Pramoniniai silosai yra skirti vienam tikslui laikyti birias medžiagas ir patikimai jas iškrauti pagal poreikį. Vis dėlto cemento gamyklose, elektrinėse, maisto perdirbimo įmonėse ir chemijos gamybos vietose išleidimo gedimas išlieka nuolatine veiklos problema. Medžiaga nustoja tekėti. Gamyba sulėtėja arba sustoja. O techninės priežiūros komandos kviečiamos įsikišti.
Inžinerinėje literatūroje apie birių kietųjų medžiagų tvarkymą dešimtmečius aprašyti iškrovos gedimo mechanizmai. Išlenkimas, žiurkių skylėjimas, segregacija ir konsolidacija yra gerai suprantami reiškiniai. Tačiau atotrūkis tarp akademinio supratimo ir praktinio pritaikymo išlieka didelis. Gamyklų operatoriai ir toliau pasikliauja reaktyviomis intervencijomis, nes sprendimų dėl prevencinių investicijų sistemos nėra suderintos su ekonomine neplanuotų prastovų tikrove.
Šis straipsnis užpildo šią spragą. Jame suprantama kalba paaiškinami techniniai mechanizmai, sukeliantys siloso iškrovimo gedimą. Jis kiekybiškai įvertina kiekvieno gedimo režimo ekonominį poveikį, naudojant pramonės duomenis ir inžinerinę ekonomiką. Ir tai suteikia struktūrizuotą sprendimų sistemą, skirtą įvertinti prevencines intervencijas, pagrįstas medžiagos savybėmis, siloso geometrija ir eksploatavimo sąlygomis.
Pirmas skyrius: Srauto fizika – kodėl kietosios dalelės elgiasi kitaip nei skysčiai
Norint suprasti, kodėl silosai sugenda, pirmiausia reikia suprasti, kad birios kietosios medžiagos nėra skysčiai. Bake laikomas skystis ištekės iš apatinės angos tol, kol anga bus žemiau skysčio paviršiaus. Srauto greitį lemia hidrostatinis slėgis, kuris didėja didėjant gyliui. Skystis negali sudaryti stabilaus tiltelio per angą, nes jo molekulėms trūksta vidinės trinties, kad atsispirtų šlyčiai.
Birios kietosios medžiagos yra skirtingos. Granuliuotos medžiagos savo stiprumą įgyja dėl dalelių trinties ir, kai kuriais atvejais, sanglaudos. Kai jos yra uždarytos silose, dalelės spaudžiasi viena prie kitos ir prie siloso sienelių. Medžiagos įtempiai nėra izotropiniai, kaip hidrostatinis slėgis. Jie skiriasi priklausomai nuo krypties ir priklauso nuo siloso užpildymo ir iškrovimo istorijos.
Šis įtempių pasiskirstymas yra raktas į iškrovos gedimo supratimą. Tinkamai suprojektuotame silose įtempių išėjimo angoje pakanka, kad įveiktų vidinį medžiagos stiprumą ir atsiranda tekėjimas. Blogai suprojektuotame silose arba vienoje tvarkomoje medžiagoje, esančioje už projektavimo diapazono ribų, įtempiai išleidimo angoje gali būti mažesni už medžiagos stiprumą ir srautas sustoja.
Du bedimensiniai parametrai reguliuoja srauto elgesį. Pirmasis yra išleidimo angos matmenų ir dalelių dydžio santykis. Paprastai mažiausias išleidimo angos matmuo turi būti bent šešis ar dešimt kartų didesnis už didžiausią dalelių dydį. Žemiau šio santykio dalelės susijungia ir sudaro stabilią arką, nepaisant medžiagos savybių.
Antrasis parametras yra medžiagos tekėjimo funkcija, kuri sieja jos neribotą takumo ribą su konsoliduojančiu įtempimu, kurį ji patiria silose. Medžiagos, turinčios dideles tėkmės funkcijų vertes, t. Medžiagos, kurių srauto funkcijos vertės mažos, teka lengviau, tačiau gali kilti kitų problemų, tokių kaip potvynis ar segregacija.
