壽命周期理論在浮法玻璃熔窯管理中的應(yīng)用

呂應(yīng)成

(中國(guó)耀華玻璃集團(tuán)有限公司,秦皇島 066000)

我國(guó)第一條浮法玻璃生產(chǎn)線于1971年建成投產(chǎn)，經(jīng)過(guò)25年的發(fā)展，1996年浮法玻璃產(chǎn)量首次超過(guò)普通平板玻璃，之后持續(xù)在平板玻璃總產(chǎn)量中占據(jù)主導(dǎo)地位。特別是近年來(lái)，國(guó)家化解產(chǎn)能過(guò)剩，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，不斷淘汰落后產(chǎn)能，浮法玻璃已成為玻璃行業(yè)發(fā)展的主流。浮法玻璃生產(chǎn)線具有一次性投資，連續(xù)性生產(chǎn)的特點(diǎn)。一旦生產(chǎn)線建成投產(chǎn)，如沒(méi)有特殊情況，至少要運(yùn)行6年時(shí)間。熔窯是浮法玻璃生產(chǎn)過(guò)程中最重要的熱工設(shè)備之一,人們把它比喻為浮法玻璃生產(chǎn)線的“心臟”。熔窯的運(yùn)行穩(wěn)定直接決定著該浮法玻璃生產(chǎn)線產(chǎn)品產(chǎn)量及質(zhì)量；而熔窯的壽命則直接決定了該生產(chǎn)線的冷修時(shí)間[1]。正因如此，浮法玻璃企業(yè)總是期待用最優(yōu)的前期性價(jià)比投入，加上使用及維護(hù)過(guò)程中的精細(xì)化管理，最大限度地延長(zhǎng)熔窯壽命周期，以降低成本獲取最佳的回報(bào)率。

1 壽命周期相關(guān)概念

壽命周期是指產(chǎn)品從開(kāi)始設(shè)計(jì)到投入使用,直至產(chǎn)品因功能完全喪失而最終退出使用的總時(shí)間長(zhǎng)度。設(shè)備壽命周期管理則以生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)為目標(biāo)，通過(guò)一系列的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、組織措施，對(duì)設(shè)備的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、選型、購(gòu)置、安裝、使用、維護(hù)、維修、改造、更新直至報(bào)廢的全過(guò)程進(jìn)行管理，以獲得設(shè)備壽命周期費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)、綜合產(chǎn)能最高的理想目標(biāo)。通過(guò)設(shè)備壽命周期管理不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，以增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

對(duì)于浮法玻璃熔窯而言，壽命周期主要涵蓋：設(shè)計(jì)、砌筑、烤窯、日常使用、維護(hù)及維修等幾個(gè)方面。浮法玻璃熔窯由耐火材料砌筑而成，是玻璃制造中用于熔制配合料的熱工設(shè)備。其主要功能是將按浮法玻璃設(shè)計(jì)成分配合好的砂巖等混合料在窯內(nèi)經(jīng)高溫熔化、澄清并形成符合成型要求的玻璃液。浮法玻璃熔窯經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，無(wú)論從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、還是耐火材料的選擇使用，以及現(xiàn)場(chǎng)操作、運(yùn)營(yíng)管理等方面，都較過(guò)去有了大幅度的提高。國(guó)內(nèi)浮法玻璃熔窯窯齡普遍可以達(dá)到6～8年，但與國(guó)際先進(jìn)水平的8～10年相比還有很大差距。需要我們廣大科技人員繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)熔窯的科學(xué)研究，改進(jìn)熔窯結(jié)構(gòu)、作業(yè)條件及規(guī)范操作，延長(zhǎng)熔窯壽命周期。

