Силосы. 
Оборудование подготовительных процессов заводов пластмасс

При замене традиционного склада на хранение в силосах, кроме значительного высвобождения полезных площадей, можно получить и другие преимущества. Хранение материалов в силосах и транспортировка к перерабатывающей машине через пневматическую систему доставки в принципе делает производство и переработку автоматизированным процессом, значительно сокращая численность обслуживающего персонала.

Силосы для хранения сырья могут монтироваться как вне производственного здания (силосы наружного хранения), так и внутри его. Воздух, поступающий в силос вместе с сырьем, отводится через фильтр 3 (рис. 1.12) или циклоны. В конических днищах силосов, предназначенных для хранения порошкообразного сырья с плохой сыпучестью и склонностью к сводообразованию, устанавливают различного вида вибраторы.

Объем силосов наружного хранения достигает 200 м³ и более. Объем силосов, монтируемых внутри производственного здания, зависит от целого ряда факторов: времени хранения, производительности перерабатывающего оборудования, высоты здания, величины складских площадей и т. д.

Многие виды полимерного сырья в соответствии с нормативными документами на них уже при отправке с предприятия-изготовителя могут содержать определенное количество влаги. При нарушении правил транспортировки, промежуточного хранения, разгрузочных работ и т. п. количество содержащейся в них влаги может увеличиваться.

При хранении в наружных силосах в зимнее время возникает возможность замерзания этой влаги и образования пробки, затрудняющей перемещение материала из силоса далее по технологической цепочке.

Рис. 1.12. Схема силоса для хранения порошкообразного или гранулированного сырья:

• 1 — силос; 2 — виброднище с дефлектором; 3 — фильтр-пылеуловитель с автоматической очисткой; 4 — предохранительный клапан сброса давления;
• 5 — датчик уровня заполнения; б — опорная конструкция

Для исключения такой возможности рекомендуется нижнюю часть силосов встраивать в невысокие (в один-два этажа), специально построенные для этой цели отапливаемые помещения. При этом улучшаются и условия работы обслуживающего персонала.

Еще до недавнего времени серьезной проблемой была доставка силоса на место монтажа, поскольку силосный бункер имеет длину до 24 м и до 4,2 м в диаметре. Его перевозка от предприятия-изготовителя может занять до одного месяца. На перевозку такого груза нужно специальное разрешение, поскольку он блокирует движение на дорогах. В итоге доставка может стоить дороже, чем сам силос. Сравнительно недавно была разработана новая технология швов и сборки, при которой размеры комплектующих элементов силосов рассчитаны так, чтобы они помещались в обычные грузовые контейнеры. Это позволяет транспортировать оборудование по железным и автомобильным дорогам, благодаря чему доставка становится дешевле и занимает намного меньше времени. Например, в стандартный грузовой автомобиль объемом 90 м³ помещается два силоса объемом до 80 м³ каждый.

Сборные силосы имеют модульную конструкцию и состоят из отдельных панелей. Благодаря болтовому соединению всех сегментов осуществляется простая и быстрая сборка силоса на месте установки. А высокое качество металла, уплотнений и точность изготовления элементов гарантируют надежность и герметичность конструкции. Сборные силосы могут доставляться в труднодоступные районы, а также легко собираются и устанавливаются внутри помещений.

Пример внешнего вида сборного силоса представлен на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Внешний вид сборного силоса.

Силосы, как наружного, так и внутреннего хранения, для нормальной эксплуатации должны быть оборудованы целым рядом дополнительных устройств и приспособлений: датчиками уровня заполнения, фильтрами, клапанами аварийного сброса давления, затворами, устройствами выгрузки, системой аэрации и т. д.

Датчики уровня являются необходимыми элементами каждого силоса, так как они дают возможность контролировать уровень сырья, находящегося в силосе. Для контроля минимального и максимального уровней заполнения силосов могут использоваться, например, датчики флажкового типа (рис 1.14).

Рис. 1.14. Схема расположения датчиков флажкового типа в силосах.