Antras skyrius: Pirmas gedimo režimas – lankas
Išlenkimas, dar vadinamas tiltu, atsiranda tada, kai virš siloso išleidimo angos susidaro stabilus medžiagos kupolas. Arka perkelia apkrovą į siloso sienas, o ne perduoda ją žemyn į išleidimo angą. Virš arkos esanti medžiaga negali iškristi, o iškrovimas sustoja.
Atsiranda dviejų tipų arkos. Mechaninės arkos susidaro, kai susilieja didelės dalelės arba netaisyklingos formos medžiagos. Dalelės fiziškai blokuoja viena kitą, sukurdamos stabilią struktūrą. Mechaninės arkos dažniau pasitaiko stambiose medžiagose, tokiose kaip užpildai, medžio drožlės ar tam tikri grūdai. Paprastai sprendimas yra padidinti išleidimo angos dydį arba įdiegti įrenginius, kurie sulaužo blokavimo konstrukciją.
Darni lankai susidaro, kai smulkios dalelės sulimpa dėl drėgmės, elektrostatinių jėgų arba van der Waalso sąveikos. Cementas, lakieji pelenai, kalkakmenio milteliai ir daugelis cheminių tarpinių produktų pasižymi darniu elgesiu. Darnios arkos stiprumas laikui bėgant didėja. Medžiaga, kuri lengvai teka pirmą kartą pakrovus, po savaitės laikymo gali tapti nejudri. Šis nuo laiko priklausomas stiprumo padidėjimas paaiškina, kodėl silosus, kurie ilgą laiką buvo nenaudojami, ypač sunku paleisti iš naujo.
Kritinis išlenkimo matmuo yra išleidimo angos dydis. Tam tikros medžiagos atveju yra minimalus išleidimo angos matmuo, žemiau kurio yra užtikrintas lankas, o virš kurio galimas srautas. Šis minimalus matmuo gali būti įvertintas pagal laboratorinius tyrimus, tokius kaip Jenike šlyties elementų metodas, nors nedaugelis augalų tokius bandymus atlieka reguliariai.
Kai įvyksta lankas, tradicinės intervencijos apima siloso sienelės kalimą, kad vibracija atsilaisvintų, strypų įkišimas per prieigos angas, kad būtų galima rankiniu būdu sulaužyti arką, arba oro arba mechaninių vibratorių naudojimas prie išleidimo angos. Kiekvienas iš šių metodų kelia pavojų, įskaitant sienų pažeidimą, personalo poveikį krintančiosioms medžiagoms ir nepilną arkos griūtį, kuri po akimirkos atsinaujina.
Trečias skyrius: Antrasis gedimo režimas – žiurkės vėrimas
Žiurkė skyla, kai srautas sukuria siaurą kanalą per medžiagą, o aplinkinis tūris lieka nejudantis. Kanalas arba žiurkės skylė tęsiasi nuo išleidimo angos aukštyn į medžiagą. Susidarius, srautas tęsiasi per kanalą, bet medžiaga už kanalo niekada nejuda.
Žiurkės skylė dažniausiai pasitaiko medžiagose, kurios sutvirtėja, bet nesukuria stiprios sanglaudos. Medžiaga prie siloso sienelių ir kampų tampa savaime atraminė, suformuodama stabilius polius, kurių tekantis kanalas negali išgraužti. Laikui bėgant, žiurkės skylė gali išsiplėsti aukštyn, nes medžiaga virš kanalo patenka į vidų, tačiau bendras raštas išlieka siauru vamzdžiu per kitaip nejudančias birias medžiagas.
Žiurkių skylėjimo pasekmė – sumažėjęs gyvasis pajėgumas. Silosas gali būti užpildytas aštuoniasdešimt procentų tūrio, tačiau išpilti galima tik žiurkės angoje esančią medžiagą. Aplinkinė medžiaga veikia kaip negyva saugykla, užimanti erdvę, bet niekaip neprisideda prie gamybos. Žvelgiant iš tolesnių procesų perspektyvos, silosas atrodo tuščias, nors viduje lieka daug medžiagos.
