高效融雪剂搅拌站工艺设计及设备选型

2020-09-26谢敬革马顺勤刘力

工程建设与设计 2020年17期

谢敬革，马顺勤，刘力

（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 100082）

1 引言

在北方一些大中城市，冬季道路的积雪问题日益成为人们所关注的焦点，如果道路上的降雪不及时处理，很有可能对局部地区甚至整个城市造成严重的影响。

目前，道路除雪主要是机械式除雪和溶液式除雪相结合的方式。但由于机械式除雪方式效率相对较低，而且该种方式一般适用于积雪已经达到比较厚的情况，然而城市环卫部门在积雪还没有达到特定的厚度时，就启动了溶液融雪的城市道路保证措施，由此可以推断，在冬季降雪时融雪剂溶液的需求量是巨大的。

在中国的北方城市，大规模的融雪剂搅拌站已经比较常见，但这些融雪剂搅拌站一般只追求储液池池容的超大规模，片面地认为池容足够大就能解决一切问题，却往往忽视了储备水源的充足性、制备连续性、加注高效性等问题【1】。

2 工艺设计相关参数和标准

融雪剂搅拌站设计标准一般是根据CJJ/T 108—2006《城市道路除雪作业技术规程》中的相关要求确定的。该规程要求，在降雪量不大于1cm/次时，施撒融雪剂量不得大于10g/m2，当中雪或大雪时，应先进行积雪清除后再根据道路上剩余雪量进行融雪剂的喷洒。

固态融雪剂的国家标准为GB/T 23851—2017《融雪剂》。融雪剂按照氯化物含量的不同分为氯化物类和非氯化物类。氯化物融雪剂的主要成分有：氯化钠、氯化镁、氯化钙等无机盐，其占比约为95%，缓蚀剂（有机醇）占比约为5%。

3 传统工艺及问题

3.1 传统融雪剂溶液制备流程

传统的融雪剂制备流程如图1 所示。

图1 传统融雪剂制备流程示意图

传统融雪剂制备流程首先是向搅拌罐内注入清水或中水，当搅拌罐内的水位达到一定高度后，利用起重机将袋装的融雪剂固体破袋后倒入搅拌罐内，此时给水管继续不停地向搅拌罐内注水，固体融雪剂不断地被放入搅拌罐内（搅拌罐内的搅拌器不停搅拌），当搅拌罐的液位达到工况溢流水位时，罐内的溶液开始溢流到储液池中，当储液池的液位达到启泵液位后，循环泵启动，将储液池中的溶液泵送回搅拌罐，此时固态融雪剂上料作业和给水管还是不间断工作，依次往复循环、上料、上水，直至储液池和搅拌罐内的溶液达到预定浓度和预定储量时停止上述制备作业。制备好的融雪剂溶液由储液池通过装车泵送入洒水车内。

3.2 常见问题

经过笔者的调研与研究，发现传统的融雪剂搅拌站存在一系列问题。

1）从制备流程上看，制约融雪剂搅拌站制备效率的最大问题就是制备启动后给水能力不足的问题。以北京某区的大型融雪剂搅拌站为例，由于该搅拌站的储液池有上千立方，因此要想一次性制备满储液池，需要将近72h 的制备时间，需要如此长的制备时间主要是因为给水能力不足。一个具有应急功能的融雪剂搅拌站需要如此长的时间完成制备流程，这无疑降低了融雪剂溶液需求的能动性，在一些极端天气的情况下不能满足快速响应的要求。

2）从制备流程上看，整个流程只设置1 个溶液储池，储池和搅拌罐之间循环，只有容积达到预定浓度要求时才可以装车融雪，不能实现边制备边装车融雪的连续性要求。在实际的融雪剂制备过程中经常会有粉尘出现，不能满足工作环境友好性的要求。此外，由于融雪剂会出现受潮后结块的情况，这就需要工人利用工具对融雪剂进行破碎，而根据实际情况看，破碎的方式最直接的就是利用人工敲打的方式，这种方式的效率是极其低下的。

