Iðnaðarsíló eru hönnuð í einum tilgangi til að geyma laus efni og losa það á áreiðanlegan hátt eftir þörfum. Samt í sementsverksmiðjum, rafstöðvum, matvælavinnslustöðvum og efnaframleiðslustöðvum er losunarbilun enn viðvarandi rekstrarvandamál. Efni hættir að flæða. Framleiðslan hægir á eða hættir. Og viðhaldsteymi eru kölluð til að grípa inn í.
Verkfræðirit um meðhöndlun á lausu efni hafa lýst aðferðum við losunarbilun í áratugi. Bogagangur, rottuholur, aðskilnaður og samþjöppun eru vel þekkt fyrirbæri. En bilið á milli fræðilegs skilnings og hagnýtingar er enn breitt. Rekstraraðilar verksmiðju halda áfram að treysta á viðbrögð vegna þess að ákvarðanarammar fyrir fyrirbyggjandi fjárfestingar eru ekki í takt við efnahagslegan raunveruleika ófyrirséðrar niður í miðbæ.
Þessi grein brúar það bil. Það útskýrir tæknilega aðferðir sem valda bilun í losun sílós á aðgengilegu tungumáli. Það mælir efnahagsleg áhrif hvers bilunarhams með því að nota iðnaðargögn og verkfræðihagfræði. Og það veitir skipulögð ákvörðunarramma til að meta fyrirbyggjandi inngrip byggt á efniseiginleikum, rúmfræði sílós og rekstrarskilyrðum.
Fyrsti kafli: Eðlisfræði flæðis – hvers vegna magn fast efni hegðar sér öðruvísi en vökvar
Til að skilja hvers vegna síló mistakast verður fyrst að skilja að fast efni í lausu eru ekki vökvar. Vökvi sem geymdur er í tanki mun flæða út um botnop svo lengi sem opið er undir vökvayfirborðinu. Rennslishraði ræðst af vatnsstöðuþrýstingi, sem eykst með dýpi. Vökvinn getur ekki myndað stöðuga brú yfir opið vegna þess að sameindir hans skortir innri núning til að standast klippingu.
Föst efni eru mismunandi. Kornlaga efni fá styrk sinn frá núningi milli agna og, í sumum tilfellum, samheldni. Þegar þær eru innilokaðar í síló þrýsta agnirnar hver á móti annarri og að sílóveggjunum. Álagið innan efnisins er ekki jafntrópískt eins og vatnsstöðuþrýstingur. Þær eru mismunandi eftir stefnu og fara eftir sögu þess hvernig sílóið var fyllt og losað.
Þessi streitudreifing er lykillinn að því að skilja losunarbilun. Í rétt hönnuðu síló nægir álagið við úttakið til að sigrast á innri styrk efnisins og flæði á sér stað. Í illa hönnuðu sílói eða einu meðhöndlunarefni utan hönnunarsviðs þess geta álag við úttak verið minni en styrkur efnisins og flæði stöðvast.
Tvær víddarlausar breytur stjórna flæðihegðun. Í fyrsta lagi er hlutfall úttaksvíddar og kornastærðar. Sem þumalputtaregla ætti minnsta úttaksvídd að vera að minnsta kosti sex til tíu sinnum hámarks kornastærð. Undir þessu hlutfalli lokast agnir og mynda stöðugan boga óháð efniseiginleikum.
Önnur færibreytan er flæðisvirkni efnisins, sem tengir ótakmarkaðan flæðistyrk þess við styrkingarálagið sem það verður fyrir í sílóinu. Efni með há flæðisgildi, sem þýðir að þau öðlast hratt styrk undir þrýstingi, eru hætt við að bogna. Efni með lág flæðisgildi flæða auðveldara en geta verið viðkvæm fyrir öðrum vandamálum eins og flóðum eða aðskilnaði.
