剖析氣動管道傳輸系統(tǒng)在燃料智能化管控中的具體應用

凌君安， 陳 燕， 陳 康

（長沙君祥科技有限公司， 湖南 長沙 410100）

0 引言

燃料智能化管控[1-3]是指將煤樣管理業(yè)務中的采樣、制樣、封樣、存樣、取樣、化驗各環(huán)節(jié)看成一條自動化生產線，把煤樣樣品看成自動化生產線上的一個流轉產品，利用物聯網技術、傳感技術、光電技術、機電一體化技術，確保全過程無人干預，人樣分離，實現樣品管理自動化、智能化。

氣動管道傳輸系統(tǒng)源自于國外進口技術， 是一種以空氣為動力， 在密閉管道中傳輸裝有藥品和化驗單據的傳輸瓶，主要是用于降低醫(yī)護人員頻繁的送樣工作的。傳輸瓶是在密閉管道中進行傳輸的，整個傳輸過程自動化，且無人干預， 這兩個特點剛好可以用于燃料智能化管控中的送樣環(huán)節(jié)。 本文將重點介紹煤樣瓶氣動管道傳輸系統(tǒng)的設備組成、 工作原理以及在燃料智能化管控項目中的具體應用。

1 煤樣瓶氣動管道傳輸系統(tǒng)

1.1 設備組成

煤樣瓶氣動管道傳輸系統(tǒng)[4]主要包括風機動力單元、中央控制機、旁通管、管道換向器、各收發(fā)終端、管道泄氣閥、傳輸管道及管道附屬支撐、以及電氣控制系統(tǒng)組成。

風機動力單元—整套裝置的動力源，主要提供系統(tǒng)的正負壓力，推動煤樣瓶在管道中傳輸，見圖1。

圖1 風機動力單元圖

圖2 中央控制機圖

中央控制機—整套裝置的控制核心，主要控制傳輸流程，記錄傳輸任務及故障報警信息。 旁通管—吸送模式下的減速裝置，見圖3。

圖3 旁通管圖

管道換向器—管道切換裝置，可實時更換輸送線路，將煤樣瓶沿著指定的傳輸管道傳輸到指定的收發(fā)站中，常用的管道換向器有三向、四向和六向，見圖4。

圖4 管道換向器圖

收發(fā)工作站—接收和發(fā)送煤樣瓶裝置，見圖5。

圖5 收發(fā)工作站圖

管道泄壓閥—安裝在傳輸管道靠近收發(fā)終端處，通過自動泄壓使樣瓶平穩(wěn)到達，見圖6。

圖6 泄氣閥圖

傳輸管道及管道附屬支撐——PVC 管和不銹鋼管，透明管， 以及管道支撐架等，見圖7。

圖7 傳輸管道圖

1.2 傳輸原理

其工作原理是結合吹氣和吸氣的形式來對原煤樣瓶進行輸送。 風機動力單元中的風向切換器主要使輸送系統(tǒng)在吹送和吸送這兩個模式下進行來回切換， 而管道換向器可實時更換輸送線路， 將樣瓶沿著指定的傳輸管道傳輸到指定的收發(fā)站中。

詳細的傳輸原理以收發(fā)工作站站A 發(fā)送到收發(fā)工作站D 為例進行說明，見圖8。

圖8 傳輸原理圖

將管道換向器A 連通A 收發(fā)站（管線切換至C），并將風向切換器切換成吸風口，此時整個系統(tǒng)為吸送，煤樣瓶從A 收發(fā)站流過管道換向器A 直至旁通管，并最終緩慢的停止在旁通管中。

將管道換向器A 切換至A 管線，管道換向器B 切換至D 管線，將風向切換器設置成吹送，此時整個系統(tǒng)為吹送，煤樣瓶從旁通管中開始加速，沿著A 和D 管線進行輸送， 當煤樣瓶輸送至末端時在滑動閥和泄氣閥的作用下平穩(wěn)減速，到達無沖擊。

1.3 傳輸功能

煤樣瓶氣動管道傳輸系統(tǒng)具有三個傳輸功能， 分別是原煤樣瓶傳輸、制樣煤樣瓶傳輸、空瓶傳輸。 原煤樣瓶傳輸特指采樣機采樣后的煤樣傳輸至制樣機處； 制樣煤樣瓶傳輸特指煤樣在全自動制樣間、人工制樣間、存查樣柜、化驗室、棄樣室這五個功能區(qū)域之間的傳輸；空瓶傳輸包括原煤樣空瓶傳輸和制樣煤樣空瓶傳輸， 區(qū)分機理主要是傳輸的載體不一樣，原煤樣瓶（3～5kg）的規(guī)格和容量要遠高于制樣煤樣瓶（0.1～1.5kg）。

