1、一种自洁式干粉灰料吨袋破包机的研制及应用 王爱国 魏昊 刘争光 洪富贵 田振江 中海油能源物流有限公司 摘 要： 海洋石油钻完井使用的大宗料每年有 10 万吨以上是采取吨袋包装的。为解决人工破包作业期间的干粉飞溅和粉尘污染的难题, 在既有的库房条件和工艺流程下, 我们发明了一种带有自洁功能的吨袋破包机。通过近一年的实际应用, 操作环境明显改善、作业效率显著提高, 不但节省人力, 而且也极大降低人员劳动强度, 取得了非常好的效果。关键词： 灰料 (大宗料) ; 吨袋; 破包机; 作者简介：王爱国 (1963-) , 男, 高级工程师, 1987 年毕业于华东石油大学, 现从事海洋石油专业港口后勤
2、基地一体化物流服务的技术研究与管理工作。收稿日期：2017-07-11Received： 2017-07-11海洋石油使用的大宗料种类和物性相对简单, 如土粉、重晶石粉和水泥是最主要的品种, 依赖吨袋包装进行陆域运输, 其每年需求量在 10 万吨以上。为实现由码头至海船的吹灰作业, 以往都是采用传统的人工破包方式进行拆包作业。由于大宗料的干粉颗粒在 200-300 目细度范围, 造成作业过程灰粉外溢且粉尘污染严重, 不但伤害人员健康, 而且污染环境。目前国内成品吨袋破包机尺寸超高且采用垂直吊装喂料工艺, 不能适应现有库房高度条件和水平喂料工艺要求。而新建库房的成本大、周期长, 施工期间也会影响
3、大宗料的正常海上供应。为此, 本文介绍一种新型破包机, 其集自动破包、自动抑尘、自动筛选于一体, 能够很好契合现有库房条件和操作工艺要求, 通过一年多的实际应用, 取得了良好的效果, 解决了困扰海洋石油行业多年的人工破包作业难题。1 结构形式本文介绍的新式吨袋破包机除机主要由机架、除尘、破包和筛选四大功能组件构成。如图 1 所示, 机架将三部分功能组件有效整合在一起, 其中, 上部是除尘组件, 中部是破包组件, 下部筛选组件。1.1 机架机架作为设备的骨架采用了四支高腿箱式结构的一体化设计。通过优化布局, 使得整机功能组件结构合理紧凑, 满足了库房净空 5 m 的限制, 同时也方便叉车驾驶员的
4、操作习惯和观察视野的开阔。机架上部采用了长方形箱体, 除顶部和喂料端敞开外, 其余四面采取全封闭处理结构。为了进一步提升除尘效果, 在箱体顶部使用了 U 型盖板进行了必要的遮蔽处理, 在保证吨袋吊带顺利通过的前提下, 尽量减少箱体的开放区域, 充分利用圈闭形成负压区, 增强了降灰抑尘的效果。同时, 机架将整台设备用地脚螺栓直接固定在仓泵地坑的正上方并与库房地坪持平。在机架上还设置有插孔, 可轻松实现整机的移机工作。图 1 下载原图1.2 除尘组件除尘功能组件位于机架最上端的后部, 采用了传统的布袋除尘技术并进行了小型化改进设计, 如图 b 所示的左上角位置。除尘组件包括引风机、除尘气室、一排吊
5、挂滤尘布袋和储气筒, 储气筒设有进、排气端控制件等组成。主要改进了吹扫控制逻辑和吹扫方式。本机使用了一排 7 只长度 600 mm、直径 200 mm的小布袋, 通过预设密集吹扫间隔, 进行每隔 10 s 吹扫一次的较高频率进行主动吹扫, 放弃了传统的依据气压差的被动吹扫控制逻辑, 确保了布袋滤尘效率的持续和稳定。本机是按照单机布袋除尘控制进行设计, 即一机一除尘的布置形式。由于除尘效果很好, 不需要安装单独的出风管道, 可直接在库房内排。由于避免了传统的多台机使用一套大型除尘装置的占用场地大、系统复杂和管道多的问题, 因而提高了除尘运行的稳定性和可靠性, 降低了安装条件, 也方便了后期的维护
6、保养。1.3 破包组件破包切割功能组件位于机架前部的中间, 如图 1 (b) 所示的右侧中部位置。破包组件包括电机、行星减速机、联轴器、刀轴、刀盘、轴承和喂料平台等组成。充分利用刀盘的高速旋转, 借助叉车水平推送的力量, 从吨袋底部割开数道贯通切口, 干粉灰料在重力作用下从切口流出进入振动筛, 实现自动破包功能。为保证破包的效果, 经过我们反复试验最终选定 9 片、直径 400 mm 刀盘的等间距 100 mm 的布设形式, 破包效果是最佳的。同时, 还确定了喂料平台控制在130025 mm、刀盘预置 1205 mm 切割高度更符合叉车司机操作和观察的习惯。本机抛弃了传统的多轴联动传动式的复杂
