水泥筒形圓庫內結庫的原因分析及防范措施

根據(jù)水泥廠的設計規(guī)范要求，水泥企業(yè)的水泥存儲期要為產能的7天。因此根據(jù)計算每條年產100萬噸的水泥生產線，宜建設4萬噸水泥庫容。我司現(xiàn)有兩條2500生產線和一條日產5500噸熟料生產線，由于分步建設的原因，加上多品種、水泥產品個性化等需要，現(xiàn)有混凝土庫20個￠12米庫和8個￠15米庫，與同行相比，我司在混凝土圓庫數(shù)量眾多。在生產與存儲過程中，水泥在庫內結塊的問題給生產出庫帶來了不少困擾。根據(jù)我的一些個人經驗和體會，現(xiàn)分析一下水泥結塊的原因和防范措施。  

一、進雨水。這種的情形應當盡量避免，但是卻因為各種原因，沒有及時被查出，直到庫底出現(xiàn)結塊才發(fā)現(xiàn)。此類結塊的特點是：掏出的塊狀料較為致密，硬度大，強度高，有時還會在表面有蜂窩狀。有以下幾種可能：  

1、水泥庫頂?shù)墓に嚬艿琅c混凝土之間的間隙進水。水泥混凝土庫頂?shù)墓に嚬艿啦簧?，預留孔洞多，(如進料斜槽下料口、收塵器的抽風管、收塵器回灰管、量庫孔、平衡閥和檢修人孔等等）?；炷僚c鋼材之間因為收縮不同步，容易產生間隙，雨沿這些縫隙慢慢滲漏進入庫內。解決辦法：加做防水帽超過預留止混凝土水擋口，斜管加焊擋水裝置。  

2、另外一種是雨水被負壓吸進去的。在庫頂收塵器開機的情況下，庫內呈負壓狀態(tài)。庫頂?shù)牧繋炜?、壓力平衡閥以及檢修人孔均有等對外開口，由于收塵器形成的負壓會使得雨水從開口倒吸進去。一般的方法是做防水帽；我司在量庫口進水問題上曾經走了不少彎路，后面采取在量庫口頂上加羊毛氈工業(yè)毛氈進行密封以后才解決?？傊?，水泥庫剛投入生產時，下雨天的去現(xiàn)場排查很重要。  

3、滑模施工的頂升鋼管孔￠50mm，也是庫內進水的一個隱患。目前幾乎所有的水泥庫都是滑模施工，在滑模結束后在庫頂板會留下很多個鋼管開口。如果沒有徹底及時徹底處理，以后就可能有雨水沿著這一根鋼管漏到庫壁的某個地方，從庫壁混凝土流到庫內或庫外側。解決方法：割除這根鋼管時要求施工方留長一點，讓開口超過庫頂板多一些；另外，每個鋼管孔用板滿焊封死，防止雨水進入。  

4、庫頂板鋼梁與混凝土庫壁的梁頭縫隙進水。滑模施工的庫頂?shù)幕炷潦┕し椒ㄊ遣捎娩摿荷细采w混凝土。在建設新生產線時發(fā)現(xiàn)，屋檐雨水存在沿底部返水現(xiàn)象，如果正好在鋼梁的位置，雨水就會沿著鋼梁與混凝土的縫隙進入水泥庫里。解決辦法：在制作挑檐時的鋼模時做一個“鷹嘴”結構，就可以完全避免這個問題的出現(xiàn)。  

5、庫頂板的混凝土的微裂紋進水。混凝土的微裂縫無法杜絕，所以我們在庫頂都使用了各類防水辦法，但是防水材料的老化不可避免，庫頂設備安裝過程中有可能受到損傷，這也是庫內進水的一個較難發(fā)現(xiàn)的一種情形。解決方法：庫頂板全部用彩瓦進行遮蓋，如果在有斜雨的區(qū)域，最好是全封閉。  

第二種是庫內結塊是水泥存放期間水化造成的，發(fā)生較為普遍，是水泥儲庫工作的難點。這種結塊的特點是呈片狀，一般寬2~10多公分，厚度一般就幾公分，有時會有解理面，結構略疏松，強度不很高，用手可以掰斷。在水泥企業(yè)一般是銷售淡季后轉旺季時，特別是從水泥高庫位降到低庫位時容易出現(xiàn)，會給生產的連續(xù)性造成很大的影響。  