2 影響浮法玻璃熔窯壽命周期因素分析

按照壽命周期理論，浮法玻璃熔窯的壽命周期大致可分為初始期、成熟期、穩(wěn)定期以及衰退期四個(gè)階段。

2.1 初始期

浮法玻璃熔窯初始期主要涵蓋熔窯的設(shè)計(jì)、砌筑、烤窯至投產(chǎn)初期。浮法玻璃熔窯設(shè)計(jì)通常由具有相關(guān)資質(zhì)的設(shè)計(jì)院(研究院)根據(jù)玻璃企業(yè)投資情況、產(chǎn)品定位(品種、板寬、厚度等)以及使用要求等內(nèi)容，對(duì)浮法玻璃熔窯熔化能力、結(jié)構(gòu)、耐火材料選用以及保溫等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中根據(jù)窯齡的要求選擇不同的耐火材料；熔窯砌筑是決定熔窯壽命周期的根基，浮法玻璃熔窯的砌筑是以熔窯縱向中心線、1#小爐中心線以及標(biāo)高為基準(zhǔn)。根據(jù)所選用耐火磚材質(zhì)的不同，除要求干砌的部位外，均需用相應(yīng)的耐火泥漿砌筑，砌體的膨脹縫按耐火磚的膨脹系數(shù)計(jì)算留設(shè)。烤窯則直接關(guān)系該座浮法玻璃熔窯所出產(chǎn)品的質(zhì)量及壽命周期。務(wù)必事前制定合理的升溫曲線，并按照預(yù)定方案嚴(yán)格執(zhí)行，切記盲目加速升溫。之后熔窯、設(shè)備和操作進(jìn)入運(yùn)行階段，熔窯的溫度、窯壓、液面等工藝參數(shù)需要不斷調(diào)試摸索優(yōu)化，浮法玻璃的總成品率、一級(jí)品率、入庫(kù)產(chǎn)量等技術(shù)指標(biāo)均受到影響。因此穩(wěn)定工藝參數(shù)和合理的操作規(guī)程是加快進(jìn)入成熟期的前提。

2.2 成熟期

浮法玻璃熔窯成熟期階段，對(duì)熔窯的溫度、窯壓、液面等指標(biāo)，原料、燃料、設(shè)備等工藝參數(shù)均已摸索出一定的經(jīng)驗(yàn)，控制及操作得當(dāng)。此時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注偶發(fā)事件的影響，尤其是偶發(fā)事件對(duì)熔窯造成的后續(xù)問(wèn)題。要減少黑天鵝事件，一是用記錄正確評(píng)估和衡量風(fēng)險(xiǎn)；二是不遺余力地尋找任何看似毫不相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)之間可能存在的相關(guān)性，在熔窯使用中適當(dāng)用技改去延長(zhǎng)成熟期。特別是應(yīng)注意生產(chǎn)計(jì)劃的合理性，包括轉(zhuǎn)產(chǎn)變化、拉引量調(diào)整等，都會(huì)影響熔窯壽命周期。

2.3 穩(wěn)定期

對(duì)熔窯的溫度、窯壓、液面等指標(biāo)，原料、燃料、設(shè)備、工藝參數(shù)等控制相對(duì)穩(wěn)定。此時(shí)因長(zhǎng)期使用，但設(shè)備及熔窯系統(tǒng)逐漸老化，問(wèn)題漸顯，帶有普遍性和規(guī)律性，如解決不當(dāng)有可能由小問(wèn)題轉(zhuǎn)化成大問(wèn)題，使熔窯進(jìn)入衰退期。要杜絕灰犀牛事件，就必須用制度去保證。杜絕得過(guò)且過(guò)造成的問(wèn)題延誤，杜絕手忙腳亂解決問(wèn)題。此階段用制度規(guī)范運(yùn)行、穩(wěn)定拉引量等工藝參數(shù)、科學(xué)診斷和養(yǎng)護(hù)是延長(zhǎng)熔窯壽命的保證。

2.4 衰退期

熔窯運(yùn)行晚期，問(wèn)題不斷增多，窯壓不穩(wěn)，出現(xiàn)熔洞及池壁磚有透紅等現(xiàn)象。該階段應(yīng)制定排查隱患的措施并及時(shí)對(duì)熔窯進(jìn)行日常維護(hù)、維修及熱修補(bǔ)，適當(dāng)降低拉引量，增加風(fēng)機(jī)降低溫度，以延長(zhǎng)熔窯的壽命周期。

3 延長(zhǎng)浮法玻璃熔窯壽命周期管理建議

對(duì)于不同熔化能力、生產(chǎn)不同產(chǎn)品品種的浮法玻璃熔窯而言，延長(zhǎng)壽命周期的管理方法也各不相同。該文以國(guó)內(nèi)某設(shè)計(jì)窯齡8年的浮法玻璃熔窯為例，分享浮法玻璃熔窯在投入使用后的初始期、成熟期、穩(wěn)定期以及衰退期的使用管理經(jīng)驗(yàn)。