Kafli tvö: Bilunarhamur eitt – boga
Boga, einnig kallað brú, á sér stað þegar stöðug hvelfing af efni myndast fyrir ofan sílóúttakið. Boginn flytur álag á sílóveggina frekar en að senda það niður í úttakið. Efni fyrir ofan bogann getur ekki fallið í gegn og losun stöðvast.
Tvær tegundir boga koma fyrir. Vélrænir bogar myndast þegar stórar agnir eða óreglulega löguð efni lokast saman. Agnirnar hindra hver aðra líkamlega og skapa stöðuga uppbyggingu. Vélrænir bogar eru algengari í grófum efnum eins og malarefni, viðarflísum eða ákveðnum kornum. Lausnin er venjulega að stækka úttaksstærð eða setja upp tæki sem brjóta samtengda uppbygginguna.
Samloðandi bogar myndast þegar fínar agnir festast saman vegna raka, rafstöðukrafta eða van der Waals víxlverkunar. Sement, flugaska, kalksteinsduft og mörg efnafræðileg milliefni sýna samloðandi hegðun. Styrkur samloðandi boga eykst með tímanum. Efni sem flæðir auðveldlega þegar það er fyrst hlaðið getur orðið óhreyfanlegt eftir viku geymslu. Þessi tímaháði styrkleikaaukning skýrir hvers vegna síló sem hafa verið aðgerðalaus í langan tíma er sérstaklega erfitt að endurræsa.
Mikilvægasta víddin fyrir boga er úttakstærðin. Fyrir tiltekið efni er lágmarksúttaksvídd fyrir neðan sem boga er örugg og fyrir ofan sem flæði er mögulegt. Þessa lágmarksstærð er hægt að áætla út frá rannsóknarstofuprófum eins og Jenike skurðfrumuaðferðinni, þó að fáar plöntur framkvæma slíkar prófanir reglulega.
Þegar boga á sér stað, fela hefðbundin inngrip í sér að hamra sílóvegginn til að titra bogann lausan, stinga stöngum í gegnum aðgangsport til að brjóta bogann handvirkt eða beita lofti eða vélrænum titringi á úttakið. Hver þessara aðferða hefur áhættu í för með sér, þar á meðal veggskemmdir, útsetning starfsmanna fyrir fallandi efni og ófullkomið bogahrun sem endurskapar augnablik síðar.
Þriðji kafli: Bilunarhamur tvö – Rottuhola
Rottuholur eiga sér stað þegar flæði skapar þrönga rás í gegnum efnið á meðan rúmmálið í kring er kyrrstætt. Rásin, eða rottuholið, nær frá úttakinu og upp í efnið. Þegar það hefur myndast heldur flæði áfram í gegnum rásina, en efnið utan rásarinnar hreyfist aldrei.
Rottuhola er algengast í efnum sem öðlast styrk við þéttingu en þróa ekki sterka samloðun. Efnið við sílóveggi og í hornum verður sjálfbært og myndar stöðuga hrúga sem rennandi rásin getur ekki rofið. Með tímanum getur rottuholið teygt sig upp þegar efni ofan við rásina fellur inn, en heildarmynstrið er áfram þröngt pípa í gegnum annars kyrrstæðan magnfast efni.
Afleiðing rottuhola er skert lífgeta. Sílóið má vera áttatíu prósent fullt miðað við rúmmál, en aðeins efnið í rottuholinu er tiltækt til losunar. Efnið í kring virkar sem dauð geymsla, tekur pláss en leggur ekkert til framleiðslunnar. Frá sjónarhóli niðurstreymisferla virðist sílóið tómt þótt verulegt efni sé eftir inni.
Rottuholur eru sérstaklega skaðleg vegna þess að hún byrjar smám saman. Rekstraraðili tekur fyrst eftir því að síló tæmist hraðar en búist var við miðað við hæðarmælingar. Þá sýnir stigavísirinn efni sem er til staðar á meðan losunarhraði lækkar. Að lokum getur rottuholið hrunið skyndilega og losað mikið magn af efni sem yfirgnæfir búnað niðurstreymis.