Такой датчик уровня представляет собой специальный небольшой электромотор малой мощности (около 4 Вт), на конце вала которого установлены лопасти в виде флажка (лопатки). При подаче питания флажок вращается в пустом пространстве силоса до тех пор, пока с ним не поравняется уровень подаваемого в силос материала. Попав в среду сыпучего материала, флажок останавливается, что влечет за собой замыкание соответствующей цепи сигнализации, и на пульт управления поступает звуковой сигнал о наполнении силоса до уровня датчика. При расходовании содержимого силоса, когда уровень материала опускается ниже флажка датчика, освобожденный флажок начинает вращаться, и, как следствие, замыкается цепь, подающая сигнал на пульт управления об отсутствии материала на уровне датчика.

Датчики уровня могут устанавливаться по всей высоте силоса, чем их больше, тем точнее можно определить уровень материала в силосе. Но чаще всего устанавливают необходимый минимум — два датчика уровня: один внизу, на коническом участке силоса, для сигнализации о предельно малом количестве материала, другой — вверху, под крышкой, чтобы предотвратить переполнение силоса при загрузке. При этом верхний датчик уровня может быть оснащен удлинительной штангой, позволяющей более точно определять уровень материала в силосе.

При большом количестве силосов целесообразно применение системы учета уровня материалов, объединяющей пульты управления каждого силоса в единый пульт-контроллер. Это позволяет наиболее эффективно использовать силосы, оперативно осуществлять догрузку и быстро получать хранящийся материал.

Силосные фильтры предназначены для очистки избыточного воздуха, который вытесняется из силоса в процессе загрузки сыпучих материалов с помощью механического или пневматического транспорта. Пыль, осевшая на фильтровальной ткани, сбрасывается обратно в силос посредством системы пневмоили виброочистки, таким образом, исключаются потери продукта.

Размер фильтра (площадь фильтрующей поверхности) выбирается исходя из требуемого объема воздуха, который он должен пропустить, и практически не зависит от объемов силоса. Например, при загрузке пневмотранспортом необходимо учитывать объем воздуха, поступающего из компрессора в силос вместе с продуктом. Производительность фильтра в этом случае, как правило, будет гораздо больше, чем при загрузке винтовым конвейером.

Фильтры могут иметь фланец для подключения к внешней системе аспирации или комплектоваться вентилятором. Принудительная вытяжка позволяет снизить избыточное давление в силосе, а также удалить взвешенную пыль по окончании загрузки. При работе это снижает взрывоопасность. Наличие собственного вентилятора исключает потери давления в воздуховодах, а значит, уменьшается потребление энергии по сравнению с централизованной аспирацией.

Система пневмоочистки, встроенная в крышку фильтра, выполняет продувку каждого фильтрующего элемента по таймеру. Дополнительно, панель управления может комплектоваться датчиком дифференциального давления, который выдает информацию о перепаде давления (загрязненности) на фильтре, оптимизирует периодичность очистки и экономит сжатый воздух. Кроме того, по сигналу с датчика можно определить необходимость замены фильтрующих элементов, а также разрыв фильтровальной ткани.

В зависимости от конструкции фильтрующие элементы могут заменяться как через откидывающуюся крышку фильтра, так и через инспекционное окно, при наличии в крышке вентилятора или соединения с внешней аспирацией. Для различных продуктов возможно использование специализированных фильтровальных тканей с антистатическими или влагомаслозащитными свойствами, а также тканей для фильтрации мелкодисперсных пылей.

Аварийный сбросовый клапан (рис. 1.15) предназначен для защиты силоса от резких перепадов давления, которые неизбежны при загрузке и выгрузке сыпучих материалов.

Рис. 1.15. Схема аварийного сбросового клапана:

1 — крышка; 2 — корпус; 3 — установочное кольцо Аварийный сбросовый клапан представляет собой стальной корпус с защитной крышкой, внутри которого помещается соединяемая с внутренней поверхностью силоса труба, с установленными в ней на пружинах двумя мембранами. При давлении внутри силоса, близком к атмосферному, мембраны перекрывают трубу, но стоит давлению существенно повыситься или понизиться, нагрузка на пружины возрастает и одна из мембран отклоняется, выпуская избыточный воздух или наоборот, пропуская воздух внутрь силоса, если там образовалась зона низкого давления.