Žiurkių duobėjimas yra ypač klastingas, nes jis prasideda palaipsniui. Operatorius pirmiausia pastebi, kad silosas ištuštėja greičiau nei tikėtasi pagal lygio matavimus. Tada lygio indikatorius rodo esamą medžiagą, o iškrovos lygis mažėja. Galiausiai, žiurkės skylė gali staiga subyrėti, išskirdama didelį kiekį medžiagos, kuri užvaldo pasroviui skirtą įrangą.
Tradicinės intervencijos į žiurkių skyles yra bandymai sukelti masės srautą pridedant vidinius kūgius, pakeičiant siloso dugną statesniu arba įrengiant srautą skatinančius įrenginius, tokius kaip oro čiuožyklos arba mechaniniai maišytuvai. Kiekvienai iš šių intervencijų reikia visiškai ištuštinti silosą, būtent tada, kai dėl žiurkių skylių ištuštinimas tampa sunkus.
Ketvirtas skyrius: Trečias gedimo režimas – konsolidavimas ir laiko stiprumo padidėjimas
Silosuose laikomos medžiagos retai būna statinės. Jie apsigyvena pagal savo svorį. Jie vibruoja dėl šalia esančios įrangos. Jie patiria temperatūros ciklus. Ir jie sugeria arba išskiria drėgmę, priklausomai nuo atmosferos sąlygų. Kiekvienas iš šių veiksnių laikui bėgant padidina medžiagos stiprumą.
Laiko stiprumo padidėjimo reiškinys yra gerai dokumentuotas birių kietųjų medžiagų inžinerijoje. Milteliai, kurie lengvai teka pirmą kartą įdėjus, gali reikalauti žymiai didesnio įtempimo, kad po savaitės laikymo prasidėtų tekėjimas. Po mėnesio reikalingas stresas gali padvigubėti arba patrigubėti. Po metų medžiaga gali elgtis kaip silpna uoliena, o ne kaip granuliuota kieta medžiaga.
Laiko stiprumo padidėjimas vyksta keliais mechanizmais. Drėgmės turinčioms medžiagoms dėl vandens migracijos gali susidaryti skysčių tilteliai tarp dalelių, kurios laikui bėgant sukietėja. Medžiagoms su tirpiais komponentais perkristalizacija dalelių sąlyčio taškuose gali sujungti daleles. Smulkioms medžiagoms van der Waals jėgos ir elektrostatinės traukos tampa veiksmingesnės, nes dalelės nusėda į artimesnį kontaktą.
Praktinis laiko stiprumo padidėjimas yra tas, kad saugojimo trukmė tampa kritiniu iškrovimo patikimumo kintamuoju. Silosas, kuris patikimai išsikrauna apverčiant kas tris dienas, po dviejų saugojimo savaičių gali visiškai sugesti. Tačiau daugelis įrenginių veikia be jokio sistemingo medžiagos buvimo laiko stebėjimo. Silosai užpildomi ir ištuštinami pagal gamybos grafikus, o ne pagal juose esančių medžiagų savybes, priklausančias nuo laiko.
Prevencinės laiko stiprumo didinimo strategijos sutelktos į saugojimo trukmės ribojimą arba medžiagos modifikavimą, siekiant sumažinti jos jautrumą konsolidacijai. Iš pradžių atsargų valdymas, nors ir įprastas sandėliuojant, retai naudojamas silosuose, nes sunku pašalinti medžiagą iš krūvos dugno be įtemptos dugno įrangos. Mechaninės arba pneumatinės tėkmės pagalbinės priemonės gali išlaikyti medžiagos sujudimą saugojimo metu, užkertant kelią artimam dalelių kontaktui, dėl kurio padidėja stiprumas.
Penktas skyrius: Kiekvieno gedimo režimo ekonominės pasekmės
Nors išleidimo sutrikimo mechanizmai skiriasi, jų ekonominės pasekmės yra vienodos. Kaina priklauso nuo gedimų dažnio, aptikimo delsos ir intervencijos sunkumo.
Lankymo įvykiai paprastai būna staigūs. Silosas nustoja iškrauti be įspėjimo. Operatorius iškart pastebi, nes srauto indikatorius nukrenta iki nulio. Aptikimo delsa trumpa. Tačiau įsikišant lankui dažnai reikia įeiti į silosą, nes arka gali būti gerokai virš išleidimo angos. Vieno renginio kaina gali būti didelė dėl pasirengimo saugai ir vidinės prieigos poreikio.
