基于智能控制系统的硝铵装置造粒塔结块自动清除装置设计与优化

基于智能控制系统的硝铵装置造粒塔结块自动清除装置设计与优化

任永峰1梁雨泽2 梁文昌3杜会军 4

1 国能乌海硝铵有限责任公司    乌海市海南区   016000

234中鼎汇昌（北京）科技发展有限公司  北京市丰台区 100071

摘要：针对硝铵装置造粒塔的结块问题，设计并优化了一套基于智能控制系统的自动清除装置。分析了现有造粒塔的操作现状和结块现象的成因，进而设计了包括温湿度传感器、风速传感器和振动电机在内的智能控制系统。通过精确控制环境条件和自动调节振动参数，系统能有效预防和消除结块。实地测试结果表明，该系统显著提高了造粒效率并优化了操作安全，显著降低了设备故障率。智能控制方案为硝铵造粒塔结块问题提供了一个高效可靠的技术解决路径。

关键词：硝铵造粒塔、结块预防、智能控制系统、传感器技术、振动电机

引言

在硝铵的生产过程中，造粒塔经常出现的结块问题严重影响了生产效率和产品质量。结块不仅降低了工厂的运行效率，还增加了生产成本。研究并解决造粒塔的结块问题具有重要的实际意义。通过分析结块成因，设计了一个集成温湿度和风速控制的智能控制系统，在自动检测并减轻结块状况。不仅提高了造粒效率，也为硝铵生产行业提供了一种新的优化生产的技术手段。

1.硝铵造粒塔现状分析与结块问题诊断

硝铵造粒塔在化肥生产中扮演着关键角色，其主要任务是将硝酸铵溶液转化为颗粒状固体。在实际操作过程中，塔内的物料因多种因素易发生结块，影响了生产的连续性和产品的质量。结块现象主要是由于硝酸铵颗粒在塔内部在高温和湿度条件下发生团聚，尤其是在塔壁及其设备界面处【1】。这种结块不仅降低了造粒效率，还可能导致设备运行阻塞，增加了清理和维护的难度及频率。造粒塔内部环境的控制不足，如温度、湿度和风速的不合理调控，是导致结块的主要技术因素。硝酸铵本身具有较高的吸湿性和结块倾向，使得在特定的环境条件下，如温度骤降或湿度增高时，颗粒间的相互粘结更为显著。因此，精确控制造粒塔的操作环境和优化物料输送与分布机制，是解决结块问题的关键技术路径。

2.智能控制系统的设计与集成

2.1 智能控制系统的架构与关键技术

数据采集单元包括多种传感器，如温度、湿度和风速传感器，这些传感器安装于关键位置以实时监测造粒环境的变化。温度传感器安装在塔的进风口和出风口，以监控进入和排出空气的温度。湿度传感器则布置在造粒区域，以评估空气湿度对硝酸铵颗粒结块的影响。风速传感器安装在进风系统，以确保空气流速维持在最优级别，避免由于风速过低导致的颗粒沉积。数据处理单元是系统的核心，包含一个中央处理器和多个微处理器，负责接收从传感器来的数据，并根据预设的算法进行快速处理和决策。该单元利用先进的算法模型，比如机器学习和人工智能算法，以预测和识别潜在的结块风险。系统能够自动调整参数，如调节湿度和温度，以优化造粒环境。

执行单元包括振动电机和调节百叶窗的电动机等，负责根据处理单元的指令，执行必要的物理操作以防止或消除结块。振动电机安装在易结块的区域，如塔壁，当系统检测到结块风险时，可以启动振动电机以振散累积的颗粒，防止其进一步固化。百叶窗的调节则有助于控制进风量和风向，进而调整塔内的温湿度条件。智能控制系统还配备有用户界面，使操作人员能够监视系统状态，并在必要时进行手动干预。这一界面提供实时数据可视化，包括温度、湿度、风速等关键指标的历史和实时数据，以及系统警告和操作建议。

