高效融雪劑攪拌站工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選型

謝敬革，馬順勤，劉力

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100082）

1 引言

在北方一些大中城市，冬季道路的積雪問題日益成為人們所關(guān)注的焦點(diǎn)，如果道路上的降雪不及時(shí)處理，很有可能對(duì)局部地區(qū)甚至整個(gè)城市造成嚴(yán)重的影響。

目前，道路除雪主要是機(jī)械式除雪和溶液式除雪相結(jié)合的方式。但由于機(jī)械式除雪方式效率相對(duì)較低，而且該種方式一般適用于積雪已經(jīng)達(dá)到比較厚的情況，然而城市環(huán)衛(wèi)部門在積雪還沒有達(dá)到特定的厚度時(shí)，就啟動(dòng)了溶液融雪的城市道路保證措施，由此可以推斷，在冬季降雪時(shí)融雪劑溶液的需求量是巨大的。

在中國(guó)的北方城市，大規(guī)模的融雪劑攪拌站已經(jīng)比較常見，但這些融雪劑攪拌站一般只追求儲(chǔ)液池池容的超大規(guī)模，片面地認(rèn)為池容足夠大就能解決一切問題，卻往往忽視了儲(chǔ)備水源的充足性、制備連續(xù)性、加注高效性等問題【1】。

2 工藝設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

融雪劑攪拌站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一般是根據(jù)CJJ/T 108—2006《城市道路除雪作業(yè)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)要求確定的。該規(guī)程要求，在降雪量不大于1cm/次時(shí)，施撒融雪劑量不得大于10g/m2，當(dāng)中雪或大雪時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行積雪清除后再根據(jù)道路上剩余雪量進(jìn)行融雪劑的噴灑。

固態(tài)融雪劑的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 23851—2017《融雪劑》。融雪劑按照氯化物含量的不同分為氯化物類和非氯化物類。氯化物融雪劑的主要成分有：氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣等無機(jī)鹽，其占比約為95%，緩蝕劑（有機(jī)醇）占比約為5%。

3 傳統(tǒng)工藝及問題

3.1 傳統(tǒng)融雪劑溶液制備流程

傳統(tǒng)的融雪劑制備流程如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)融雪劑制備流程示意圖

傳統(tǒng)融雪劑制備流程首先是向攪拌罐內(nèi)注入清水或中水，當(dāng)攪拌罐內(nèi)的水位達(dá)到一定高度后，利用起重機(jī)將袋裝的融雪劑固體破袋后倒入攪拌罐內(nèi)，此時(shí)給水管繼續(xù)不停地向攪拌罐內(nèi)注水，固體融雪劑不斷地被放入攪拌罐內(nèi)（攪拌罐內(nèi)的攪拌器不停攪拌），當(dāng)攪拌罐的液位達(dá)到工況溢流水位時(shí)，罐內(nèi)的溶液開始溢流到儲(chǔ)液池中，當(dāng)儲(chǔ)液池的液位達(dá)到啟泵液位后，循環(huán)泵啟動(dòng)，將儲(chǔ)液池中的溶液泵送回?cái)嚢韫?，此時(shí)固態(tài)融雪劑上料作業(yè)和給水管還是不間斷工作，依次往復(fù)循環(huán)、上料、上水，直至儲(chǔ)液池和攪拌罐內(nèi)的溶液達(dá)到預(yù)定濃度和預(yù)定儲(chǔ)量時(shí)停止上述制備作業(yè)。制備好的融雪劑溶液由儲(chǔ)液池通過裝車泵送入灑水車內(nèi)。

3.2 常見問題

經(jīng)過筆者的調(diào)研與研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的融雪劑攪拌站存在一系列問題。

1）從制備流程上看，制約融雪劑攪拌站制備效率的最大問題就是制備啟動(dòng)后給水能力不足的問題。以北京某區(qū)的大型融雪劑攪拌站為例，由于該攪拌站的儲(chǔ)液池有上千立方，因此要想一次性制備滿儲(chǔ)液池，需要將近72h 的制備時(shí)間，需要如此長(zhǎng)的制備時(shí)間主要是因?yàn)榻o水能力不足。一個(gè)具有應(yīng)急功能的融雪劑攪拌站需要如此長(zhǎng)的時(shí)間完成制備流程，這無疑降低了融雪劑溶液需求的能動(dòng)性，在一些極端天氣的情況下不能滿足快速響應(yīng)的要求。

2）從制備流程上看，整個(gè)流程只設(shè)置1 個(gè)溶液儲(chǔ)池，儲(chǔ)池和攪拌罐之間循環(huán)，只有容積達(dá)到預(yù)定濃度要求時(shí)才可以裝車融雪，不能實(shí)現(xiàn)邊制備邊裝車融雪的連續(xù)性要求。在實(shí)際的融雪劑制備過程中經(jīng)常會(huì)有粉塵出現(xiàn)，不能滿足工作環(huán)境友好性的要求。此外，由于融雪劑會(huì)出現(xiàn)受潮后結(jié)塊的情況，這就需要工人利用工具對(duì)融雪劑進(jìn)行破碎，而根據(jù)實(shí)際情況看，破碎的方式最直接的就是利用人工敲打的方式，這種方式的效率是極其低下的。

3）從裝車流程上看，傳統(tǒng)的溶液裝車方式大多采用高處懸掛垂直管的形式，該種形式簡(jiǎn)單、裝車速度快，但對(duì)司機(jī)準(zhǔn)確停車的前期準(zhǔn)備工作要求比較高，而且對(duì)裝車的液位控制全憑運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)液體遺撒的情況。經(jīng)過測(cè)算，該種裝車方式有30%～40%的非有效工作時(shí)間。