Hefðbundin inngrip fyrir rottuholur fela í sér tilraunir til að framkalla massaflæði með því að bæta við innri keilum, skipta út sílóbotninum fyrir brattari hönnun eða setja upp flæðishvetjandi tæki eins og loftrennibrautir eða vélræna hrærivélar. Hvert þessara inngripa krefst þess að sílóið sé tæmt alveg, það er einmitt þegar rottuhola gerir tæmingu erfiða.
Fjórði kafli: Bilunarhamur 3 – Samþjöppun og tímastyrksaukning
Efni sem eru geymd í síló eru sjaldnast kyrrstæð. Þeir setjast undir eigin þunga. Þeir titra vegna nálægra tækja. Þeir upplifa hitalotur. Og þeir gleypa eða losa raka eftir aðstæðum í andrúmsloftinu. Hver þessara þátta eykur styrk efnisins með tímanum.
Fyrirbærið tímastyrksaukning er vel skjalfest í verkfræði fyrir lausu efni. Duft sem flæðir auðveldlega þegar það er fyrst hlaðið getur þurft verulega meiri streitu til að hefja flæði eftir viku geymslu. Eftir mánuð getur nauðsynlegt streita tvöfaldast eða þrefaldast. Eftir eitt ár getur efnið hegðað sér eins og veikur steinn frekar en kornótt fast efni.
Tímastyrksaukning á sér stað með nokkrum aðferðum. Fyrir efni með rakainnihald getur vatnsflutningur búið til fljótandi brýr á milli agna sem storkna með tímanum. Fyrir efni með leysanlegum íhlutum getur endurkristöllun við snertipunkta agna tengt agnir saman. Fyrir fín efni verða van der Waals kraftar og rafstöðueiginleikar áhrifaríkari eftir því sem agnir setjast í nánari snertingu.
Hagnýt vísbending um tímastyrksaukning er að geymslulengd verður mikilvæg breyta í áreiðanleika losunar. Síló sem losnar á áreiðanlegan hátt þegar því er snúið við á þriggja daga fresti getur bilað algjörlega eftir tveggja vikna geymslu. Samt starfa margar aðstaða án kerfisbundinnar mælingar á efnislegum dvalartíma. Síló eru fyllt og tæmd út frá framleiðsluáætlunum, ekki á tímaháðum eiginleikum efnanna sem þau innihalda.
Fyrirbyggjandi aðferðir til að auka tímastyrk leggja áherslu á annað hvort að takmarka geymslutíma eða breyta efninu til að draga úr næmi þess fyrir samþjöppun. Fyrst inn fyrst út birgðastjórnun, þó hún sé algeng í vöruhúsum, er sjaldan innleidd fyrir síló vegna erfiðleika við að fjarlægja efni úr botni haugsins án lifandi botnbúnaðar. Vélræn eða loftflæðishjálp getur viðhaldið hræringu efnisins meðan á geymslu stendur og komið í veg fyrir nána snertingu agna sem leiðir til styrkleikaaukningar.
Kafli fimm: Efnahagslegar afleiðingar hvers bilunarhams
Þó að aðferðirnar við losunarbilun séu mismunandi, fylgja efnahagslegar afleiðingar þeirra stöðugu mynstri. Kostnaðurinn er fall af bilunartíðni, seinkun á uppgötvunum og erfiðleikum við inngrip.
Bogfimi atburðir eru venjulega skyndilega. Sílóið hættir að losa fyrirvaralaust. Rekstraraðili tekur strax eftir því að flæðisvísirinn fer niður í núll. Uppgötvunartöf er stutt. Hins vegar þarf inngrip fyrir bogamyndun oft að fara inn í sílóið vegna þess að boginn getur verið staðsettur vel fyrir ofan úttakið. Kostnaður á hvern viðburð getur verið hár vegna öryggisundirbúnings og þörf fyrir innri aðgang.
