熱風(fēng)溫度過程控制問題分析與改善探討

黃亮，蔡艷，郭睿涵

（四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司成都卷煙廠，四川 成都 610066）

煙草加工企業(yè)制絲車間主要完成煙葉到煙絲的制作加工，其中包含幾個(gè)主要的工藝加工過程，潤葉、加料、切絲、烘絲、加香。溫度控制是其中一個(gè)較為常見并且非常重要的工藝控制指標(biāo)。我廠制絲車間2019年新建一條寬窄品牌生產(chǎn)線，在新線建成后初期的生產(chǎn)過程中，由于最初設(shè)計(jì)、器件選型的原因，加料工序熱風(fēng)溫度控制和烘絲工序熱風(fēng)溫度控制出現(xiàn)了一些問題。雖然未超出工藝指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，但是，仍然引起了車間工藝、設(shè)備人員的關(guān)注，決定查找原因進(jìn)行解決。

1 加料工序熱風(fēng)溫度控制問題

1.1 加料機(jī)熱風(fēng)溫度控制原理

加料潤葉機(jī)熱風(fēng)溫度是通過外部蒸汽管道供應(yīng)蒸汽，經(jīng)過汽水分離器后到熱風(fēng)蒸汽管道上，再經(jīng)過減壓閥、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入位于風(fēng)管內(nèi)的蒸汽噴管中，蒸汽以熱風(fēng)為載體進(jìn)入滾筒，與滾筒內(nèi)的物料接觸，直接對物料進(jìn)行增溫增濕。熱風(fēng)溫度由生產(chǎn)線電控柜控制。安裝在風(fēng)管上的溫度傳感器將測量的熱風(fēng)溫度信號送到線電控系統(tǒng)處理后，將所設(shè)定的熱風(fēng)溫度與溫度傳感器測得的實(shí)際熱風(fēng)溫度進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際溫度大于設(shè)定溫度時(shí)，電控系統(tǒng)輸出信號給氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥定位器，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)減小薄膜閥開度，從而減少噴入滾筒內(nèi)的蒸汽流量，使實(shí)際熱風(fēng)溫度降低，接近設(shè)定溫度。當(dāng)實(shí)際溫度小于設(shè)定溫度時(shí)，電控系統(tǒng)輸出信號給氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥增大薄膜閥開度，加大蒸汽流量使實(shí)際熱風(fēng)溫度升高接近設(shè)定溫度。設(shè)定的熱風(fēng)溫度值是根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)給定的，同時(shí)給予一個(gè)控制范圍。生產(chǎn)過程中，實(shí)際熱風(fēng)溫度超出該范圍就判定該溫度值不合格。

1.2 問題描述

加料潤葉機(jī)熱風(fēng)溫度控制薄膜閥在正常生產(chǎn)過程中開度在3%～8%，尤其在生產(chǎn)開始的料頭階段，當(dāng)實(shí)測溫度大于設(shè)定溫度后，薄膜閥開度減小，甚至有時(shí)候開度會(huì)減小到0。由于溫升和控制的滯后性，即使閥門在全關(guān)的狀態(tài)下，實(shí)際溫度仍有超過工藝標(biāo)準(zhǔn)要求上限值的危險(xiǎn)。為避免熱風(fēng)溫度超標(biāo)導(dǎo)致溫度合格率降低，操作人員有時(shí)會(huì)采取手動(dòng)控制的方式，提前減小閥門開度或關(guān)閉閥門。人工操作會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過程熱風(fēng)溫度控制穩(wěn)定性降低，影響標(biāo)偏、CPK，操作不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致溫度控制不合格。自動(dòng)控制也會(huì)有超出工藝標(biāo)準(zhǔn)的危險(xiǎn)?？梢?，閥門開度在3%～8%對控制存在一定問題。

1.3 原因分析

正常生產(chǎn)過程中薄膜閥開度與幾個(gè)因素有關(guān)，一是生產(chǎn)時(shí)需要供給熱風(fēng)管道的蒸汽流量，它與設(shè)定溫度等因素有關(guān)。二是實(shí)際流通閥門的蒸汽流量，它反映了蒸汽流經(jīng)閥門后供應(yīng)給熱風(fēng)的熱量值。正常生產(chǎn)時(shí)，薄膜閥閥門開度較小，可以認(rèn)為是流經(jīng)閥門的蒸汽量太大，實(shí)際需要的熱量值較小，在電控系統(tǒng)的控制下薄膜閥會(huì)自動(dòng)減小開度，并維持在一個(gè)開度較小的區(qū)間進(jìn)行控制。但當(dāng)其他外部因素稍有變化時(shí)，較小的開度可能就會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)范圍不夠，同時(shí)，閥門在小開度區(qū)間也不利用過程控制。

1.4 解決措施

正常生產(chǎn)過程中，薄膜閥的開度維持在25%～75%是一個(gè)較好的范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)控制比較穩(wěn)定，而且有一定的調(diào)節(jié)余量。生產(chǎn)過程中加大薄膜閥開度有以下三個(gè)途徑：（1）提高設(shè)定溫度，但設(shè)定溫度是生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)不能更改。（2）減小薄膜閥之前的蒸汽壓力或流量，相當(dāng)于減少了外部蒸汽熱量值或供應(yīng)量，薄膜閥開度就自然需要加大以滿足需要的蒸汽量。（3）選擇流通量較小的薄膜閥，那么在生產(chǎn)過程中薄膜閥的開度也會(huì)增大。