3.1 浮法玻璃熔窯實(shí)例存在問(wèn)題

該座浮法玻璃熔窯設(shè)計(jì)窯齡8年，于2011年點(diǎn)火投產(chǎn)。熔窯全部使用國(guó)產(chǎn)耐火材料，設(shè)計(jì)熔化量500 t/d。主要產(chǎn)品有茶玻、灰玻等顏色玻璃。該熔窯在投產(chǎn)前就存在一定設(shè)計(jì)缺陷，直接影響到了玻璃產(chǎn)量和質(zhì)量。如該熔窯噴嘴磚設(shè)置靠后，氣槍火焰的噴射對(duì)掛鉤磚燒損嚴(yán)重；熔窯池底沒(méi)有采用階梯型池底結(jié)構(gòu)，給玻璃熔化質(zhì)量和節(jié)能造成了較大困難；熔窯冷卻部池底保溫不好，導(dǎo)致微氣泡難以消除。在投入使用后，由于客觀原因也對(duì)熔窯造成一定的損害。如在生產(chǎn)過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)色頻繁；由于外網(wǎng)供電線路突發(fā)故障，造成全廠停電24 h；投產(chǎn)初期使用油氣混合燃燒，燃燒系統(tǒng)沒(méi)有采取單槍控制，不能精確控制油流曲線及火焰長(zhǎng)度，對(duì)熔窯燒損嚴(yán)重。

3.2 浮法玻璃熔窯初始期管理建議

浮法玻璃熔窯初始期，即熔窯工藝設(shè)備磨合階段。此階段機(jī)械處于磨合過(guò)程，嚙合不順，潤(rùn)滑油污染快，緊固件也容易松動(dòng)，電氣系統(tǒng)處于元件的初始“時(shí)效老化”時(shí)期。容易出現(xiàn)電參數(shù)的漂移或偏差，加上操作的熟練度不夠，出現(xiàn)故障的頻率較高。此時(shí)設(shè)備管理采取措施主要包括對(duì)設(shè)備的檢查、記錄、緊固、調(diào)整、潤(rùn)滑、磨合期的油品替換、控制生產(chǎn)負(fù)荷逐漸達(dá)到設(shè)計(jì)值。熔窯通過(guò)記錄、觀察、檢測(cè)等手段逐漸將原料、料堆、泡界線、熱點(diǎn)、窯壓、火焰長(zhǎng)度等控制在合理的范圍內(nèi)。同時(shí)對(duì)操作人員進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)培訓(xùn)，制定合理的操作規(guī)程，規(guī)范操作。

3.3 浮法玻璃熔窯成熟期管理建議

浮法玻璃熔窯成熟期熔窯的控制方法主要包括：通過(guò)記錄去評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)技改解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。在經(jīng)過(guò)設(shè)備磨合及工藝的調(diào)整后，熔窯逐漸進(jìn)入成熟期。此時(shí)，為了穩(wěn)定生產(chǎn)并維護(hù)好熔窯，主要采取以下措施：

3.3.1 用數(shù)據(jù)記錄保障熔窯安全

為了保證熔窯及生產(chǎn)設(shè)備的合理使用，適應(yīng)生產(chǎn)需要，便于進(jìn)行技術(shù)分析，在原有的熔窯日常運(yùn)行記錄的基礎(chǔ)上，建立完善了熔窯技術(shù)檔案。包括設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)計(jì)算書、設(shè)計(jì)圖、竣工驗(yàn)收資料、熔窯所用耐火材料技術(shù)資料。主要設(shè)備明細(xì)及維護(hù)保養(yǎng)記錄，熱工測(cè)量、控制系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)使用和維護(hù)保養(yǎng)要求，熔窯運(yùn)行工藝規(guī)程等一系列技術(shù)檔案，保證做到熔窯的每一階段都有檔案可查，進(jìn)行技術(shù)分析，做到了有“癥”必查，治“病”有依，對(duì)熔窯的安全運(yùn)行提供依據(jù)。

3.3.2 用電子檔案促進(jìn)熔窯健康

為了保證熔窯安全運(yùn)行，生產(chǎn)更加優(yōu)質(zhì)的玻璃，建立了熔窯內(nèi)窺檢查電子檔案，做到了數(shù)據(jù)可對(duì)比、可分析化。依托專業(yè)的技術(shù)、專業(yè)人員操作，根據(jù)實(shí)際需求對(duì)熔窯進(jìn)行檢查并建檔，根據(jù)電子檔案，提前規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，保障了熔窯安全運(yùn)行，全面延長(zhǎng)熔窯使用壽命。