Žiurkių ėmimo įvykiai vystosi palaipsniui. Operatorius gali neatpažinti problemos, kol silosas veiksmingai neištuština savo galios, o tada gamyba jau turi įtakos. Aptikimo vėlavimas gali trukti kelias dienas ar savaites. Atpažinus žiurkės skylę, gali reikėti visiškai ištuštinti silosą, kad aplink žiurkės skylę būtų pašalinta nejudanti medžiaga. Vieno renginio kaina apima ne tik intervenciją, bet ir medžiagos, kurią reikia pašalinti ir panaudoti arba išmesti, vertę.
Laiko stiprumo padidėjimo nesėkmės sujungia abiejų bruožus. Pradžia nenuspėjama, nes priklauso nuo laikymo trukmės. Gedimas gali pasireikšti kaip išlenkimas arba per mažas srautas, kad būtų patenkintas gamybos poreikis. Įsikišimo sunkumai didėja ilgėjant laikymo laikui, nes medžiaga tampa tvirtesnė ir sunkiau išstumiama.
Tipiškame objekte su keliais silosais metines išleidimo gedimų išlaidas galima apskaičiuoti padauginus vidutines įvykio išlaidas iš numatomų metinių įvykių. Pramonės duomenys rodo, kad įrenginiai, kuriuose nėra prevencinių programų, per metus patiria nuo dviejų iki šešių reikšmingų iškrovimo gedimų vienam silosui. Sudėjus medžiagų sąnaudas, gamybos nuostolius ir darbo sąnaudas, bendros metinės vidutinės įmonės išlaidos dažnai siekia šešis ar septynis skaitmenis.
Šeštas skyrius: Prevencijos projektavimas ir veiklos strategijos
Iškrovos gedimo prevencija prasideda nuo projektavimo. Siloso išleidimo anga turi būti pakankamai didelė, kad būtų išvengta išlenkimo, kad būtų galima laikyti silpniausią medžiagą. Bunkerio nuolydis turi būti pakankamai status, kad paskatintų masės, o ne piltuvo srautą. Sienų paviršius turi būti lygus, o rišlioms medžiagoms gali prireikti įdėklų iš nerūdijančio plieno arba itin didelės molekulinės masės polietileno.
Esamiems silosams, kurių negalima pertvarkyti, veikimo strategijos gali sumažinti gedimo riziką. Veiksmingiausia veiklos strategija yra medžiagų apyvartos valdymas. Stebėdami buvimo laiką ir planuodami ištuštinimą, kol nuo laiko priklausomas stiprumo padidėjimas pasiekia kritinį lygį, operatoriai gali išvengti sunkiausių gedimų scenarijų.
Antroji veiklos strategija yra srauto pagalbos įrengimas. Oro patrankos, vibratoriai ir pneumatiniai skystintuvai gali išlaikyti medžiagos mobilumą sandėliavimo metu. Šie prietaisai reikalauja reguliarios priežiūros, kad išliktų veiksmingi, tačiau jų kaina paprastai yra maža, palyginti su vienos skubios pagalbos išlaidomis.
Trečioji veiklos strategija – tikrinimas. Reguliarus patikrinimas naudojant robotus arba nuotolinius metodus iš anksto įspėja apie kaupimosi modelius, kurie įvyko prieš gedimą. Nustačius problemines sritis prieš sustabdant išleidimą, operatoriai gali planuoti tikslines intervencijas planuojamų gedimų metu, o ne reaguoti į ekstremalias situacijas.
Įrenginiams, norintiems peržengti reaktyvųjį valdymą, rekomenduojama pirmiausia įtaisyti kritinius silosus su lygio ir srauto stebėjimu, kad būtų galima anksti nustatyti besivystančias problemas. Antra, nustatykite pradinius duomenis apie gedimų dažnumą ir kainą. Trečia, įgyvendinti didžiausios rizikos silosų patikrinimą ir tikslinę intervenciją. Ketvirta, išplėsti prevencinę praktiką iki viso sandėliavimo parko. Penkta, įvertinkite siloso konstrukcijos pakeitimus, kurie išlieka problemiški po eksploatacinių patobulinimų.