7、传动机构, 采用了单轴直通式传动机构, 使得电机、减速器和刀轴的布置更简洁, 结合必要的防尘和自润滑的设计措施, 显著降低了电机能耗, 且提高了破包的可靠性, 达到了降低造价和延长使用寿命的目的。1.4 筛选组件引入筛选功能组件是本机的创新点, 其位于机架箱体正下方的四只高腿立柱间, 如图 a、图 b 所示。筛选组件包括振动筛主箱体、板结出口、导流料斗、振动电机、减震弹簧和柔性密封件组成。其设计思路是利用振动筛的高频低幅振颤动能, 实现干粉灰料主动抖落并注入仓泵, 同时筛网能够主动滤出杂物并推送至板结出口。振动筛采取了分体式结构设计, 将安装振动电机的振动筛主箱体进行结构简化, 采用了方斗形状
8、。在其下部用螺栓密封连接了一个上方下圆的漏斗过渡短节。此种设计达到了归集粉料、调整筛体与仓泵接口高度以及运输和安装方便等诸多优点。该震动筛被悬浮地置于四根圆柱螺旋弹簧上, 借助两台斜置的振动电机产生了上下和前后两种震颤动力, 通过上下震颤动能将灰料主动震落且快速通过直径200mm 口径的圆顶阀阀口进入仓泵内, 而前后震颤动能将筛网过滤出来的板结块和破包产生的碎屑等夹杂物主动推送到出料口。当然, 由于振动动能的存在, 破坏了干粉灰料内部产生不利空穴的条件, 尤其是南方梅雨季节潮湿灰料注入仓泵的速度明显加快。2 技术特点(1) 自动化操作, 破包效率高, 能有效降低劳动强度和节省作业人员。 (2)
9、 自洁式除尘, 能有效抑制扬尘外溢, 改善工作环境, 减少吸尘对作业人员的伤害。(3) 主动式振动筛, 能将筛选出的板结杂物自动推送出来, 消除管系堵塞的隐患。 (4) 环境条件要求低, 安装适应性强。 (5) 功能组块相对独立, 方便维护。 (6) 结构紧凑, 外形美观, 方便整机运输。3 应用效果在保留现有叉车喂料工艺流程和既有操作环境条件不变情况下, 使用本型吨袋破包机对比传统的人工破包, 无论是降低粉尘污染效果, 还是破包作业效率及节省人工三大技术指标都取得了显著成效, 见表 1、表 2 和表 3。表 1 库房空气总尘平均浓度对比表 (毫克/立方米) 下载原表 表 2 破包效率对比表
10、(包/小时) 下载原表 表 3 使用人工数量对比表 (人数) 下载原表 从上述对比情况看, 使用本型破袋机后较传统的人工作业, 四种类型的干粉灰料的平均总尘浓度降幅达到了 80%;破包速率平均提高了近 20%;节省人工 23 倍。该机经过了二代四型的反复试验后的定型产品, 且已经在实际工作中进行了一年多时间的批量使用, 证明是适用于海洋石油行业以气力输送的吹灰作业, 如水泥、钠土粉、重晶石粉、石灰石粉和水泥拌合料等干燥粉末状物料的理想吨袋破包机。4 实施环境4.1 安装环境(1) 库房:封闭式普通库房, 要求室内高度大于 5 米; (2) 电源:电压 380 V, 总容量大于 12 k W (
11、单线) ; (3) 气源:气压 0.5 MPa, 排气量大于 0.3 m/min (单线) ; (4) 占地:3.5m2.5 m (单线) 。4.2 使用环境(1) 吨袋包装:必须采用无内袋包装, 有效容积 11.5 m, 5001 500 公斤/包; (2) 喂料方式:必须使用叉车水平喂料工艺, 建议使用 3 吨叉车; (3) 输灰工艺:满足气力仓泵吹灰工艺。5 结论综上所示, 该机使用了成熟的布袋除尘和刀盘切割技术并进行了小型化设计, 并创新加装了振动筛选装置, 不但大幅减低粉尘污染, 而且提高了破包效率, 同时大大节省了操作人员。该机结构紧凑, 外形美观, 占地面积小, 特别适合于海洋石油既有库房直接安装使用, 也可以作为有粉尘环境要求的类似行业采用。