3.3.3 用環(huán)保技術(shù)延長(zhǎng)熔窯壽命

環(huán)保指標(biāo)具有一票否決權(quán)，只要熔窯煙氣中二氧化硫和氮氧化物等污染物不滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論熔窯的窯齡長(zhǎng)短，隨時(shí)都面臨著停產(chǎn)的可能性。為了保證達(dá)標(biāo)排放，該熔窯進(jìn)行了全方位的保溫，定期檢測(cè)各小爐余氧含量；控制配合料，水分在4%左右；優(yōu)化原料配方，硫酸鹽用量保持下線，減少燃燒時(shí)產(chǎn)生的顆粒物。在不影響生產(chǎn)的情況下優(yōu)化風(fēng)火比，減少燃油的用量，減少煙氣中的硫化物含量。同時(shí)為了保證煙氣實(shí)現(xiàn)超低排放，將燃料混燒改為純天燃?xì)?，減小燃料中的硫含量；加強(qiáng)煙道密封，減少煙氣含量，降低廢氣處理量；加強(qiáng)對(duì)熔窯壓力和火焰的控制，減少熔化部高窯壓對(duì)耐火磚的燒蝕，減少熱損失；保持冷卻部窯壓高于熔化部，防止堿性氣體經(jīng)過(guò)卡脖進(jìn)入工作部，堿性氣氛會(huì)侵蝕工作部的硅質(zhì)大碹和胸墻，從而產(chǎn)生鱗石英結(jié)石；實(shí)時(shí)跟蹤煙氣在線排放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，定期檢查各部廢氣排放治理工作，減少熔窯廢氣的產(chǎn)生，降低對(duì)環(huán)境的污染[2]。

3.3.4 用工藝調(diào)整提升熔窯效率

1)為保證廢氣充分利用，將生產(chǎn)中的煙氣用于余熱發(fā)電，減少外部供電。同時(shí)加強(qiáng)內(nèi)部管理，嚴(yán)格控制原料及能耗，科學(xué)制定精細(xì)的水、電、天然氣等使用指標(biāo)。做到有效降低能耗的使用成本，提高能源利用率。

2)為保證降低能耗同時(shí)提高熔窯產(chǎn)量，定期測(cè)定每個(gè)小爐廢氣中氧含量來(lái)確定各個(gè)小爐的燃燒情況，分析風(fēng)火配比是否合理，精確調(diào)整火焰燃燒。

3)為了保證參數(shù)準(zhǔn)確性，定期對(duì)儀表進(jìn)行校正，減少因檢測(cè)參數(shù)不準(zhǔn)確帶來(lái)錯(cuò)誤的工藝調(diào)整?？刂茻犭娕济扛?周進(jìn)行校正，碹頂熱電偶每隔12周進(jìn)行校正。

4)增加鼓泡系統(tǒng)加快玻璃液對(duì)流，使配合料更容易熔化，還有助于玻璃液的均化和澄清，減少助熔劑和澄清劑的使用，提高熔化效率。

5)改變氣槍噴嘴擴(kuò)散角度，降低火焰噴射角度對(duì)掛鉤磚的損害，解決困擾產(chǎn)品升級(jí)的色道缺陷[3]。

3.4 浮法玻璃熔窯穩(wěn)定期管理建議

浮法玻璃熔窯穩(wěn)定期采取制度規(guī)范運(yùn)行、科學(xué)診斷方法延長(zhǎng)熔窯壽命周期。這個(gè)階段看似穩(wěn)定，實(shí)際上潛在的隱患非常多，小問(wèn)題很有可能轉(zhuǎn)換成大問(wèn)題，因此一定用制度規(guī)范運(yùn)行，實(shí)行精細(xì)化管理。

3.4.1 建立實(shí)施四級(jí)巡檢制度

為了保證玻璃熔窯的穩(wěn)定及安全運(yùn)行，建立實(shí)施熔窯四級(jí)巡查制度(即班組每班巡查；工段進(jìn)行日常巡檢；車間每周進(jìn)行檢查；公司每月進(jìn)行由生產(chǎn)、技術(shù)、槽窯等熔窯專家、技術(shù)人員和一線管理者參加的聯(lián)合查窯制度)，時(shí)時(shí)關(guān)注熔窯變化情況，從生產(chǎn)控制上嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)工藝管理制度。巡檢重點(diǎn)放在熔化部、投料池拐角、熔化部池壁、胸墻、小爐、卡脖拐角、吊墻、蓄熱室等部位，關(guān)注熔化部大碹、冷卻部大碹、池底等。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)按照公司制定的應(yīng)急預(yù)案或應(yīng)急處置措施處理和上報(bào)，把隱患消除在萌芽狀態(tài)。