Без аварийного сбросового клапана нормальная эксплуатация силоса была бы невозможна, поскольку при перекачке сырья давление в силосе значительно повышается. К тому же нередки случаи, когда полимер в полимеровозе заканчивается, и в силос по недосмотру нагнетается воздух. Такая ситуация при отсутствии аварийного клапана могла бы привести не только к поломке фильтров, но и к повреждению силоса. Но клапан аварийный своевременно автоматически срабатывает, сбрасывая избыточное давление, и обеспечивает тем самым сохранность оборудования.

При выгрузке полимера уровень материала понижается, и столб сырья работает как поршень, создавая над собой зону вакуума. Аварийный сбросовый клапан и в этом случае позволяет выровнять давление и избежать повреждения силоса.

Аварийный сбросовый клапан прост в монтаже, не требует управления и технического обслуживания. Упругость пружин может легко регулироваться в широком диапазоне, позволяя устанавливать необходимые значения давления, вызывающие срабатывание клапана. Корпус аварийного сбросового клапана изготавливается из углеродистой стали и покрывается защитной краской, все остальные детали выполняются из нержавеющей стали, что гарантирует защиту устройства от коррозии.

В нижнем отверстии силоса могут быть установлены затворы различных конструкций. Они служат для выгрузки сыпучего материала из силоса. На практике используются шиберные (ножевые), шлюзовые, дисковые и сферические затворы, а также пережимные и перекидные клапаны.

Шиберный затвор устанавливается в нижнем отверстии силоса и служит для выгрузки сыпучего материала. Затвор выполняется в виде сварной или литой рамной конструкции, по наружному краю которой имеются отверстия для крепления ножевого затвора к силосу. На боковых сторонах корпуса шиберного затвора имеются направляющие, на которых устанавливаются специальные опорные ролики. Между роликами располагается нож или шибер — прямоугольная пластина, которая, перемещаясь вдоль корпуса, открывает или закрывает окно для высыпания материала из силоса.

Шиберный затвор может иметь ручной, электромеханический или пневматический привод, что дает возможность строго дозированного высыпания материала и использования шиберного затвора в составе технологической линии. В этом случае затвор оснащают датчиками, сигналы от которых поступают на пульт системы управления. При работе с горючими мелкодисперсными материалами рекомендуется использовать взрывобезопасный вариант электропривода.

Шлюзовые затворы предназначены для контролируемой выгрузки и дозирования сыпучих материалов, а также для разделения сред с атмосферным и избыточным (или отрицательным) давлением. Высокая точность изготовления и минимальные зазоры обеспечивают герметичность затвора при перепадах давления до 0,3 или 0,7 бар, в зависимости от конструкции. Производительность затвора зависит от его объема, скорости вращения ротора и коэффициента заполнения. Надо иметь в виду, что увеличение скорости вращения ведет не только к снижению заполнения ячейки ротора, но и к повышенному износу затвора. Поэтому, не рекомендуется использовать скорости вращения больше 20 об/мин при работе с липкими, гигроскопичными или абразивными материалами.

Дисковые (дроссельные) затворы состоят из двух литых частей корпуса, диска и уплотнения из эластомера. Они используются для отсечения потока сыпучих материалов. Затворы могут быть двухили однофланцевые, с патрубком для крепления гибкой вставки. В стандартном исполнении они комплектуются стальным диском, покрытым износоустойчивым полимером. Благодаря низкому коэффициенту трения полимерное покрытие снижает риск зависания материала над диском. Для ряда продуктов применяются затворы с уплотнением, которое целиком закрывает корпус, исключая его контакт с материалом. Такие затворы комплектуются дисками из нержавеющей стали.

Запорным элементом сферических затворов является полусфера, покрытая износоустойчивым полимером. В открытом состоянии она полностью убирается в корпус, оставляя свободным проходное сечение, что особенно важно при работе с трудносыпучими или абразивными материалами. Кроме того, отсутствие препятствий на пути потока материала, в некоторых случаях, помогает снизить время наполнения или дозирования. Корпус затвора выполнен из углеродистой или нержавеющей стали, а его верхняя часть покрыта полимером, как и полусфера. Таким образом обеспечивается пыленепроницаемость затвора. По мере износа предусматривается регулировка полусферы для более плотного прилегания к корпусу.

