自動采樣機在原鹽采樣中的應用與改進

高 揚，謝秋利，楊海生，張寶娟

（唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305）

原鹽是唐山三友純堿公司用量最大的原材料，其質量的好壞直接關系到消耗、成本等多個方面。我公司汽運鹽所占的比例較大，涉及多家供貨商，原有的原鹽采樣方式為人工采樣，即在卸車過程中人工采取，由于車輛多，貨場范圍大，人工采樣只能采用按比例隨機抽取的方式，取樣代表性較差，質量控制難度大。加之貨場車輛較多，安全隱患較大。

為進一步加大對原鹽的質量控制，我公司在純堿行業開啟采樣機自動采取原鹽樣品的先河，由設備廠家量身定制出符合我公司要求的原鹽采樣機，實現對汽運鹽進行車車取樣，并對取樣過程進行全過程、全方位有效監督。

1 一般采樣機系統概述

1.1 系統組成

系統整機設備主要由汽車自動定位系統、自動采樣、制樣、樣品收集、棄料返排、主控計算機、PLC、變頻器及控制軟件等系統組成。

橋式汽車全自動機械采樣系統主要由整機設備操作控制間、制樣間、鋼結構框架、機械螺旋采樣裝置、汽車自動定位系統、語音提示及監控系統、自動圖像定位系統、自動制樣系統、主控計算機、PLC、變頻器及控制軟件等組成。

1.2 工作原理

當汽車運輸車輛進入采樣區域后，車輛自動圖像及超聲波定位系統對車輛所在位置進行自動檢測拍照測距識別，得到汽車車廂相關參數，并傳遞給主控計算機。主控計算機根據車廂參數，自動在車廂區域內生成數個隨機采樣點采樣，采樣點車車不同，隨機性強。主控計算機選擇好采樣方式，機械取樣裝置在隨機生成的采樣點取樣，并自動控制制樣設備自動完成樣品的縮分、樣品收集、棄料返排到棄料倉內。

全斷面采樣機采到的物料樣品在采樣筒的頭部進行儲存，全斷面采樣頭連續采完設定點數后集中倒料一次，按照程序設定的點數全部采集完成后，大車小車自動恢復原點。

取樣完畢后，取樣機將所采物料倒入一級皮帶接料斗，物料經過料斗進入一級皮帶輸送機上的布料器將樣品料均勻攤鋪，再經除鐵器把混入物料中的金屬異物排除后均勻進行縮分，一部分進入樣品收集器，另一部分通過二級皮帶進入棄料倉內。

2 存在的問題及分析

2.1 自動采樣部分

2.1.1 采樣機下降深度

一般采樣機根據不同車型設置好固定的采樣深度。但由于我公司運輸原鹽車型較多，且多數車輛進行過改造，若采用單一采樣深度，不能確保樣品的代表性，存在一定隱患。

2.1.2 采樣機采樣頭設計

采樣頭具有切割、破碎、縮分的功能，一般采用刀頭破碎、螺旋葉片提升、電機驅動的螺旋鉆取式采樣頭，材質為普通不銹鋼。但由于原鹽的腐蝕性極強，且原鹽樣品的粒度和硬度一般不是很大，若采用原有的采樣頭，設備腐蝕嚴重、增加成本，且在采樣過程中會造成顆粒小的原鹽在采樣頭螺旋與采樣頭套筒的縫隙間灑落，使樣品失去代表性，甚至產生很大偏差。

2.1.3 采樣機自動清洗程序

為確保采樣機所采的每一車樣品不受前一車樣品的污染和影響，自動采樣機設有自動清洗功能。但鑒于我公司汽運量很大，如果每一車都增加一點自動清洗，會延長采樣時間，不利于提高工作效率。

2.1.4 放料部分

樣品采完后自動放入一級皮帶料口，然后由一級皮帶輸送至二級皮帶，經縮分后放入集樣器。由于我公司原鹽貨場場地開闊，且我公司所處地理位置造成貨場風力較大，在樣品的下落過程中，受風力影響，很容易造成物料飛灑。