Septintas skyrius: Technologinės intervencijos galimybės
Kai iškrovimas sugenda nepaisant prevencinių priemonių, intervencijos technologija nustato atkūrimo išlaidas ir trukmę.
Rankinis įvedimas išlieka labiausiai paplitęs intervencijos būdas visame pasaulyje. Darbininkai į silosą patenka su rankiniais įrankiais, kad sulaužytų lankus, pašalintų susikaupusias medžiagas ir atkurtų srautą. Į kainą įeina pasiruošimas saugai, asmeninės apsaugos priemonės, gelbėjimo budėjimas ir pats darbas. Pagrindinis apribojimas yra ne kaina, o prieinamumas. Daugelyje regionų vis sunkiau rasti kvalifikuotų darbuotojų, patenkančių į uždaras patalpas.
Nuotoliniu būdu valdoma griovimo įranga leidžia įsikišti be įėjimo. Šie įrenginiai nuleidžiami į silosą per viršų arba įkišti per prieigos prievadus. Operatoriai juos valdo iš siloso ribų naudodami vaizdo įrašą. Įranga skaldo arkas ir išstumia sankaupas naudodama hidraulinius pertraukiklius, aukšto slėgio vandens čiurkšles ar mechaninius ekskavatorius.
Tikrinimo robotai pateikia duomenis be įsikišimo. Sąlygoms įvertinti į silosą patenka nedideli, nuotoliniu būdu valdomi įrenginiai su kameromis ir jutikliais. Jie matuoja akumuliacinį tūrį, sienų susidėvėjimą ir medžiagos savybes. Duomenys padeda priimti sprendimus, ar ir kada įsikišti.
Tinkamos technologijos pasirinkimas priklauso nuo siloso geometrijos, medžiagos savybių ir gedimų dažnio. Įrenginiams, kuriuose dažni gedimai keliuose silosuose, turėti nuotolinę griovimo įrangą gali būti ekonomiška. Įrenginiams, kuriems pasitaiko retkarčiais pasitaikančių gedimų, sudaryti sutartis su specializuotais paslaugų teikėjais gali būti ekonomiškiau. Visuose įrenginiuose tikrinimo robotai greitai atsiperka užkirsdami kelią nereikalingoms intervencijoms ir anksti nustatydami problemas.
Išvada
Siloso iškrovimo gedimas nėra paslaptis. Fiziniai mechanizmai yra gerai suprantami. Išlenkimas, žiurkių įdubimas ir laiko padidėjimas paaiškina didžiąją daugumą neplanuotų sustojimų. Ekonominės pasekmės yra didelės ir daug didesnės nei daugumos objektų prevencinių priemonių kaina.
Tai, kas trukdo plačiai taikyti prevencines strategijas, yra ne techninis neapibrėžtumas, o organizacinė inercija. Gedimo išlaidos paskirstomos gamybos, priežiūros ir saugos biudžetams. Prevencijos nauda fiksuojama kaip išvengiami įvykiai, kurie niekada neparodomi jokioje ataskaitoje. O apsisprendimui investuoti į prevenciją reikia tikėti ateitimi, kuri atrodo kitaip nei praeitis.
Operacijų vadovams, norintiems mesti iššūkį šiai inercijai, kelias į priekį yra aiškus. Išmatuokite dabartinę iškrovimo gedimų kainą. Palyginkite ją su tikrinimo įrangos, srauto pagalbinių priemonių ar konstrukcijos modifikacijų kaina. Pasirinkite intervenciją su trumpiausiu atsipirkimo laikotarpiu. Įgyvendink. Išmatuokite rezultatą. Ir kartoti.
Atotrūkis tarp reaktyvaus ir prevencinio valdymo nėra techninis. Tai yra išlaidų matomumo ir sprendimų disciplinos spraga. Šios spragos panaikinimas yra vienintelis veiksmingiausias veiksmas, kurio gali imtis bet kuri įmonė, kad sumažintų neplanuotas siloso prastovos laiką.
