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硫磷设计与粉体工程 年第 期：尿素产品全自动包装贮运系统设计及优化张 猛（华陆工程科技有限责任公司，陕西 西安）摘 要：为了降低运行成本，提高系统稳定性，对高产能或多样化产品的全自动包装贮存装车系统自动化的要求越来越高。以某 尿素项目为例，阐述了尿素包装贮运系统的工艺设计方案、主要设备选型，以及该项目的设计优化内容。该系统实现了尿素产品的运、筛、包、码、存、取、装车发货为一体全自动流程作业，系统自动化程度较高、绿色环保，可为同类系统设计提供参考。关键词：尿素；包装码垛；全自动；水洗除尘；设计优化中图分类号：文献标识码：文章编号：（）概述随着现代工业技术自动化程度的不断发展及劳动成本的增加，对工程系统自动化的要求越来越高，以降低运行成本和提高系统稳定性，尤其是对高产能或多样化产品的全自动包装贮存装车系统。某大型煤化工制 尿素项目的尿素成品为颗粒状，经过筛分设备分级成大颗粒尿素、中颗粒尿素（尿素成品）和粉料尿素，采用 袋小袋包装。尿素贮运系统范围为：从高塔造粒至成品装车工段，即自塔底部输送机开始，至成品冷却、筛分、全自动包装码垛、计量、全自动立体仓库、全自动装车，以及除尘系统等。本项目的设计基础数据如下：装置规模 装置操作时间 尿素粒径 系统操作方式连续性操作造粒塔出料温度 操作弹性 主要技术方案尿素贮运系统设计应满足系统运行稳定、自动化程度高、综合成本低、操作维修方便及卫生环保的要求，主要技术方案比选如下。尿素颗粒冷却尿素造粒塔的正常出料温度为 ，为了防止包装温度过高及贮存期间发生板结，一般要求成品温度比周围环境平均温度高出 ，且冷却后的尿素温度不高于 。夏季气温较高，采用自然冷却通常不能满足生产要求，则需要增加强制冷却措施。目前国内尿素行业采用的尿素冷却方式主要有流化床冷却器、粉体流换热器、转鼓冷却器 种。这 种冷却方式的比较见表。从表 可知，粉体流换热器具有占地面积小、含尘气排放量较少、低能耗及低运行成本等特点，且粉体流换热器固相上进下出，充分利用固体颗粒重力流特点，可布置于带式输送机栈桥正下方或包装料表 种冷却方式的比较冷却方式布置方式占地面积运行能耗冷却介质运行环境流化床冷却器立式中高除湿冷风冷却鼓风量大，粉尘量大，需除尘粉体流换热器立式小低循环水除尘风量，需除尘转鼓冷却器卧式大高除湿冷风粉尘量大，需除尘冷却水无尾气排放，无需除尘仓上部，从而降低尿素粉碎率和节省土建投资。重力流特点，可布置于带式输送机栈桥正下方或包装料仓上部，从而降低尿素粉碎率和节省土建投资。该方案在实际工程应用中的冷却效果较好，故本项目选择粉体流换热器对尿素进行冷却，共设 台粉体流换热器，单台出力为 。筛分方案为了满足 （约 ）尿素装置的连续生产要求，成品筛分设备按单台出力为 设计，则 台设备即可满足系统正常运行。考虑到设备故障或检修维护，本项目设置了 条备用线。为了降低产品中尿素粉尘含量，一级筛分 台设备同时运行，筛分效率不小于，产品可满足国家规范要求。随着农业施肥技术水平提高，无人机和机械化设备应用到现代农业作业，对尿素产品的粉尘含量和粒度分布的要求提高了。仅一级筛分后的尿素产品造成施肥设备的故障频率相对较高，为了降低施肥设备的故障率，本项目设置了尿素二级筛分，二级筛也设置了 台筛分设备。尿素包装和码垛方案本项目的产品包装袋规格为 袋，全自动包装机包装能力为 袋，即需要至少 条全自动包装生产线同时运行才可满足生产任务。考虑到操作交接班、设备故障或检修维护，每条包装线料仓缓存时间为 ，还设置了 条备用全自动包装生产线，形成 开 备的成品尿素包装线布置方案。