3）从装车流程上看，传统的溶液装车方式大多采用高处悬挂垂直管的形式，该种形式简单、装车速度快，但对司机准确停车的前期准备工作要求比较高，而且对装车的液位控制全凭运营经验，会经常出现液体遗撒的情况。经过测算，该种装车方式有30%～40%的非有效工作时间。

4 新型高效工艺设计

新型高效融雪剂制备流程如图2 所示。

图2 新型高效融雪剂制备流程示意图

高效融雪剂制备流程在传统制备流程的基础上增加了清水池和中间水池，增加清水池的目的是提高融雪剂制备的给水效率。增加中间水池的目的是使中间水池和搅拌罐之间溶液循环，中间水池的容积要小于储液池，这样可以使融雪剂溶液的制备快速完成，制备好的溶液再通过导流泵泵送至储液池备用。整个工艺流程结合清水池的快速给水以及中间水池和搅拌罐之间的循环制备就可以实现溶液边制备边装车的连续作业。

新的工艺流程还增加了破袋器、螺旋、破碎机等设备。新增破袋器结合倾斜螺旋系统的目的是将无结块的固态融雪剂通过天车送至破袋器中，破袋器自动对物料进行破袋，破袋后的松散物料落入底部料仓后被螺旋送入搅拌罐。由于破袋器具有密封和负压吸尘的功能，因此，该套系统不仅减少了人工破袋的工作量，而且有效地防止了粉尘的外溢，大大改善了工作环境。工艺流程中新增破碎机和螺旋系统主要是针对结块之后的固体物料，通过该新增设备之后结块的物料被有效地破碎，然后由另一套螺旋输送到搅拌罐中继续参与溶液制备。

5 关键设备和材质的选择与优化

5.1 设备和材质选择

融雪剂一般采用吨袋包装，因此，破袋器应选用吨袋破袋器，破袋器应具有自动破袋、密闭空间和负压吸尘的功能。破袋器配合起重机和螺旋可以有效地避免粉尘和物料遗撒问题。

由于融雪剂容易出现结块的情况，因此，新的工艺流程中特意增加了破碎机。本工艺设计中推荐使用剪切式粗破碎机，该种破碎机转速较慢，剪切力大，对于小块的融雪剂物料完全能够适用。通过粗破碎之后的物料，由螺旋送至搅拌罐，可以极大地提高溶解速率。

搅拌罐的搅拌器直接影响溶质的溶解速率，然而在实际工程中搅拌罐中的搅拌器却是一种简易搅拌器，为了保证搅拌效果建议采用高效叶轮搅拌器，当搅拌罐高度较高时，还应配备双层搅拌桨叶形式的搅拌器。此外，根据搅拌罐的直径尺寸，为了提高效率、降低能耗，应在搅拌罐中增加隔板，最大限度地提高综合搅拌效果。

经过测算，融雪剂溶液的氯化物含量最大时约为0.015。根据氯化物的含量和实际的使用温度，溶液制备流程内的设备及管道材质最好使用316L 材质或工程塑料管，但工程塑料管道对温度的耐用性差，而且容易出现老化和黏接处泄露的问题，因此，在条件允许的情况下优先选用不锈钢316L材质。

5.2 局部设计优化

由于融雪剂溶质存在各种杂质，同时制备过程中也存在大量不可避免的丝状物，因此在方便检修的物料进出口，需要设置不同密度的格栅网以起到拦截杂质的作用。例如，在破袋器底部设置粗密度的格栅，在搅拌罐的入料口设置中密度的格栅网，在各级循环泵的前端设置篮式管道过滤器，通过几级过滤之后，可以有效地控制溶剂的杂质含量。

传统的搅拌站，加注方式也是制约加注效率的一个主要因素，传统的加注方式一种为高处加注，另一种为低处加注。高处加注时间较快，低处加注由于受限于水车本身加注管尺寸的原因加注时间会比较长，因此，大多数搅拌站均采用高处加注方式。但这种方式存在着很多弊端，本文推荐使用应用于石油石化行业的桁架式加注方式或鹤管加注方式。这2 种方式均可以有效地提高溶液的加注效率，极大地缩短加注时间，最终有效地保证融雪作业。