3.4.2 適時(shí)優(yōu)化調(diào)整工藝參數(shù)

根據(jù)熔窯使用情況，分析熔窯運(yùn)行狀態(tài)，不斷優(yōu)化調(diào)整工藝指標(biāo)，包括溫度曲線、窯壓、液面、料堆、泡界線及燃燒工藝操作參數(shù)，根據(jù)不同的燃料品種、質(zhì)量制定相應(yīng)的燃燒工藝參數(shù)，跟蹤反饋，持續(xù)改進(jìn)。

3.4.3 問(wèn)題專業(yè)治理

為了保證對(duì)熔窯的狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，建立熔窯維護(hù)專業(yè)隊(duì)伍，堅(jiān)持隱患抓小抓早。在工段設(shè)立專業(yè)保窯人員，專人專治，對(duì)日常巡檢發(fā)現(xiàn)的隱患和問(wèn)題及時(shí)處理。如根據(jù)火焰的情況，判斷格子體的堵塞情況并及時(shí)清理。采用風(fēng)冷措施對(duì)池壁進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)對(duì)池壁液面以下100 mm左右的外側(cè)吹風(fēng)冷卻，使池壁磚內(nèi)部的局部溫度下降，延緩料堆及玻璃液對(duì)池壁磚的侵蝕。通過(guò)檢測(cè)科學(xué)設(shè)置吹風(fēng)位置和吹風(fēng)量，減少池壁磚侵蝕速度，防止池壁風(fēng)控制不穩(wěn)定引起池壁磚受急熱急冷而炸裂。

3.5 浮法玻璃熔窯衰退期管理建議

浮法玻璃熔窯衰退期應(yīng)及時(shí)采取熱修、熱補(bǔ)等維護(hù)措施，同時(shí)適當(dāng)降低拉引量，熔窯內(nèi)部保溫、外部冷卻等方式，延長(zhǎng)熔窯壽命周期。

3.5.1 對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)，分級(jí)管控，提升熔窯安全保障

為全力保障熔窯安全運(yùn)行，制定全面排查熔窯運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的工作計(jì)劃，車間組織具體實(shí)施方案，將辨識(shí)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)管控。對(duì)風(fēng)險(xiǎn)隱患窯體鋼結(jié)構(gòu)、拉條進(jìn)行檢查加固。對(duì)易燒損部位進(jìn)行加強(qiáng)巡查，對(duì)池壁根據(jù)各部位溫度變化和侵蝕程度不同，分層次進(jìn)行綁磚和加強(qiáng)冷卻處理，對(duì)堵塞的蓄熱室格子體進(jìn)行疏通、維修，保證蓄熱暢通及燃料充分燃燒。大碹、胸墻有熔洞，及時(shí)進(jìn)行封堵和焊補(bǔ)[4]。

3.5.2 制定搶修應(yīng)急預(yù)案，定期進(jìn)行模擬演習(xí)

為了防止出現(xiàn)突發(fā)狀況，制定熔窯應(yīng)急處理預(yù)案并定期進(jìn)行演練，保證應(yīng)急隊(duì)伍處理各種事故的反應(yīng)速度。通過(guò)應(yīng)急演練，強(qiáng)化員工的操作能力和處理突發(fā)事件應(yīng)對(duì)能力，防止大事故發(fā)生。

3.5.3 以質(zhì)量監(jiān)督安全體系為紐帶促進(jìn)熔窯安全管理

建立和完善企業(yè)內(nèi)部的安全生產(chǎn)責(zé)任制度。明確各崗位的生產(chǎn)權(quán)利和職責(zé)，積極抓落實(shí)，保證各項(xiàng)工作的順利開(kāi)展。為了調(diào)動(dòng)企業(yè)工作人員的生產(chǎn)和工作的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，將薪酬和工作表現(xiàn)掛鉤。

應(yīng)用壽命周期理論，通過(guò)實(shí)施上述管理措施，該設(shè)計(jì)窯齡為8年的熔窯目前已平穩(wěn)運(yùn)行9年時(shí)間，且預(yù)計(jì)仍可繼續(xù)運(yùn)行1年。

4 結(jié) 論

該文應(yīng)用壽命周期理論，通過(guò)實(shí)例分析，摸索出一整套相對(duì)完整的，在浮法玻璃熔窯初始期、成熟期、穩(wěn)定期以及衰退期等不同時(shí)期的管理措施和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)延長(zhǎng)浮法玻璃熔窯窯齡具有一定的指導(dǎo)性意義。