Atburðir í rottuhaldi þróast smám saman. Rekstraraðilinn gæti ekki kannast við vandamálið fyrr en sílóið hefur í raun tæmt lífgetu sína, en þá hefur framleiðslan þegar áhrif. Töf getur verið dagar eða vikur. Þegar rottuholan hefur verið viðurkennd getur þurft að tæma sílóið að fullu til að útrýma kyrrstæðu efni í kringum rottuholið. Kostnaður á hvern atburð felur ekki aðeins í sér inngrip heldur einnig verðmæti efnis sem þarf að fjarlægja og annað hvort nota eða farga.
Tímastyrksaukning mistök sameina eiginleika beggja. Upphafið er ófyrirsjáanlegt vegna þess að það fer eftir geymslutíma. Bilunin getur birst sem bogadregið eða sem of lágt flæði til að mæta eftirspurn eftir framleiðslu. Erfiðleikar við inngrip eykst með geymslutíma vegna þess að efnið verður sterkara og erfiðara að losna við það.
Fyrir dæmigerða aðstöðu með mörgum sílóum er hægt að áætla árlegan kostnað vegna bilana í losun með því að margfalda meðalkostnað við atburði með væntanlegum árlegum atburðum. Gögn úr iðnaði benda til þess að aðstaða án fyrirbyggjandi áætlana verði fyrir á milli tveggja og sex verulegar losunarbilanir á hvert síló á ári. Með efniskostnaði, framleiðslutapi og vinnu samanlagt nær árlegur heildarkostnaður oft sex eða sjö tölur fyrir meðalstóra aðstöðu.
Sjötti kafli: Hönnun og rekstraráætlanir til forvarna
Að koma í veg fyrir losunarbilun byrjar með hönnun. Sílóúttakið verður að vera nógu stórt til að koma í veg fyrir boga til að veikasta efnið sé geymt. Halli hellunnar verður að vera nógu brött til að framkalla massaflæði frekar en trektflæði. Veggflöturinn verður að vera sléttur og fyrir samloðandi efni gæti þurft fóður úr ryðfríu stáli eða pólýetýleni með ofurmólþunga.
Fyrir núverandi síló sem ekki er hægt að endurhanna, geta rekstraráætlanir dregið úr bilunarhættu. Áhrifaríkasta rekstrarstefnan er stjórnun á efnisveltu. Með því að fylgjast með dvalartíma og skipuleggja tæmingu áður en tímaháður styrkleiki nær mikilvægum stigum, geta rekstraraðilar forðast erfiðustu bilanatilvikin.
Önnur rekstraráætlunin er uppsetning flæðisaðstoðar. Loftbyssur, titrarar og pneumatic fluidizers geta viðhaldið hreyfanleika efnis meðan á geymslu stendur. Þessi tæki þurfa reglubundið viðhald til að halda árangri, en kostnaður þeirra er venjulega lágur miðað við kostnað við eina neyðaríhlutun.
Þriðja rekstraráætlunin er skoðun. Regluleg skoðun með vélfærafræði eða fjarlægum aðferðum veitir snemma viðvörun um uppsöfnunarmynstur sem eru á undan bilun. Með því að bera kennsl á vandamálasvæði áður en losun hættir, geta rekstraraðilar skipulagt markvissar inngrip í fyrirhuguðum stöðvunarleysi frekar en að bregðast við neyðartilvikum.
Fyrir aðstöðu sem leitast við að komast lengra en viðbragðsstjórnun er ráðlögð röð fyrst að skipuleggja mikilvæg síló með stigi og flæðisvöktun sem veitir snemma uppgötvun vandamála sem þróast. Í öðru lagi skaltu koma á grunngögnum um bilanatíðni og kostnað. Í þriðja lagi, innleiða eftirlit og markvissa íhlutun fyrir síló með mestri áhættu. Í fjórða lagi, víkkaðu fyrirbyggjandi aðferðir til alls geymsluflotans. Í fimmta lagi, metið hönnunarbreytingar fyrir síló sem eru enn vandamál eftir rekstrarumbætur.