Конструкция запорного элемента сферического затвора особенно эффективна при выгрузке трудносыпучих или гранулированных материалов из силосов и бункеров, так как при закрытии исключается попадание гранул продукта и заклинивание, а в открытом состоянии проходное сечение остается свободным. Такие затворы отличаются компактностью и неболыпоим временем закрытия (менее 1 с).

Пережимные клапаны применяются для отсечения потока сыпучих материалов, движущихся как самотеком, так и в системе пневмотранспорта с давлением до 3,5 атм. Запорным элементом пережимных клапанов является эластичная манжета, заключенная в корпус и зафиксированная двумя втулками. При подаче управляющего давления в корпус манжета изменяет форму и герметично перекрывает проходное сечение. При сбросе давления, благодаря высокой упругости, манжета возвращается в первоначальное состояние, открывая клапан. Преимущество пережимных клапанов — отсутствие механических частей, а также полностью открытое проходное сечение и исключение «мертвых зон». Конструкция клапанов позволяет работать с гранулированными, абразивными, липкими, влажными и даже пастообразными материалами.

Пережимные клапаны широко применяются в качестве клапанов безопасности при загрузке силосов с помощью пневмотранспорта, а также в системах взвешивания и дозирования сырья для быстрого отсечения продукта при наборе требуемой порции.

Перекидные клапаны используются для переключения потока сыпучих материалов из силосов в различные приемные устройства.

При складировании полимерного сырья в мешках и контейнерах стеллажным способом, а также в силосах внутреннего хранения небольшой емкости использование пневмотранспорта для доставки сырья к перерабатывающему оборудованию, потребляющему небольшие дозы часто сменяемых марок пластмасс (например, при литье под давлением широкого ассортимента изделий), часто бывает нерациональным. В таких случаях сырье из склада на переработку доставляется в технологических контейнерах.

Используются самые различные конструкции технологических контейнеров. Они зависят от производительности перерабатывающего оборудования, способа их доставки со склада и т. д. В качестве примера на рис. 1.16 показаны две из множества используемых на предприятиях конструкций технологических контейнеров.

Рис. 1.16. Технологические контейнеры:

а — металлический; б — пластмассовый. Пояснения в тексте Металлический контейнер (рис. 1.16, а) состоит из сварной рамы 4, в которой закреплена емкость 2 с коническим днищем 1. В нижней части днища установлена задвижка 5. В верхней части рамы приварены четыре кольца 3, служащие для строповки контейнера. Крышка контейнера на рисунке не показана. Контейнер установлен на колесах 6, вращающихся как вокруг горизонтальных, так и вертикальных осей и дающих возможность перемещать контейнер вручную. Для перемещения контейнера с помощью автоили электропогрузчиков в раме предусмотрен зазор А. Пластмассовый контейнер с крышкой (рис. 1.16, б) перемещается только автоили электропогрузчиком, для вил которого в днище контейнера предусмотрены специальные углубления.

Телескопические разгрузчики, устанавливаемые на днищах силосов, предназначены для выгрузки сыпучих материалов из силоса в технологические контейнеры. Применение телескопических разгрузчиков позволяет производить загрузку даже мелкодисперсного сырья практически без пыли, что предотвращает потери материала в связи с уносом его в атмосферу и благоприятно сказывается на экологии производства.

Телескопический разгрузчик (рис. 1.17) представляет собой конструкцию в виде гибкой трубы, способной изменять свои линейные размеры [4]. Эти разгрузчики имеют различные модификации, каждая из которых предназначается для выгрузки сыпучего материала в емкость определенного вида и размера.

При заполнении контейнеров, имеющих специальное отверстие на крышке, на конце гибкой трубы устанавливается вариант загрузочной головки с уплотнительным конусом соответствующего размера. Для выгрузки в контейнеры, не имеющие специального отверстия на крышке, применяется вариант загрузочной головки с защитным фартуком, позволяющим минимизировать выбросы пыли.

Рис. 1.17. Внешний вид телескопического разгрузчика.

Существуют также модели с универсальной загрузочной головкой, оснащенной и уплотнительным конусом, и защитным фартуком. Загрузочная головка имеет датчик, позволяющий производить автоматическое управление шаговым подъемом загрузчика в процессе бестарной загрузки, регулирование положения загрузчика, а также контроль окончания загрузки.