三大傳輸功能又可細分成如下功能，具體如下:（1）全自動存樣：全自動瓶裝機處傳瓶至存查柜。（2）半自動存樣：人工制完樣后傳瓶存查柜。

（3）直傳：全自動瓶裝機處傳瓶至化驗室。

（4）取樣：存查柜傳瓶至化驗室，包括批量取樣。（5）棄樣：存查柜清理到期煤樣傳到棄樣站。

（6）化驗室回傳：已經化驗的煤樣重新傳入存查柜。

（7） 化驗室棄樣：已經化驗的煤樣直接傳入到棄樣站。

（8）清洗樣棄樣：特指某些廠家生產的制樣機在制樣的過程中為了防止0.2mm 的分析樣與上個樣混樣， 特別預留了一部分用于清洗的煤樣， 該煤樣也是經過封裝裝瓶的，實際上無用處，也是需要送入廢樣室的。

（9）原煤樣傳輸：特指將采樣機制得的煤樣（即原煤樣）自動傳輸至制樣機處。

（10）空瓶傳輸：包括原煤樣空瓶傳輸和制樣煤樣空瓶傳輸， 具體是指廢樣室已無任何化驗用處的煤樣瓶經過清洗、烘干之后，重新自動傳輸至煤樣罐裝處，實現煤樣瓶的大循環(huán)，不再需要人工送煤樣瓶。

1.4 傳輸特點

（1）人樣分離，無人工干預，杜絕人為換樣風險。

（2）多點互傳，單根管道雙向輸送。

（3）高效安全，傳輸速度快，噪音低，也可實現超長距離輸送。

（4）系統(tǒng)糾錯能力強，具備取錯回傳，斷電后續(xù)傳等功能。

（5）實時監(jiān)控設備運行及傳輸狀態(tài)，提供故障報警信息。

（6）配置靈活，拓展度強，可根據客戶需求拓展。

（7）可脫網獨立運行，也可聯網進行信息化管理。

（8）設備模塊化，施工標準化，控制智能化，收發(fā)形式多樣化。

1.5 傳輸管道及煤樣瓶規(guī)格

目前市面上的氣動物流傳輸系統(tǒng)有三種規(guī)格， 依據管道分為110、140、160 三種規(guī)格， 其中原煤樣氣動管道物流傳輸采用的規(guī)格均為160 規(guī)格， 而制樣煤樣瓶傳輸以及配套的空瓶傳輸依然有上述三種規(guī)格。 煤樣瓶的底部都配有芯片，一瓶一碼。

不同規(guī)格的煤樣瓶其直徑及高度也不一樣， 詳情如下，110 和160 的煤樣瓶見圖9 和圖10。

圖10 160 兩種高度，三種形式的煤樣瓶

110 規(guī)格的分 別是100×110、100×240，100×300 高，160 規(guī)格的有150×130，150×200 高，140 規(guī)格的均為128×240 高。

1.6 傳輸管道組成及材質

傳輸管道包括直管、彎管、套管，常用的為灰色PVC管，304 不銹鋼管以及透明管（客戶展示及檢修段用），部分還有鍍鋅鋼管和鋁合金管道。

常規(guī)情況下室內的采用灰色PVC 管，部分用于展示的采用透明管， 北方地區(qū)或晝夜溫差大的室外則采用304 不銹鋼管，沿海地區(qū)還需要采用316 的不銹鋼管。

1.7 傳輸機制

（1）優(yōu)先原則：當有多個傳輸任務需要執(zhí)行時，必須要設定優(yōu)先級別， 比如直傳模式和管控調樣的話必須優(yōu)先處理。

（2）異常處理機制：異常處理機制是指我們需設置一個異常接收工作站， 用于接收傳瓶過程中一些讀寫碼異常的煤樣瓶， 切不可因為一個異常瓶影響了后續(xù)正常瓶的傳輸。

（3）暫存機制：暫存機制通常是指在發(fā)送工作站的前端和接收工作站的后端加裝一定容量的皮帶輸送裝置，分別用于存儲多個待發(fā)送的煤樣瓶和已經到站后的煤樣瓶。