2.2 振动电机与传感器技术的集成与优化

振动电机的选型和布置直接影响到结块控制的效果。在设计阶段，选用的振动电机型号为YBZJ5-2，具有0-5KN的可调激振力和380V的工作电压，满足造粒塔对振动强度的需求【2】。每个电机的安装位置经过精确计算，确保能够覆盖关键的结块区域，如塔壁和出料口。传感器技术的优化涉及确保传感器的精确性和响应速度。采用的温度传感器具有±0.1°C的精度和0.1秒的响应时间，能够实时反映出环境温度的微小变化。湿度传感器则具有±2%的精度，保证了测量数据的可靠性。所有传感器均符合ExdⅡCT6防爆等级，适用于高爆炸风险的化工环境。传感器数据通过高速通讯网络传输到中央处理单元，网络采用冗余设计，确保数据传输的稳定性和系统的高可用性。

数据处理单元根据收集到的数据，利用先进的控制算法实时调整振动电机的运行参数，如频率和振动强度，以适应当前的结块状况。为了进一步优化系统性能，还进行了振动与噪声控制研究，以减少振动电机运行对周围环境的影响。通过在电机周围安装隔音材料和使用低噪音设计的电机，有效降低了操作噪声，改善了工作环境。如表1所示：

表1：硝铵造粒塔智能控制系统关键技术参数

3.系统实施效果与技术提升

3.1 自动清除系统的调试与性能验证

系统集成了先进的传感器网络，包括温湿度传感器和风速传感器，这些传感器被精确地布置在造粒塔的关键位置。系统初始化阶段，所有传感器均进行了校准，以确保数据的准确性和可靠性。传感器数据实时传输到中央控制单元，其中温度传感器的测量误差控制在±0.1°C内，湿度传感器的误差不超过±2%。

系统调试中，振动电机的激振力和频率通过实验室测试确定，以匹配不同的操作条件和结块倾向。在实地应用中，振动电机的操作参数可以根据实时数据动态调整，以应对环境变化带来的挑战。通过一系列的负载测试和模拟结块场景，系统验证了其在不同环境条件下的反应能力和清除效率。完成初步调试后，系统进入了性能验证阶段。在这一阶段，系统连续运行数周，以监控其长期稳定性和效果。监控数据显示，在调试系统后，造粒塔内的结块现象显著减少。系统通过自动调整振动电机的运行和调节进风百叶窗的位置，有效地控制了内部环境条件，从而减少了结块的风险。

3.2 对造粒效率和操作安全的影响评估

通过安装智能控制系统，造粒塔的操作环境得到了实时监控和调整，这对于维持造粒过程中所需的精确湿度和温度控制至关重要。系统优化了进风口的风速和风量，通过减少湿度变化引起的结块，从而提高了整个造粒塔的工作效率【3】。在操作安全方面，系统的实施显著提高了整个设备的安全水平。智能控制系统能够实时监测到可能导致设备故障或安全事故的任何异常情况，并立即采取措施进行调整或报警。

系统能够检测到过高的温度或湿度，并自动启动冷却系统或调整风速以避免潜在的安全风险。系统还配备了自动停机功能，当检测到严重的结块或设备故障时，可以立即停止所有操作，防止事故的发生。智能控制系统不仅提高了造粒效率，同时也极大地增強了操作的安全性。通过对关键操作参数的实时监控和调整，系统确保了造粒过程的连续性和稳定性，显著降低了设备故障和生产事故的概率，提高了生产线的整体安全和效率。

结语：

通过本研究的实施，明显提高了硝铵造粒塔的生产效率并降低了维护需求，成功应对了长期困扰硝铵生产的结块问题。智能控制系统的设计与集成，尤其是传感器与振动电机的有效协同工作，确保了造粒环境的优化，实时监控与调整为生产过程提供了稳定的保障。该系统还极大地提升了操作安全，减少了潜在的设备故障和生产事故。这一技术创新不仅提高了生产质量和效率，还为化工制造业中类似问题的解决提供了宝贵的经验和参考。

参考文献：

[1]孔庆亮,夏治园,王刚,等.双筒型旧硝铵造粒塔爆破拆除数值模拟与施工设计[J].爆破,2024,41(02):151-159.

[2]王华.硝铵造粒塔自然通风改强制通风风量的确定[J].中氮肥,2007,(05):46-47.

[3]王华,沈琰利.硝铵造粒塔自然通风改强制通风风量的确定[J].河北化工,2007,(08):48-49.