2.2 自動制樣、集樣部分

2.2.1 自動制樣、集樣部分

制樣部分用于將所采取的物料破碎至一定的粒度，然后通過二級皮帶輸送至集樣器，棄料通過棄料口棄出。在采樣機的整體設計上，采樣在二層，破碎與集樣、棄料部分在一層，單獨占據一間。這樣一來，設備占據空間較大，成本高，收集樣品或更換樣桶時需頻繁往返于一、二層，增加工作量，樣品存放在一層，缺少監管，存在一定隱患。另外，原鹽的顆粒一般較小，若再經過破碎，不但會造成原鹽水分的損失，還會使部分粒度很小的樣品附著在破碎機上，既腐蝕設備增加成本，又造成了樣品的損失，破壞了所取樣品的代表性。再有，集樣器的樣桶為6～8個，但由于我公司汽運量很大，廠家較多，這樣需要頻繁更換集樣桶，工作效率低。

2.2.2 強制清罐系統

樣品收集滿后，為確保下一步采樣繼續進行，需在操作程序中進行清空處理，即消除系統中的原有記憶。這一步操作很關鍵，否則可能造成樣品混淆。但在實際中，此步操作沒有任何確認保護，且誤操作后不易發現。

2.3 安全方面

在采樣機采樣過程中，采樣點自動確定后，通過采樣機大車及小車行走共同定位，然后，采樣頭下降進行采樣。但如果出現采樣頭在采樣過程中（即采樣頭已下降至鹽層中），誤操作了大車或小車行走，將可能出現采樣頭損壞或這采樣機的整體受到損壞，造成設備嚴重受損甚至人員受到傷害。

3 采取的改進措施

3.1 自動采樣部分

3.1.1 采用觸底反彈程序

當采樣頭進行采樣時，一方面根據我公司最低車型設計好采樣頭下降的距離，另一方面確定好采樣頭承受的壓力，設計成觸底反彈的功能，從而確保無論何種車型均能進行全斷面采樣，而且一旦鉆到車底為了保護取樣頭不被損壞或防止鉆壞車底，取樣桿會自動升起（程序通過取樣桿下降高度自動識別車底、冰層或石塊）。

3.1.2 改進材質、設計方案

采樣頭刀頭、螺旋葉片選用316L不銹鋼材質，壁厚8mm，直徑159mm，采樣頭動作速度250～300mm／s；并通過電機驅動實現采樣操作。這樣，既防止采樣頭因腐蝕嚴重頻繁更換的情況，又避免在樣品被提升過程中灑出。另外，在底漆方面采用耐腐蝕樹膠漆，更有效的防止設備腐蝕。

3.1.3 改進清洗順序

在自動采樣結束后，在程序控制上增加自動反轉步驟，一方面可以將采樣頭內的廢鹽清出，避免影響下一車樣品，另一方面，避免在放料的過程中，將采樣頭內的廢樣灑在行車道上，污染現場環境，同時，又可省去自動清洗的步驟，提高工作效率。

3.1.4 增大承接口開口

在原有基礎上，在承接口周圍按一定角度增加擋板，既不妨礙小車行走，又能避免樣品損失。

3.2 自動制樣、集樣部分

3.2.1 自動制樣、集樣部分

根據原鹽樣品的性質，對采樣機整體設計進行改進。去掉破碎部分，在滿足需要的前提下，既節省了成本，又節省了空間。另一方面，將集樣部分改在二層樣品間，使得操作間與樣品間在同一層，方便樣品的收集，更有效地對樣品進行監控。將集樣部分的8個樣桶改為16桶，增加桶的高度，減小桶的直徑，這樣，既節省了集樣部分占據的空間，又可以減少原鹽樣品水分的損失。

3.2.2 完善強制清罐系統

在程序設計上，對強制清罐操作進行系統保護，此步操作需得到確認方可執行，從而避免了誤操作造成的后果。

3.3 改進程序設計及操作，確保安全

一方面，通過程序設計好保護功能，即采樣頭在采樣的過程中，大車、小車不能行走；另一方面，在采樣人員的操作規程中，制定詳細的操作步驟，有效避免安全事故的發生。

4 結 語

原鹽自動采樣機自2014年8月份投入使用以來，通過高度自動化實現了自動完成車輛定位、隨機選擇采樣點、樣品自動采集，自動完成樣品的縮分、集樣和棄料返排收集等。保證了采樣工作的可靠性及準確性，同時降低了采樣人員的勞動強度和安全風險，改善了工作環境，為原材料樣品的采取方式提供了新的思路。