2 實際工程案例

2.1 以國電漢川電廠為例

漢川電廠總共有配置有3 臺全自動制樣機，3 臺智能存樣柜，2 套氣動管道傳輸系統(tǒng)（1 套制樣煤樣瓶傳輸，1套空瓶傳輸），同時還配置有自動樣瓶清理裝置、理瓶機等。

樣品傳輸要求如下：

（1）三臺全自動制樣機制得得的0.2mm 的分析樣、0.2mm化驗樣，3mm 備查樣，6mm 全水樣能夠分別送至對應的智能存查樣柜進行存儲， 或送到入廠煤和入爐煤化驗室進行化驗；

（2）管控系統(tǒng)能夠調取煤樣送入化驗室。

（3）入廠煤和入爐煤化驗室化驗完的煤樣瓶和智能存查樣柜中到期需棄掉的煤樣瓶傳輸至布置在棄瓶間里的棄樣站處。

（4）棄樣站中的煤樣瓶人工開蓋將煤樣倒出后，放入自動清理裝置中進行清洗、烘干后，在送入理瓶機進行梳理。此時煤樣瓶是無蓋的，然后通過氣動管道物流送入三臺全自動制樣機瓶裝線對應處， 從而實現了煤樣瓶的大循環(huán)，實現空瓶傳輸。 圖11 為國電漢川電廠煤樣氣動管道傳輸方案示意圖；圖12 為國電漢川電廠煤樣氣動管道布置示意圖；圖13 為國電漢川電廠空瓶傳輸布置圖。

圖11 國電漢川電廠煤樣氣動管道傳輸方案示意圖

圖12 國電漢川電廠煤樣氣動管道傳輸管道布置示意圖

圖13 國電漢川電廠空瓶傳輸布置圖

2.2 以吉林熱電為例（原煤樣傳輸+制樣煤樣傳輸）

吉林熱電總共配置有3 臺火車采樣機，2 臺全自動制樣機，3 臺智能存查樣柜，2 套氣動管道傳輸系統(tǒng) （1 套原煤樣瓶傳輸，1 套制樣煤樣瓶傳輸）， 自動封裝標識裝置，自動拆瓶合樣校碼裝置等。自動封裝標識裝置是配套火車采樣機的，對煤樣瓶具有封裝煤樣和寫碼的作用。自動拆瓶合樣校碼裝置是配套全自動制樣機的，具備讀碼、校碼，歸類同一批次煤樣，通過機械后開蓋倒出煤樣的功能。 詳細方案圖及管道布置圖分別如圖14、圖15 所示。

圖14 吉林熱電原煤樣瓶傳輸+制樣煤樣瓶傳輸方案示意

圖15 吉林熱點原煤樣傳輸+制樣煤樣傳輸管道布置示意圖

整個項目對煤樣瓶的傳輸要求具體如下：

（1）火車采樣機采制的原煤樣經過自動封裝標識裝置封裝、寫碼后進入采樣機收樣終端，并通過氣動管道傳輸系統(tǒng)傳輸至制樣機接樣終端。 此過程即為原煤樣瓶傳輸。

（2） 收到的原煤樣瓶在自動拆瓶合樣校碼裝置的作用下，先進行校碼并挑選同一批次的，然后開蓋將煤樣倒出進行合樣后，再送入全自動制樣的料斗處進行制樣。

（3）2 臺全自動制樣機制得的煤樣通過瓶裝線罐裝寫碼后進入自動存樣站后， 能自動傳輸至智能存查樣柜中或直接傳輸至入廠煤和入爐煤化驗室處。

（4）燃料管控系統(tǒng)能直接通過氣動取樣，從智能存查樣柜中調取煤樣傳輸至入廠煤和入爐煤化驗室處。

（5）智能存查樣柜到期的煤樣可以通過氣動棄樣的形式自動傳輸至棄樣站處。

3 結論

目前除了國電漢川電廠、吉林熱電之外，還有很多電廠（如鶴壁物流園項目、東華項目、盛樂項目等）都上了氣動管道傳輸項目。每個電廠的設備配置都不一樣（如全自動采樣機、全自動制樣機、智能存查樣柜的數量不一樣），傳輸要求也不一樣， 而本文提供的煤樣瓶氣動管道傳輸系統(tǒng)其單管雙向， 多點互換的特點剛好可以滿足不同電廠對煤樣的傳輸要求。 當然具體的管道布置及設備分布方案還需要根據具體的施工場地及結合自身項目來定。