4 新型高效工藝設(shè)計(jì)

新型高效融雪劑制備流程如圖2 所示。

圖2 新型高效融雪劑制備流程示意圖

高效融雪劑制備流程在傳統(tǒng)制備流程的基礎(chǔ)上增加了清水池和中間水池，增加清水池的目的是提高融雪劑制備的給水效率。增加中間水池的目的是使中間水池和攪拌罐之間溶液循環(huán)，中間水池的容積要小于儲(chǔ)液池，這樣可以使融雪劑溶液的制備快速完成，制備好的溶液再通過導(dǎo)流泵泵送至儲(chǔ)液池備用。整個(gè)工藝流程結(jié)合清水池的快速給水以及中間水池和攪拌罐之間的循環(huán)制備就可以實(shí)現(xiàn)溶液邊制備邊裝車的連續(xù)作業(yè)。

新的工藝流程還增加了破袋器、螺旋、破碎機(jī)等設(shè)備。新增破袋器結(jié)合傾斜螺旋系統(tǒng)的目的是將無結(jié)塊的固態(tài)融雪劑通過天車送至破袋器中，破袋器自動(dòng)對(duì)物料進(jìn)行破袋，破袋后的松散物料落入底部料倉(cāng)后被螺旋送入攪拌罐。由于破袋器具有密封和負(fù)壓吸塵的功能，因此，該套系統(tǒng)不僅減少了人工破袋的工作量，而且有效地防止了粉塵的外溢，大大改善了工作環(huán)境。工藝流程中新增破碎機(jī)和螺旋系統(tǒng)主要是針對(duì)結(jié)塊之后的固體物料，通過該新增設(shè)備之后結(jié)塊的物料被有效地破碎，然后由另一套螺旋輸送到攪拌罐中繼續(xù)參與溶液制備。

5 關(guān)鍵設(shè)備和材質(zhì)的選擇與優(yōu)化

5.1 設(shè)備和材質(zhì)選擇

融雪劑一般采用噸袋包裝，因此，破袋器應(yīng)選用噸袋破袋器，破袋器應(yīng)具有自動(dòng)破袋、密閉空間和負(fù)壓吸塵的功能。破袋器配合起重機(jī)和螺旋可以有效地避免粉塵和物料遺撒問題。

由于融雪劑容易出現(xiàn)結(jié)塊的情況，因此，新的工藝流程中特意增加了破碎機(jī)。本工藝設(shè)計(jì)中推薦使用剪切式粗破碎機(jī)，該種破碎機(jī)轉(zhuǎn)速較慢，剪切力大，對(duì)于小塊的融雪劑物料完全能夠適用。通過粗破碎之后的物料，由螺旋送至攪拌罐，可以極大地提高溶解速率。

攪拌罐的攪拌器直接影響溶質(zhì)的溶解速率，然而在實(shí)際工程中攪拌罐中的攪拌器卻是一種簡(jiǎn)易攪拌器，為了保證攪拌效果建議采用高效葉輪攪拌器，當(dāng)攪拌罐高度較高時(shí)，還應(yīng)配備雙層攪拌槳葉形式的攪拌器。此外，根據(jù)攪拌罐的直徑尺寸，為了提高效率、降低能耗，應(yīng)在攪拌罐中增加隔板，最大限度地提高綜合攪拌效果。

經(jīng)過測(cè)算，融雪劑溶液的氯化物含量最大時(shí)約為0.015。根據(jù)氯化物的含量和實(shí)際的使用溫度，溶液制備流程內(nèi)的設(shè)備及管道材質(zhì)最好使用316L 材質(zhì)或工程塑料管，但工程塑料管道對(duì)溫度的耐用性差，而且容易出現(xiàn)老化和黏接處泄露的問題，因此，在條件允許的情況下優(yōu)先選用不銹鋼316L材質(zhì)。

5.2 局部設(shè)計(jì)優(yōu)化

由于融雪劑溶質(zhì)存在各種雜質(zhì)，同時(shí)制備過程中也存在大量不可避免的絲狀物，因此在方便檢修的物料進(jìn)出口，需要設(shè)置不同密度的格柵網(wǎng)以起到攔截雜質(zhì)的作用。例如，在破袋器底部設(shè)置粗密度的格柵，在攪拌罐的入料口設(shè)置中密度的格柵網(wǎng)，在各級(jí)循環(huán)泵的前端設(shè)置籃式管道過濾器，通過幾級(jí)過濾之后，可以有效地控制溶劑的雜質(zhì)含量。

傳統(tǒng)的攪拌站，加注方式也是制約加注效率的一個(gè)主要因素，傳統(tǒng)的加注方式一種為高處加注，另一種為低處加注。高處加注時(shí)間較快，低處加注由于受限于水車本身加注管尺寸的原因加注時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)，因此，大多數(shù)攪拌站均采用高處加注方式。但這種方式存在著很多弊端，本文推薦使用應(yīng)用于石油石化行業(yè)的桁架式加注方式或鶴管加注方式。這2 種方式均可以有效地提高溶液的加注效率，極大地縮短加注時(shí)間，最終有效地保證融雪作業(yè)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文基于傳統(tǒng)融雪劑攪拌站工藝設(shè)計(jì)的常見問題，設(shè)計(jì)了一種新型高效的融雪劑攪拌站工藝流程，同時(shí)，結(jié)合關(guān)鍵設(shè)備、材質(zhì)的選型與局部?jī)?yōu)化，保證了工藝系統(tǒng)的完備性。希望本文的設(shè)計(jì)理念可以為今后的融雪劑攪拌站新建或是改造工程提供必要的設(shè)計(jì)參考和理論依據(jù)。