码垛机码垛能力为 袋，为了与单台包装机的包装能力相匹配，共配套设置了 套码垛机。袋装尿素的贮存方案袋装尿素的贮存形式主要有露天堆存、封闭式堆垛库、散料库贮存及立体仓库贮存。不同贮存形式的优劣比较见表。表 不同贮存形式的比较贮存方式贮量储存方式占地面积适用范围作业方式缓存时间露天堆存大袋装、地面大干燥少雨、少风地区叉车较短封闭式堆垛库中袋装、地面中适用范围广叉车较长散料库大散状、挡墙较小空气湿度小散料堆取料机较短立体仓库大袋装、货架较小适用范围广全自动堆垛机较长 本项目位于南方地区，年平均降水量为 ，且年平均最大空气湿度为。项目所在在的降雨量和空气湿度均较大，且尿素具有较强的吸湿性，故排除了露天存放和散料库贮存。封闭式堆垛库方案占地面积较大，采用叉车堆取垛，劳动强度较大，作业效率较低。立体仓库采用全自动入库、堆垛、取垛发货，自动化程度较大，入库 出库不需要现场作业人员，作业效率较高，且占地面积较小，故本项目选择了全自动立体仓库贮存。根据 化工粉体工程设计通用规范的要求：尿素产品厂内储存天数为 天，该项目按贮存 天的量设计库房，则立体仓库的总储存量约 ，占地为 。成品出库采用叉车或全自动装车机方式，正常发货出库采用全自动装车机出库装车，当订单量较大时，同时可以叉车出库装车，提高发货量。除尘方案尿素输送、冷却、筛分、包装系统含尘气体的排气点分布比较分散，且排气点较多，设备密闭性较差，导致作业环境粉尘较多，容易引起呼吸道和眼部疾病，因此，提高自动化水平和改善除尘效果非常有必要。尿素包装贮运系统常用的除尘方式为袋式除尘，需要设置 台袋式除尘器。由于尿素的吸潮特性，项目所在地降水量较大、空气湿度大，易导致袋式除尘器堵塞，滤袋需要经常清洗维护，且滤袋破袋更换频繁，除尘效果并不理想。在除尘器进风口处采取伴热措施能在一定程度缓解滤袋更换频率高的问题，但不能根本上解决以上问题。本项目采用绿色集中水洗系统，设置了一套水洗系统，除尘风量约 （标准状况计），从根本上解决了布袋除尘器除尘效果差、不持久的 年第 期 张 猛 尿素产品全自动包装贮运系统设计及优化问题，尿素粉尘溶解液经浓缩后采用泵输送至尿素装置循环利用，达到绿色环保的效果。尿素贮运系统工艺流程本尿素贮运系统设计方案为运、筛、包、码、存、取、装车为一体的综合性全自动尿素贮运系统，其总体工艺路线见图，总平面布置图。图 尿素储运系统的总体工艺路线示意图 尿素贮运系统总平面布置 主要设备选型包装储运系统中关键设备的选型是影响工艺系统性能稳定的关键因素。本项目的核心设备包括尿素冷却器、筛分设备、包装机和码垛设备等。筛分设备目前国内尿素筛分装置常用分级筛分设备有新型的直线振动筛和平面回转筛。直线振动筛直线振动筛的振动电机为激振源，振幅小（），振动频率高（），筛面倾角大（）；设备较高，自重较大。但该设备存在以下问题：细粉或小粒堵筛现象严重，筛分效率低，处理能力大，筛网损耗大，设备故障率较高；尿素粉化率较高；设备噪音较大。平面回转筛平面回转筛的电机带动偏心块为激振源，振幅大（），振动频率低（），筛面倾角大（），筛网下部设置弹跳球自清理堵孔装置，且筛分效率高、能耗低，设备高度较低，自重较小。但该设备存在以下问题：处理能力较低，筛网更换费用较高；尿素粉化率较低；设备噪音较小。根据工艺系统需求，要求筛分设备 连续运行、层高尽量低、筛分效率高，故本项目选择了平面回转筛。生产实践证明该设备筛分效果较好。包装码垛系统包装机的种类繁多，按自动化程度分，有半自动、全自动包装机等。全自动包装机与半自动包装机的对比见表。