形成原因分析；這種結塊分成兩個階段，第一階段是水泥流動性變差，在靠近庫底邊角的地方形成滯留區(qū)。主要原因是石膏庫內脫水所致，水分子被細粉吸收后產生部分水化，造成水泥粉狀物料流動性變差。一般出磨的水泥溫度95~120℃，跟熟料溫度和粉磨品種有關。我司的出磨水泥用75℃烘干溫度來做水份，各類品種的水泥水份都不高，正常為0~0.2%之間。但是如果用140℃來做水泥水分的話，數(shù)值在0.4~0.6%，甚至更高，這里面的差值是石膏的結晶水。經我司的對比，脫硫石膏的最低從80℃開始就會脫水，與供貨的來源有關，有些脫硫石膏到90℃才開始脫水，而且脫水速率也不完全一致。經多次驗證，在庫內存儲3~7天后，用140℃來做水份就接近于0.1%，可見庫內的脫水速度較快。  

水泥在庫內的存儲溫度超過90℃的概率很常見，在高溫下水分子與水泥中的細粉快速反應產生水化，這就是為什么水泥存儲時間稍長會導致水泥感覺更潮，在斜槽的流動性變差，甚至有結小團的現(xiàn)象。靠水泥庫邊部因流動性差，充氣箱通風量較少，導致卸出困難形成滯留區(qū)。

第二階段就是滯留區(qū)的水泥的二次水化導致結塊。  

滯留區(qū)水泥停留時間較長后，塊狀料就容易產生，其反應機理是：  

由于大部份采用平底庫，庫內采用了充氣箱結構，因卸料需要持續(xù)地用羅茨風機將空氣鼓入庫內使庫內水泥流態(tài)化，方便將水泥快速卸出，因此物料能夠持續(xù)接觸到空氣，空氣中存在的少量H₂O和CO₂，使得這兩個反應可以一直不停的持續(xù)，不動區(qū)水泥水化到一定程度后，由于某種機會如自身重量過大、收縮產生裂紋、溫度變化及水泥庫放空等原因使得結塊料從粘結外分離脫落，與流態(tài)化的水泥一起從卸料口卸出，它們擠在出料口，開成結拱，造成了出料無法連續(xù)。如果是庫底散裝系統(tǒng)，對發(fā)散速度會有較大影響，也是引起顧客投訴的一個重點。  

發(fā)生此類現(xiàn)象時一般采取的都是人工掏料的辦法。堵在出料斜槽拐彎處的還好辦一些，關掉手動閘板后，開側檢修門人開掏去大塊。如果在出料口上方產生拱料架空問題，解決難度就大得多了。關閉手動閘板，在閘板與庫底板之間用氧割開個小孔，將一根長鋼釬插入，用力向上捅將拱破壞。當拱料被破壞時，產生下塌。塊料夾著粉料下沖，開的小孔經常大量冒出大量的水泥粉料，由于高度的限制和作業(yè)空間所限，人只能站在庫底板的下方，沖出的粉料直對員工的面部，威脅施工者的眼睛，戴好護目鏡也只能減少這種傷害。塊狀料夾著粉料，流動性差，又經常堵在出料斜槽上，一次一次地不停重復；處理一個￠12庫耗時需近十天時間。其工作驗證度、危險度、體力強度都很大。為減少對員工的傷害，我司將其列入二級作業(yè)風險管控范圍。  

最不得已的是人工清庫。當水泥庫結庫到一定程度時，物料下不到減壓錐，水泥無法卸出，只能采用這種方法。不管是用何種方式進行清庫，最后都需要人工進入筒倉內將庫壁的掛料進行清理，作業(yè)環(huán)境差不說，作業(yè)的安全風險相當大。原國家安全生產管理總局還專門對此制定《水泥工廠筒型儲存庫清庫安全操作規(guī)程》AQ4072-2012，用安全標準來加強控制清庫作業(yè)風險，取得到很好的效果，清庫期間對施工的安全監(jiān)管工作量相當大，由于施工隊伍的人員素質和身體狀況要求較高，每年依舊還會傳出業(yè)內因為清庫發(fā)生安全事故的個別案例，真令人扼腕。定期清庫是沒有辦法的辦法，如果有可能，水泥企業(yè)應盡量避免清庫，緩解庫內結塊傾向，還要加強放空定期倒庫清空，防止減少庫內結大塊。  