Sjöundi kafli: Tæknimöguleikar fyrir íhlutun
Þegar losunarbilun á sér stað þrátt fyrir fyrirbyggjandi ráðstafanir, ákvarðar íhlutunartækni kostnað og lengd bata.
Handvirk innsláttur er áfram algengasta inngripsaðferðin um allan heim. Starfsmenn fara inn í sílóið með handverkfæri til að brjóta boga, fjarlægja uppsafnað efni og endurheimta flæði. Kostnaðurinn felur í sér öryggisundirbúning, persónuhlífar, björgunarvakt og vinnuna sjálfa. Aðaltakmörkunin er ekki kostnaður heldur framboð. Á mörgum svæðum er sífellt erfiðara að finna hæfa starfsmenn í lokuðu rými.
Fjarstýrður niðurrifsbúnaður leyfir inngrip án inngöngu. Þessi tæki eru sett niður í sílóið í gegnum toppinn eða sett í gegnum aðgangsport. Rekstraraðilar stjórna þeim utan frá sílóinu með því að nota myndbandsendurgjöf. Búnaðurinn brýtur boga og fjarlægir uppsöfnun með því að nota vökvabrjóta, háþrýstivatnsstróka eða vélrænar gröfur.
Skoðunarvélmenni veita gögn án afskipta. Lítil, fjarstýrð tæki með myndavélum og skynjurum fara inn í sílóið til að meta aðstæður. Þeir mæla uppsöfnunarrúmmál, slit á veggjum og efniseiginleika. Gögnin leiðbeina ákvörðunum um hvort og hvenær eigi að grípa inn í.
Viðeigandi tæknival fer eftir rúmfræði sílósins, efniseiginleikum og bilunartíðni. Fyrir mannvirki með tíðar bilanir í mörgum sílóum getur það verið hagkvæmt að eiga fjarri niðurrifsbúnað. Fyrir aðstöðu með einstaka bilun, getur samningsbundinn sérhæfður þjónustuaðili verið hagkvæmari. Fyrir alla aðstöðu borga skoðunarvélmenni fyrir sig fljótt með því að koma í veg fyrir óþarfa inngrip og greina vandamál snemma.
Niðurstaða
Bilun í losun sílóa er ekki ráðgáta. Líkamleg aðferð er vel skilin. Bogfimi, rottuholur og tímastyrkur útskýra langflest ófyrirséð stöðvun. Efnahagslegar afleiðingar eru umtalsverðar, langt umfram kostnað við fyrirbyggjandi aðgerðir fyrir flestar aðgerðir.
Það sem kemur í veg fyrir víðtæka upptöku fyrirbyggjandi aðferða er ekki tæknileg óvissa heldur skipulagsleysi. Kostnaður við bilun er dreift yfir framleiðslu-, viðhalds- og öryggisáætlanir. Ávinningurinn af forvörnum er tekinn sem forðaðir atburðir sem aldrei koma fram í neinni skýrslu. Og ákvörðunin um að fjárfesta í forvörnum krefst þess að trúa á framtíð sem lítur öðruvísi út en fortíðin.
Fyrir rekstrarstjóra sem eru tilbúnir að ögra þessari tregðu er leiðin fram á við skýr. Mældu núverandi kostnað vegna bilana í losun. Berðu það saman við kostnað við skoðunarbúnað, flæðishjálp eða breytingar á hönnun. Veldu inngrip með stysta endurgreiðslutímann. Innleiða það. Mældu niðurstöðuna. Og endurtaka.
Bilið á milli viðbragðs- og fyrirbyggjandi stjórnunar er ekki tæknilegt. Það er gjá í sýnileika kostnaðar og ákvarðanaaga. Að loka því bili er eina árangursríkasta aðgerðin sem nokkur aðstaða getur gripið til til að draga úr ófyrirséðri niður í síló.