При выгрузке сыпучего материала из силоса в контейнер загрузочная головка телескопического разгрузчика из положения покоя опускается к загрузочной горловине цистерны. После этого открывается выпускной клапан силоса, и в автоцистерну подается материал. Покрытие концевого конуса термоэластопластом обеспечивает плотное прилегание концевого конуса к загрузочному отверстию в крышке контейнера и, как следствие, пыленепроницаемость. Избыток воздуха, образующийся при заполнении контейнера, удаляется посредством его непрерывного всасывания в пространство между гофрированными оболочками (мехами) разгрузчика. Проходя через фильтры, воздух очищается от пыли и сбрасывается в атмосферу. При наполнении контейнера устройство контроля уровня, установленное в центральной части загрузочного конуса, подает сигнал на командный щит и вызывает немедленное перекрытие выпускного клапана силоса. После этого еще в течение 10 с загрузчик отводит оставшуюся пыль, затем меха загрузчика стягиваются и он возвращается в состояние покоя.

Виброднище (бункерный активатор) — это устройство, которым оборудуются силоса и бункеры для облегчения выгрузки из них сыпучих материалов [4]. По сравнению с другими приспособлениями, применяемыми для той же цели — промышленными вибраторами и системами аэрации, виброднище обладает рядом преимуществ. Во-первых, бункерный активатор эффективен даже в случаях выгрузки мелкодисперсных малоподвижных и легко слипающихся материалов, которые не всегда поддаются воздействию систем аэрации с пневматическими молотками и пушками. Во-вторых, в отличие от промышленных вибраторов, виброднища не оказывают разрушающего воздействия на конструкцию силоса или бункера.

Виброднище представляет собой конус, который крепится к нижней части силоса с помощью мягких вставок, дающих ему возможность вибрировать относительно неподвижного силоса. Вибрация создается с помощью двух или трех электрических вибраторов, установленных с наружной стороны бункерного активатора. Вибрирующие движения передаются материалу внутри конуса виброднища и через него — всей толще сыпучего материала, расположенной над ним. Корпус силоса при этом остается неподвижным. С помощью вибрации разрушается связь между частицами порошкообразного продукта, он восстанавливает свои «сыпучие» свойства и легко, равномерно истекает из силоса. Разрушение столба слежавшегося сыпучего материала при этом происходит без вредного воздействия вибрации на сварные швы силоса.

В ряде случаев для облегчения выгрузки слеживающихся материалов из силосов используются пневмовибраторы. Внутри конических днищ силосов закладываются и закрепляются специальные резиновые оболочки, повторяющие их форму. В зазор между днищем и резиновой оболочкой с определенной частотой подается порция сжатого воздуха, затем этот воздух выпускается в атмосферу. Резиновая оболочка то деформируется, как бы проталкивая материал, то возвращается в исходное состояние.

Система аэрации силоса предназначена для облегчения выгрузки из силоса хранящегося материала. Уже через 2—3 дня после загрузки в силос мелкодисперсные материалы могут слежаться и добиться их истечения при открытии затвора становится весьма проблематично. Материал образует пробку в конической части силоса, налипает на стенках, истечение материала может прерываться из-за застойных явлений в верхней части силоса и т. п. Существуют два пути решения этой проблемы — применение промышленного вибратора или оборудование силоса системой аэрации. Применение вибратора может оказывать разрушающее воздействие на конструкцию силоса, система аэрации лишена этого недостатка, поэтому во многих случаях ее использование является предпочтительным.

Система аэрации силоса представляет собой трубопровод, опоясывающий коническую часть силоса с подключенными к нему 6—10 пластинами аэрации или аэрационными жиклерами (рис. 1.18, б), через зо которые в силос подается воздух под небольшим давлением (примерно 2 атм). Пластины аэрации (рис. 1.18, а) устанавливаются внутри силоса. Распределительный трубопровод крепится посредством кронштейнов, привариваемых к стенкам воронки силоса.

В отличие от пластин аэрации аэрационные жиклеры монтируются снаружи, поэтому они могут устанавливаться на уже действующих силосах, а также в тех случаях, когда невозможен доступ внутрь резервуара. Еще одно преимущество аэрационных жиклеров — легкость демонтажа для их очистки. Аэрационные жиклеры (рис. 1.18, в) врезаются в силос посредством штуцеров. Сначала в стенке силоса просверливается отверстие, затем в это отверстие вваривается штуцер, после чего к нему прикручивается жиклер.

