粉末物料非封閉人工加料對操作人員危害很大， 特別是毒性易揮發粉末存在嚴重職業危害， 在設計過程中如何提高操作密閉性、 自動化至關重要。 根據在實際設計過程中涉及到草甘膦粉末顆粒物料加料設計了一套自動加料裝置。本文主要介紹粉末自動加料裝置選型和設計的思路和方法。

1 項目情況

項目涉及物料為農藥類微毒粉末物料草甘膦，考慮到車間操作安全，需要設計一套粉末自動加料裝置。車間為三層框架混凝土結構， 每層層高 6 m，需要設計鋼平台及相關設備。草甘膦包裝大小為1000 mm×1000 mm×1100 mm，重量為 840公斤/袋， 下料口400 mm。反應釜一批進料量為 1.7 t， 輸送管道管徑 DN150 mm。

2 總體方案設計

草甘膦物料由叉車運至車間，再由推車經電梯運至三樓，三樓經單梁懸掛起重機運至錐形加料槽放料。 物料由錐形加料槽經氣動滑動閘閥， 再經三通分料閥分別進入兩個反應釜。 整個過程全封閉， 進料過程由稱重模塊控製，自動控製氣動滑動閘閥開啟關閉， 以保證進料量準確， 人工控製三通分料閥開啟管路。 錐形加料槽裝有物位顯示儀表， 實時現場顯示加料槽內物料量； 錐形加料槽外裝有四個振動器， 邊下料邊振動， 以保證物料下料順利， 不至於物料堵住管路。

3 起重機 （行車 ） 選型

起重機選型需要考慮起重量、 提升高度、 跨度、運行速度和安裝方式。起重量需要考慮物料包裝重量、 建築結構本身承重載荷； 提升高度需要考慮樓層高度、 設備口高度、 物料包裝尺寸和起重機本身設備高度， 一般根據廠房的高度選擇起吊重物的高度； 行車跨度隻跟廠房跨度有關，一般選取一跨長度為行車跨度， 這樣行車運行範圍大。 運行速度如果建築樓層荷載大或運輸重量輕可以選擇廠家常規速度， 由於本項目廠房為已有建築，為了避免由於運行速度過快引起物料慣性晃動， 影響建築結構， 所以運行速度不能太快， 具體速度可以和廠家討論決定。 安裝方式分為電動小車式（即電動葫蘆既可上下起吊重物又可左右移動 ） 和固定式 （隻可上下起吊重物 ） ， 固定式又可分為上固定和下固定，根據實際情況需要選擇安裝方式。本項目選用電動小車式單梁懸掛起重機， 起重量 1.5 t， 提升高度 6 m， 跨度 5.5 m， 運行速度 10 m/min。

4 錐形加料槽設計

加料槽設計需要考慮一次存放量、管口設置和預留、 設備材質、 設備壓力等級、 附屬設備情況及設備尺寸。 其中設備尺寸確定是個很複雜的過程， 需要考慮設備之間間距、 閥門、 管路間距及樓層高度。由反應釜管口高度、 閥門數量、 設備下部錐形角度 （先預設一個角度， 一般偏向於小角度 ） 和連接管路確定設備耳座位置， 再根據操作方便性、 物料存放量和行車及物料包裝尺寸綜合考慮設備在樓層上半部分高度， 最後確定設備直徑。

本項目錐形加料槽草甘膦物料容量為 2 個反應釜進料量， 反應釜一批進料量為 2.9 t， 兩批進料量為5.8 t， 根據草甘膦包裝 1.1 L=840 kg 計算， 實際需要容量為 6.9 L， 預留 20%空間， 最終設計容量為 8.3 L。綜合各方麵的因素，最終確認錐形加料槽尺寸為覫2000 mm×2500 mm （筒體 ） ， 體積 V=8.9 L， 槽體錐形部分角度為 102°， 直徑 覫2000 mm， 高度 740 mm，滿足設計要求。容器耳式支座尺寸參考 《容器支座》（JB/T 4712.3- 2007 ） ， 在此不做詳細介紹。

5 振動器的選型

振動器的選擇需要考慮空氣消耗量、 噪音、 安裝空間、 頻率、 振幅 / 振動能、 維護成本、 空氣供給 / 潤滑情況， 當然工程設計不可能做到這麽細， 很多時候都是憑經驗數據進行估算，所以在有些專業領域的設備選型時， 可以參考設備廠家意見進行綜合選型。

