计符合民用爆破器材工厂设计安全规范(GB50089-2007)、《关于提升工业炸药生产线本质安全生产水平的指导意见》、《民爆企业安全监控系统通用技术要求》、《工业炸药生产线电子监控系统设置安全技术条件(试行)》相关标准要求。固定站自动控制系统安全功能设置齐备、数据合理,实现了参数自检测、报警及联锁?;;?,各安全联锁装置定期验证有效,该系统已在固定站上已安全运行了三年。
    2.4地面站生产线数控化率验证情况
    全线自动化、智能化情况如下:
    生产自动控制系统设有多个主要温度检测点的温度检测和控制、超温报警、基质泵出口超压报警、油相流量的检测和自动调节、水相流量的检测和自动调节、柴油添加自动计量、工艺热水添加自动计量、热水罐自动补水、油水相断流?;?、水相溶化上料重量自动计量、乳化机冷却水断流检测、乳化机电流检测、电动机过载检测和?;さ?。其中温度检测点有:油相溶化罐温度、水相溶化罐温度、油相储罐温度、水相储罐温度、基质温度、基质泵出口温度、热水温度等。
    (1)油水相配料工序:硝酸铵破碎过程和油水相溶、储罐的加热保温、搅拌启动过程全由控制系统实现运行,控温阀门、放料阀为气动阀,由系统自动控制,各个设备、阀门状态、工艺参数接入控制室和触摸屏人机界面控制系统实时监控。
    (2)乳化工序:该工序在整个生产过程中,各设备状态、温度、流量、压力全过程监控、闭环自动调节、联锁?;?。阀门、电机由控制系统自动控制开启或关闭,无需人工现场操作,可实现一键自动开机生产,油水相流量根据产能自动调节,?;笞远瞪?。
    整个工序实现了从水油相制备到制药各工序全自动化生产,全线设备和装置共计50项,全部采用数字化自动控制,数控化率达100%。设备运行可靠、稳定。
    表1-2生产线数控化率统计表