Рис. 1.18. Схемы аэрации силосов:

пояснения в тексте Подсушенный воздух в систему аэрации поступает из магистрали через фильтр-регулятор путем открытия электромагнитного клапана. По распределительному трубопроводу через гибкие трубки и аэрационные жиклеры воздух под небольшим давлением поступает внутрь силоса и продувает материал, увеличивая его рыхлость и облегчая истечение материала из силоса. Для большей эффективности системы аэрации рекомендуется ее непрерывная работа в течение всего процесса разгрузки.

При необходимости могут использоваться и более эффективные системы аэрации — с вибровентиляторами, пневматическими молотками и пневматическими пушками.

Принцип действия вибровентилятора (виброаэратора) основан на придании разгружаемому продукту дополнительного импульса: сжатый воздух поступает в материал напрямую через силиконовый фланец, плотно прилегающий к стенке силоса изнутри. Интенсивность вибрации регулируется давлением от 2 до 6 бар. Располагаясь в нижнем конусе силоса или любой другой емкости, вибровентилятор сочетает в себе легкую вибрацию стенок емкости с аэрацией материала, что позволяет продукту легко скатываться по стенкам силоса. Для наиболее эффективного процесса обрушения свода рекомендуется устанавливать на один силос, как минимум, четыре таких устройства. Вибровентиляторы используются даже на больших силосах и для порошков с высокой слипаемостью, когда не подходят аэрационные жиклеры или пластины.

Действие пневматических молотков и пушек основано на подаче на внешнюю стенку силоса воздуха под высоким давлением.

Кроме металлических силосов для внутреннего хранения полимерного сырья используются так называемые мягкие силосы (рис. 1.19, а). Иногда их еще называют эластичными или тканевыми. Конструкция таких силосов достаточно простая: на сварном металлическом каркасе 2 закрепляется силосная емкость 1, выполненная из ткани и, чаще всего, имеющая в верхней части (корпус силоса) прямоугольное или круглое поперечное сечение, а нижняя ее часть (днище) выполняется конической. Однако при необходимости такие силосы изготавливают трапециевидной, конусной, треугольной и любой другой формы. Что касается размера силосов, то стандартов здесь не существует. Металлический каркас либо устанавливается на полу складского помещения, либо подвешивается на специально выполненных для этого конструкциях. Для придания жесткости каркасу часто используются растяжки 3.

Рис. 1.19. Схемы мягких (эластичных) силосов:

пояснения в тексте К преимуществам таких силосов можно отнести их сравнительно невысокую стоимость, простоту транспортировки, монтажа и демонтажа, благодаря чему имеется возможность их перестановки на другое место при незначительных трудозатратах. Благодаря небольшому весу, их установка, как правило, не требует усиления фундамента. При использовании этих силосов уровень их заполнения можно определить в любое время и с первого взгляда без измерительных приборов.

Все силосы можно оснастить или комбинировать с обычным загрузочным, дозирующим и перерабатывающим оборудованием. Поскольку мягкие силосы располагаются в цехе при одинаковых условиях микроклимата помещения, то это снижает расходы на сушку и подогрев материала, а также обеспечивает постоянный уровень качества хранящейся продукции. В то же время, в установленных на открытом воздухе силосах часто наблюдается образование конденсата и значительные колебания температуры материала вследствие колебаний климатических температур.

Мягкие силосы из высокопрочных тканей выпускаются грузоподъемностью до 50 т. Они могут быть сверху открытыми или закрытыми. Закрытые конструкции выполняются либо с загрузочным патрубком и фланцем (рис. 1.19, б), либо с загрузочной трубой (рис. 1.19, в).

Так же, как и металлические, мягкие силосы могут оснащаться указателями уровня заполнения, тензодатчиками для определения веса загруженного материала и т. д.

Изготавливаются мягкие силосы различными фирмами более чем из 30 сортов тканей, среди которых высокопрочные, «дышащие», воздухонепроницаемые, с антистатическими свойствами, защищающие от УФ-излучения, пылезащитные и т. д. Многие из применяемых тканей обладают сочетанием тех или иных свойств.