本項目所用振動器選取上海質諾電子科技有限公司的 3 種振動器進行比較選型。 主要有 3 種類型：滾軸式振動器、 滾珠式振動器和轉輪式振動器， 3 種振動器動力源都是儀表用壓縮空氣。最高適用範圍分別是： 140 ℃、 120 ℃和 100 ℃， 噪音級範圍分別是75~100 dBA、 75~95 dBA和 60~75 dBA。滾軸式振動器為細小物質的傳送提供了一種新方法， 主要用於：漏鬥清空、 小顆粒激勵、 細粉末移動、 塑料和水泥的模中搗實。滾珠式振動器多用於輔助滑槽和漏鬥中的物料流動，容器中和模具中的物料搗實和篩上不同尺寸物品分離。轉輪式振動器由於高速度與高偏心矩相結合可產生強大的振動能，且軸承更換簡單和噪音低，符合現行工廠測試條件下的國際噪音規則。 考慮以上優缺點、 車間實際情況並結合設備廠家意見， 本項目選取噪音相對較低的氣動轉輪式振動，安裝於設備 1/3 處， 型號為 GT- 48。 最終安裝調試還要通過改變氣壓使振動頻率接近物體的自由頻率以達到最佳工作狀態。

6 自動切斷閥門選型

由於本項目閥門垂直安裝，管路上端加料槽內有 5~6 t 粉末物料， 如何選取自動切斷閥門對於整套裝置的運行至關重要。閥門的錯誤選型將會導致係統在整個產品周期內的高成本運行，並使得生產效率大大降低。 對於流動性比較好的粉末物料， 目前工程上用得比較多的就是星形 （葉輪） 給料閥、 粉末蝶閥、 粉末專用球閥、 閘板閥、 孔板閥等控製閥門。

星形（葉輪 ） 給料閥不適用於帶有粘性粉末物料， 粉末顆粒受潮極易卡死閥門， 影響生產。而傳統的刀形閘閥或蝶閥專為處理氣體和液體而非幹燥物料而設計。 這些閥門依賴於柔軟的密封件， 而它們因閥門開關和物料填充物容易磨損， 造成物料泄漏。 這就需要頻繁維護閥門， 造成生產率低下， 嚴重時甚至造成產品質量下降。

經推薦和閥門廠家溝通聯係最後確定本項目切斷閥門為美國弗泰斯公司生產的具有 “上升” 刀片設計的 HDP 滑動閘閥， 型號為 HDP150。該閥門專門為處理研磨或粘性物料設計（草甘膦粉末受潮後具有粘性， 一般閥門容易堵塞 ） ， 適用於粉末、 球形物和顆粒物，絕對密封灰塵和細小粉末，易於安裝與維護，可在 204~232 ℃高溫下進行間歇工作，可選用304、 316L不鏽鋼、 鋁或碳鋼等不同材料。

自動切斷閥門還需要考慮執行器的形式，按驅動方式可分為氣動執行器、液動執行器和電動執行器。 氣動執行器具有防爆的優點； 電動執行器的優點在於控製精度要高於氣動執行器，其推力要高於氣動執行器但低於液動執行器。但相對於液動執行器的初期投資來說， 電動執行器的造價成本比較低， 性價比比較高， 更容易架設和應用。 液動執行器的推力最大， 而且推力控製十分精準。 防爆性能介於氣動執行器和電動執行器之間。液動執行器最大的缺點是初期投資要求過高， 需要搭配液壓係統支持， 隻適宜在大型工作場合安裝使用。由於本項目所在車間為甲類車間， 所有設備必須要求防爆， 而且車間儀表一般都是氣動控製， 所以本裝置選用氣動執行器， 而且能減少設施投入。

此外，本項目儀表連入車間 DCS 控製係統， 稱重傳感器與自動切斷閥連鎖，錐形加料槽物位實時顯示， 係統自動控製進料量。

7 結論

以上裝置選型設計很好地解決了大包裝有毒粉末物料密閉加料問題，同時在草甘膦加料槽上設置廢氣管道， 操作區域設置吸風罩， 有效解決了物料揮發有毒氣體在車間的積聚， 減少了有毒氣體吸入， 避免操作人員直接接觸， 提高了操作安全性。 本文所述裝置選型設計，對於相同或相似係統的相關裝置設計有一定的參考意義。

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