表 自动包装机与半自动包装机的对比项目名称半自动包装机全自动包装机包装速度 袋每台定员人数 人劳动强度较高低套袋水平度不高较高安全性存在夹手现象较好防尘性较差较好一次性投入低较高工作效率一般较高从表 可见，全自动包装机具有投入劳动人数少、劳动强度低、工作效率高、包装能力大、防尘效果好等优点，但一次性投入较高，运行成本较低；半自动包装机一次性设备投入较低，运行成本较高。综合考虑各方面的因素，本项目选择全自动包装机。码垛机可按照要求的编组方式和层数，完成对料袋、胶块、箱体等各种包装产品的码垛。码垛机按型式可分为：高位码垛机、中低位码垛机和机械手码垛机。中、低位码垛机和机械手码垛机可以满足中低产量的生产需要，且垛形偏差较大；高位码垛机具有码垛速度快、稳定性比较高、垛形规整等特点，是目前适用于大型化工企业的码垛设备。考虑到后端立体仓库系统入库对垛形的要求较高，故本项目选择使用高位全自动码垛机。全自动包装码垛系统需要设置全自动缝包机、喷码机、金检机、复检称、双工位剔除机及空托盘供硫磷设计与粉体工程 年第 期给系统。尿素冷却器尿素冷却器是一种间壁式板式换热器，固相靠重力自上向下流动，液相为逆向流动，采用流化风机对固相进行流化，防止固体物料堵塞。液相侧直接采用循环水进行冷却，亦可用脱盐水间接冷却，减缓污垢形成速率，从而延长换热器的使用寿命和提高换热效率。全自动立体仓贮系统全自动立体仓库包含入库区、堆存区、出库区和装车区。入库区输送线与码垛机相对接，将垛形合格物料输送至立体仓库贮存，入库线设置垛形检测，将垛形检测不合格物料通过排出口排出，整理合格后重新入库。堆存区采用巷道堆垛机进行物料的堆放和取货，始终遵循先进先出的原则，巷道堆垛机采用激光定位，精度较高，存取效率较高。出库区可采用叉车进行取货装车，与全自动装车机对接可实现全自动装车。全自动装车机通过扫描车箱形状，可自动调整装车顺序和垛盘位置，保证装车安全，进而提高发货效率和降低劳动强度。设计优化内容 建、构筑物防潮尿素放置于空气中易吸收水分而潮解，因此要求建筑室内干燥、防潮，防止尿素吸湿结块。在南方多雨地区，通常需采取防潮措施：建、构物围护结构的密闭；建构筑内设置除湿措施；库房地面的防潮处理。防腐尿素固体吸湿潮解呈现弱碱特性，使厂房混凝土结构出现较大面积的破坏现象。图 为某项目尿素厂房混凝土破坏现状。从图 可以看出，该厂房混凝土已发生严重的腐蚀，究其原因，主要由物理和化学作用造成的，物理作用是尿素在混凝土中的结晶导致混凝土膨胀开裂；化学作用则主要是尿素或分解的氨与混凝土中的碱作用加速了混凝土碳化。因此，在易与尿素或尿素粉尘接触且空气湿度较大的地区建、构筑物设计需采取防护措施，例图 某项目尿素厂房混凝土腐蚀现状如在建、构筑屋内表面涂环氧树脂防护层。粉尘清理此外，建、构筑物内不得采用水冲洗方式清扫地面尿素粉尘，可采用气力清扫方式进行粉尘清理。存在生产设备需要采用水清洗的情况，例如筛网需要采用水冲洗清堵，需要设置专用清洗区，并设置围堰和专用排水管道。尿素仓结构尿素料仓的结构形式通常采用圆形结构或矩形结构。由于尿素颗粒中含有粉尘，在潮湿环境下易黏附于仓壁，进而形成结块现象，矩形料仓存在四角，从而会加速尿素在四角的结块，严重时影响产品质量和正常使用。因此，尿素料仓选用圆形结构，为促进物料流动顺畅，料仓锥角不小于。此外，尿素料仓采取了以下技术措施防止堵料：在料仓内表面设置纳米不粘涂层；在料仓内表面加装超高分子量聚乙烯板；在锥部增加振动电机；锥部设置清料口等。除尘管道设计尿素粉尘是影响职业卫生健康的重要因素之一，因此设置合理的除尘系统是十分必要的。该项目采用集中水洗除尘，且南方空气湿度较大，尿素粉尘易吸潮黏附于管壁上，大幅度降低除尘器的效率，温度高不易结露，因此，在除尘管道易堵塞部位还需考虑伴热。