一种水泥库清堵装置的实践应用
01项目背景
水泥生产过程中不可避免的涉及到水泥存储这一重要环节，目前水泥存储的主要方式是在水泥库中储存和均化，因水泥自身的物理特性（凝结特性）的影响，会出现不同程度的板结现象，长时间的板结会导致用来存储水泥的筒状结构库出现不同类型的堵塞问题，常见的堵塞问题集中表现为：水泥物料出料不顺畅，散料与粉料掺杂出库，影响水泥销售品质及下游的用户体验；水泥库出现块料堵塞，系统已无法正常出料。
针对以上出现的水泥库堵塞问题，目前国内外主流的解决方案是通过人工或部分机器清库来解决，但因清库伴随而来的问题也随着国家对安全生产、绿色发展的要求逐步显现，主要集中反映为以下几个方面：
（1）水泥库无法“在线”清理。水泥厂的水泥生产及销售基本是全年“在线”状态，这种情况在长江流域以南更为表现强烈。当水泥生产进入旺季后，生产部门无法专门将一个或几个水泥库停下后特意来清理，但如果不清理，水泥库的堵塞问题很可能会升级加剧，积重难返，出现一个“一进就满，一放就空”的尴尬局面。
（2）2019年的新冠疫情出现后，因现实人员流动管控等现实原因，导致很多清库施工企业及施工队伍无法按照传统惯例按时提供清库服务，从而影响水泥厂以往制定的循环清库计划，进一步导致水泥库的堵塞问题严重化。
（3）清库的成本不断攀升。国内人口老龄化问题逐步显现，导致劳动力成本逐年提高，加之清库服务本属于国家应急管理部门重点监控红线领域，需找有资质、有能力的施工服务企业开展合作；水泥库现有品种凝结特性越发显著，清理难度的提高导致清库的费用也成倍极增长。同时清理水泥库时水泥库需停止正常使用，间接造成水泥厂的经营成本提高。
（4）水泥库堵塞问题常发生在库内部减压锥的进料口和出料口处，以往解决办法均需对整个水泥库清理后通过更换帆布等方式进行整改，处理周期长，造价高，环保问题严峻且危险系数大。
02工作原理及工艺流程
结合以上分析的水泥库堵塞问题及新时期有关环保、安全、防疫政策的严格要求，本研究提出了一种实用的水泥库堵塞解决方案，可有效解决以上出现的问题。本研究设计了一套可重复利用的水泥库清堵装置，主要内容包括清堵输送管、二氧化碳空气炮、快速安装平台，自动快速充装平台等。主要工作原理为：使用时需在水泥库壁微创开孔，然后将清堵输送管安装至需疏通的位置处，之后通过二氧化碳空气炮放置于清堵输送管内，远程通过起爆器完成空气炮的气体泄放，达到堵塞位置物料疏松的效果。其工艺流程描述如下：
（1）产品使用前，需人工定位确认水泥库发生堵塞的部位或环节，在库外侧使用传统钻孔工具（例：水钻）对水泥库库壁进行“微创”开孔，直径约为100mm。开孔的方式见图1。
图1 水泥库开孔
（2）水泥库壁开孔完成后，利用自制的快速推进装置将清堵输送管安装至库内堵塞位置，快速推进装置的开孔方式见图2。
图2 快速推进装置
（3）上一步骤完成后，选取合适规格的二氧化碳空气炮产品，二氧化碳空气炮结构原理见图1。使用自动快速充装平台对二氧化碳空气炮罐体进行气体填充，将液态二氧化碳通过增压充装平台充入到储能腔内，变成超临界流体态。这种状态下的二氧化碳具有低粘度、高渗透性，气化后体积膨胀系数为500-600倍数值。二氧化碳不同状态的温度、压力影响图见图2。
图3 二氧化碳空气炮示意图
图4不同状态二氧化碳的温度-压力图
（4）将充装完毕的二氧化碳空气炮移动至清堵输送管末端。通过远程起爆装置对二氧化碳空气炮进行起爆操作，二氧化碳空气炮工作流程见图5。整个气体泄放过程只需30-40ms，液态CO2气化体积膨胀600倍，产生260Mpa以上的膨胀压力，达到疏松堵塞位置水泥物料的效果。清堵装置的清堵过程见图3。
图5装置工程流程图
图6 清堵装置安装位置示意图
03使用效果
该产品已经在华润水泥广西某水泥公司、华新水泥湖北某水泥公司、重庆永川某水泥有限公司完成试用，使用后原有堵塞情况已经得到有效解决，试验效果明显。本研究研发的水泥库清堵装置主要体现为以下几点优势。
（1）水泥库无需停产，可“在线”安装并完成清堵任务。
（2）对库体结构无破坏，仅需在库壁发现堵塞的相对位置微创开孔，即可对库内水泥料堵塞问题进行有效解决。
（3）产品使用便利，2人可在1天时间内完成装置安装及调试，基本不受疫情封控等冲击影响；
（4）该装置成本优势明显，与水泥库清理相比，造价仅为清库价格的五分之一左右。
04总结
本研究针对水泥库内出现的堵塞问题，研发了一种具有实践应用价值的清堵装置，针对水泥库内各位置出现的堵塞问题，在库壁精准微创开孔安装，进行库内水泥堵塞位置的疏通、助流，通过自动或手动操作清堵装置，使库内积料能正常排出，有效解决水泥库堵塞排料难等问题。本研究研发的装置施工周期短，见效快，还能确保顺畅出料，有效避免出料死区的出现，无需彻底清库，也能保持高度出库和存储能力，同时对未来水泥库堵塞问题的解决提供了一种全新的研究思路。