    序号

    设备/装置名称

    数量

    控制方式

    1

    破碎机

    1

    数字化自动控制

    2

    输送螺旋

    2

    数字化自动控制

    3

    水相配制罐搅拌

    2

    数字化自动控制

    4

    工艺水添加、流量监控

    2

    数字化自动控制

    5

    水相温控

    6

    数字化自动控制

    6

    水相配制罐液位

    2

    数字化自动控制

    7

    水相配制罐重量

    2

    数字化自动控制

    8

    水相放料

    2

    数字化自动控制

    9

    水相输送

    1

    数字化自动控制

    10

    油相配制罐搅拌

    2

    数字化自动控制

    11

    油相放料

    2

    数字化自动控制

    12

    油相输送

    1

    数字化自动控制

    13

    油相温控

    2

    数字化自动控制

    14

    水相流量监测

    1

    数字化自动控制

    15

    油相流量监测

    1

    数字化自动控制

    16

    油水相管路保温

    1

    数字化自动控制

    17

    水相管路吹扫

    1

    数字化自动控制

    18

    乳化器、振动监测

    2

    数字化自动控制

    19

    乳化器出口压力、温度监测、冷却、保温

    4

    数字化自动控制

    20

    钢带、布料器、冷却水、

    3

    数字化自动控制

    21

    基质泵、及温度、压力监测

    3

    数字化自动控制

    22

    基质储罐放料、料位监控

    2

    数字化自动控制

    23

    热水罐加热保温、补水、液位

    3

    数字化自动控制

    24

    工艺热水泵

    1

    数字化自动控制

    25

    循环热水泵

    1

    数字化自动控制

    2.5匹配性验证情况
    (1)乳化工序乳胶基质制备、基质冷却、基质储存能力可以满足年产4000吨乳化基质生产能力;
    (2)乳化基质稳定性良好,对各种原料都能适应,有利于工厂乳化炸药便利式低成本生产;
    (3)生产的乳化基质产品质量达到《乳化炸药》GB18095-2000标准的规定,贮存性能稳定;
    (4)自动化控制系统稳定、可靠。
    (5)乳化工序自动控制联动和智能化匹配性良好;
    (6)全线数字化自动控制率达到100%。
    2.6固定站乳化系统可靠性验证情况
    固定站可靠性主要体现为设备的无故障连续运行时间。固定站无故障运行间隔时间是指设备正常投入运行后,直至设备出现故障?;?,或监控系统检测到设备故障?;睦奂萍涓羰奔?。“关于提升工业炸药本质安全生产水平的指导意见”中提出,设备的无故障运行间隔时间达到2000小时以上,在计算设备无故障连续运行时间时主要考虑以下情况进行统计:
    (1)无故障连续运行时间是从设备开始使用或检修(包括计划检修和故障检修)后投入运行直至发生故障的累计时间。
    (2)因非设备本身原因(停电、等待耗材、前端停产、雷雨等)造成设备停车的,设备运行时间可累计至下次故障检修时间。
    (3)设备定期维护保养,不影响连续运行时间累计。
    固定站乳化系统主要由油、水相输送泵和乳化器组成。通过收集实际应用使用情况记录,查询维护保养和故障记录(实际维护保养情况见保养记录表)等数据进行分析论证,自投产至今,该固定站运行平稳可靠,未出现因设备故障长时间影响生产的现象,实际维护保养情况见表1-3。经实际应用证明,乳化系统部分无故障运行时间达4000h以上。
    表1-3   系统维护保养及故障记录

    序号

    品名

    维护内容

    维护次数

    故障次数

    备注

    1

    水相泵

    更换定子
    更换万向节
    更换密封

    0
    1
    0

    0
    0
    0

     

    2

    油相泵

    更换定子
    更换万向节
    更换密封

    1
    0
    0

    0
    0
    0

     

    3

    AE-HLCII型乳化机

    机械密封
    轴承
    电机

    0
    1
    0

    0
    0
    0

     

    4

    冷却钢带

    电机
    胶条

    0
    0

    0
    0

     

    验证结论,固定站乳化系统可靠性良好。其配套的原料制备、乳化系统、冷却系统均通过2年多的可靠运行,到达无故障运行2000h以上,满足生产需求。


    3.固定站安全性、可靠性小结
    经过近1年的验证表明,散装乳化炸药乳化基质固定式地面站的安全性、匹配性、可靠性所涉及的各项验证项目明确、参数指标设计适当,验证过程和方法合适、验证结论准确,实现了与整个包装线的连锁控制;全线数字化自动控制率达到100%,无故障运行时间可达2000小时以上。
    固定站生产工艺合理、设备运行稳定,主要安全性能指标验证结果符合工艺安全设计标准。试验结果如下:
    (1)乳化后的乳化基质抗水性能好、贮存期长(一个月以上)、质量稳定、不易破乳、常温易敏化,其各项性能指标达到或超过相关国家及行业标准的要求。
    (2)油、水相溶化罐采用多重加热方式能有效提高加热效率,实现快速配制油、水相溶液。
    (3)生产线工艺流畅、参数控制、产品质量稳定,乳化基质产品质量达到《乳化炸药》GB18095-2000标准的规定,贮存性能稳定;产品一次交验合格率达到100%;乳化基质固定式地面制备站能满足单班产能(7小时)达3~15吨/小时;生产出来的乳化基质无雷管感度,乳胶基质经检验,可划入5.1项,氧化剂;乳胶基质在敏化后制成的露天乳化炸药满足国家标准要求。
    (4)提高了检测精度,加强了安全连锁设置,实现生产智能化控制、远程诊断及故障处理,提高了整体技术水平,整个固定站除油水相配料、控制室需要操作人员外,其余工序实现无人化操作。

    4.参考文献
    [1]汪旭光. 乳化炸药.第二版[M]. 北京:冶金工业出版社,2008.

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