管道系统设计是影响除尘效果的重要因素之一，当一台除尘器有多个吸尘点时，应在吸尘点设置风阀，以调节和均衡各吸尘点的风量，以保证整个除尘系统除尘效果，另外，在管道弯头处易发生积尘或“架桥”现象，因此，除尘管道倾角不小于，弯头处设计清堵孔。年第 期 张 猛 尿素产品全自动包装贮运系统设计及优化 物料溜管设计尿素颗粒静堆积角为，根据工程经验，要求溜管倾角不小于物料最大静堆积角 ，尿素的流动性与颗粒的粒度有一定的关系：溜管输送尿素成品时，管道倾角不小于；溜管输送尿素为大颗粒尿素，管道倾角不小于；溜管输送尿素为尿素粉料时，管道倾角不小于。在管道变径处，尿素颗粒在溜管内侧面易集结，需考虑增加角度，必要时可采取激振措施。条件允许的情况下，在弯头处可设置清堵孔，正常使用时用可拆管帽封堵。增设除大巴块过滤筛在粉体流换热器前增加一级振动筛，除去造粒塔产生的大巴块尿素，以防止大巴块堵塞粉体流换热器而降低换热效率。结束语尿素贮运系统运行稳定、自动化程度高、综合成本低、操作维修方便及卫生环保，是保障大型尿素装置的安全稳定运行、降低运行成本的重要因素之一。某 尿素装置包装贮运系统设计时，在细节上进行了优化，总结如下。尿素包装贮运采用全自动包装贮运系统，实现了尿素产品的运、筛、包、码、存、取、装车为一体全自动流程作业，系统自动化程度较高，大大降低了劳动强度。筛分工段采用两级筛分，降低成品粉尘含量，使产品较好地适应现代农业机械自动化的要求。整个系统除尘采用绿色集中水洗系统，具有较好的除尘效果且持续性较强，溶解液经浓缩后采用泵输送至尿素装置循环利用，实现了绿色环保。建构筑物采取了防腐措施，对料仓结构设计、除尘风管设计和物料溜管设计等进行优化，对保护建构筑物、改善现场操作环境和提高设备使用寿命具有重要的作用。本设计严格遵守相应标准规范要求，同时考虑了系统易用性和经济性，可为化工项目尿素包装贮运系统设计提供参考。参考文献：李秋萍，程建伟，邵国兴颗粒肥料冷却设备的选型化肥工业，（）：张勇松，王宝安，王文科 复合肥装置冷却系统改造 磷肥与复肥，（）：李振亮，赵立新 筛分机在尿素包装生产中的应用大氮肥，（）：丁荣伟 型往复筛分机在尿素装置中的应用小氮肥，（）：宋 根，夏明伟 流化床降温及回转筛除尘技改项目运行总结化肥工业，（）：詹炳根 尿素包装厂房结构混凝土损伤调查与损伤机理分析 土木工程学报，（）：汪 波 尿素料仓粉尘结晶治理技术应用炼油与化工，（）：彭建强，高述军，李玉文，等 尿素仓加装超高分子量聚乙烯板大氮肥，（）：中华人民共和国国家发展和改革委员会 化工粉体工程设计通用规 范：北 京：中 国 计 划 出 版社，中华人民共和国化学工业部 化工粉体工程设计安全卫生规定：北京：化工部工程建设标准编辑中心，全国包装标准化技术委员会 运输包装件尺寸与质量界限：北京：中国标准出版社，作者简介：张 猛（），男，河南淮阳人，工程师，硕士，从事粉体工程设计工作，电话：，：。（收稿日期：）硫磷设计与粉体工程编委会（年）主 任 委 员：陈德兴副主任委员：谢东升 孙国超委 员：（按汉语拼音字母次序排序）陈 钢 陈明良 崔 悦 戴晓恒董宁宁 段付岗 方 莹 管宁辉何润林 纪罗军 江洋洋 李 崇李海昆 李 立 李明军 李志刚梁 财 刘 峰 刘 红 刘建平明大增 潘木俊 汤建伟 童志阳汪艳红 王辛龙 王 颖 吴亚峰肖永平 俞向东 张 青 张 晔郑建明 朱远蹠 邹玉霜顾 问：陈玉如 沙业汪 钟本和 龚建华硫磷设计与粉体工程 年第 期 ，；，（）：；（，；，）：，：；（，）：，：；，（，）：，：；（，）：，：；（，）：，：；，（，）：，：；Application of Flexible Belt Conveyor in Transfer of Dolomite