緩解結庫的技術方案。第一、盡可能減降低入庫水泥溫度或者提高磨內脫水程度，盡管這兩者是矛盾的。從技術上可以通過增加水泥冷卻器或使用機械倒庫的方法緩解存儲石膏庫內脫水問題。第二、就是降低水泥的存放周期，降低庫存量，加快周轉速度，減少結庫概率。第三、使用多點下料庫系統(tǒng)，減少庫內堆料區(qū)的結塊概率。我司在新建粉磨站時￠15米庫時使用了7個出料口的方案（帶七個小減壓錐和七個下料小區(qū)），投入使用后，水泥卸空率高，結塊的概率大幅降低。第四、增加機械倒庫設備，定期將庫內的水泥進行倒空，通過庫容的變化，不讓結成大塊，這也是一種補救措施之一。  

由于大部份的水泥庫已經建成出庫口已經固定無法改變，庫內的固定區(qū)永遠存在加上石膏的二次脫水也不可免，將水泥庫定期輪流放空是減少結成大塊的重要方法。為減少員工的勞動強度和減少作業(yè)隱患，我司2020年度在水泥庫底安裝了一種庫底液壓疏堵破碎設備。該破碎設備安裝在水泥庫底的手動平板閘以下，設備尺寸與下料口的尺寸匹配。工作原理：該設備功能分為兩部份：上部是捅料機構，使用的是液壓缸伸出的鋼棒，模仿人工破拱作業(yè)。捅料桿行程1500~2000mm，負責處理平板閘以上結拱的塊狀料甚至大塊料，中空油缸聯(lián)接羅茨風機到減壓錐內部可以替代部分充氣箱功能，以解決架空料的處理難題；下部在破碎機構，將溜下到破碎腔的塊狀料破碎成2公分左右的小塊，使得小塊能隨粉料一起被斜槽送走，解決在斜槽卸料器拐彎處堵料問題；由于本身破碎腔中自帶約2.5公分間隙，對正常粉料卸料沒有影響。如果發(fā)生破碎腔有堵，反而說明里面有塊狀料，這時只要開啟疏堵機，就能快速疏通。由于現(xiàn)場安裝空間所限和提供較強的破碎能力，該系統(tǒng)采用了液壓馬達，羅茨風機，與液壓捅料機構合起來集成為一個液壓系統(tǒng)。其設備示意圖如下：  

該設備的可選包為手動閘板改為液動平板閥，方便現(xiàn)場處理時靈活掌握，減少員工的勞動強度。投入使用了兩年多來，幾次員工發(fā)現(xiàn)有塊狀料時，啟用該設備，大幅度降低人工掏料風險和降低員工的勞動強度，受到了包裝車間的一致好評，對捅料桿的作用更是特別肯定，處理一個庫完全不要用到人工掏料，只要把出來的料送到包裝機的振動篩包裝出廠即可，超過篩網尺寸的小塊狀料從排渣口卸出，不會對包裝機的運行和水泥質量產生影響。  

還有一種更為嚴重的堵料情形。水泥粉還有半庫多，因為塊狀料多，在水泥庫的減壓錐全拱住了，幾個通道全部堵住。這個時候人工清庫下不去，液壓疏堵破碎設備的捅料桿直能到減壓錐里面，不能拐彎伸到庫里去，長度也不夠?，F(xiàn)在市面上發(fā)明了一種水泥庫清堵機器人，我司去年使用過一次，可以有效解決這個難題。  

將機器人從堵料的水泥庫頂部用牽引繩放入庫內，到達料面以后，啟動系統(tǒng)，機器人根據(jù)庫外遠程遙控操作系統(tǒng)和內置陀螺儀到達堵料的位置，即可啟動掘進驅動馬達和行走送料馬達，掘進頭在掘轉過程中，將凝結成塊的水泥切割松散；需要調整機器人前進方向時，可以通過控制兩組后驅動馬達，即可調整到方向。機箱尾部有防翻轉尾舵，可以保證機器人穩(wěn)定的作業(yè)姿態(tài)，并且尾舵不影響機器人的前進和后退作業(yè)。  

該系統(tǒng)在水泥庫存多時能夠鉆入水泥粉里面處理結塊，配合下部液壓疏堵破碎設備，完全能解決了水泥工廠儲庫結庫的最嚴重的問題，基本上可以做到不要再用進入水泥庫內進行清庫的方式來處理。  

總之，水泥儲庫最重要的事杜絕進雨水，采取技術措施少結塊，有結塊了選擇合適的設備，一定能使得后工段的工作難點變得安全、可靠、順暢。