減小薄膜閥閥前壓力可以通過調(diào)節(jié)安裝在薄膜閥前的減壓閥來實(shí)現(xiàn)。通過查看生產(chǎn)過程中減壓閥的調(diào)節(jié)壓力值，發(fā)現(xiàn)此時(shí)的壓力值在1bar左右。而該減壓閥的調(diào)節(jié)范圍是0.2～17bar?？梢娡ㄟ^調(diào)節(jié)減壓閥來減小薄膜閥閥前壓力值的空間不大。

選擇流通能力更小的薄膜閥有兩種措施：一是選擇口徑更小的閥門，二是選擇流通系數(shù)更小的閥門。但是，考慮到閥門重新選擇后安裝方便，我們決定采用相同口徑、流通系數(shù)更小的閥門。目前，我們使用的薄膜閥口徑為DN25，流通系數(shù)KVS10，以正常生產(chǎn)過程中閥門開啟度在3%，閥前壓力1bar，閥后壓力0為參考，我們請閥門廠家通過專業(yè)軟件計(jì)算得到蒸汽流量在5kg/h左右。同時(shí)，考慮到之后工藝要求在熱風(fēng)溫度上可能出現(xiàn)增大的情況，把蒸汽流量90kg/h作為控制的上限值。通過軟件計(jì)算，口徑DN25、流量系數(shù)KVS2.5的閥門，閥前壓力2bar，閥后壓力0，蒸汽流量5kg/h時(shí)，閥門開度在27%，能夠很好地滿足當(dāng)前生產(chǎn)的控制要求。當(dāng)閥前壓力6bar，閥后壓力0，蒸汽流量在90kg/h，閥門開度90%，也能夠滿足后期提高熱風(fēng)溫度工藝標(biāo)準(zhǔn)的需求。

1.5 改善效果

通過安裝相同口徑、流量系數(shù)Kvs2.5的薄膜閥后，生產(chǎn)過程中，薄膜閥定位器開度在30%～40%，自動(dòng)控制穩(wěn)定，不再需要中控室操作人員手動(dòng)控制，避免了溫度超標(biāo)的危險(xiǎn)。

2 烘絲工序熱風(fēng)溫度控制問題

2.1 烘絲機(jī)熱風(fēng)溫度控制原理

烘絲機(jī)熱風(fēng)溫度是通過外部蒸汽管道供應(yīng)蒸汽，經(jīng)汽水分離器后，再經(jīng)過氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥進(jìn)入加熱器，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的冷風(fēng)經(jīng)過加熱器被加熱送到烘絲筒內(nèi)。熱風(fēng)溫度仍由生產(chǎn)線電控柜控制。控制方式與加料潤葉機(jī)基本相同，風(fēng)管處的溫度傳感器將測得的熱風(fēng)溫度信號送到線電控系統(tǒng)處理后，將所設(shè)定的熱風(fēng)溫度與溫度傳感器測得的實(shí)際熱風(fēng)溫度相比，進(jìn)而控制薄膜閥的開度。

2.2 問題描述

烘絲工序每批次生產(chǎn)結(jié)束后，通過生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)采集的熱風(fēng)溫度過程數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算得到熱風(fēng)溫度過程能力指數(shù)CPK為1.32。按照CPK評級標(biāo)準(zhǔn)，1.33＞CPK≥1.0為B級，控制能力一般，制程因素稍有變異即有產(chǎn)生不良的危險(xiǎn)，應(yīng)利用各種資源及方法將其提升為A級。

2.3 原因分析

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)過程中實(shí)際的熱風(fēng)溫度存在一定的波動(dòng)，從而導(dǎo)致薄膜閥開度出現(xiàn)較大范圍的調(diào)節(jié)。通過進(jìn)一步觀察，發(fā)現(xiàn)薄膜閥閥前壓力在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會(huì)有波動(dòng)，而薄膜閥閥前壓力是外部供應(yīng)蒸汽經(jīng)汽水分離后提供給熱風(fēng)蒸汽管路的壓力，說明外部蒸汽壓力供應(yīng)不穩(wěn)定。所以外部供應(yīng)蒸汽壓力不穩(wěn)是導(dǎo)致熱風(fēng)溫度控制不穩(wěn)定，熱風(fēng)溫度CPK指標(biāo)不理想的直接原因。

2.4 解決措施

通過觀察烘絲機(jī)筒壁溫度控制情況，發(fā)現(xiàn)筒壁溫度控制穩(wěn)定，筒壁蒸汽管道薄膜閥開度在生產(chǎn)過程中基本不變或有微小調(diào)節(jié)。而外部蒸汽經(jīng)汽水分離后，一路供應(yīng)給筒壁加熱蒸汽管道，一路供應(yīng)給熱風(fēng)蒸汽管道，可見外部蒸汽壓力波動(dòng)對筒壁溫度控制沒有影響。通過比較發(fā)現(xiàn)，蒸汽經(jīng)汽水分離器后，在筒壁蒸汽管路上薄膜閥之前有一個(gè)減壓閥，而在熱風(fēng)管路上主蒸汽經(jīng)汽水分離后直接經(jīng)過薄膜閥再到加熱器，前面沒有減壓閥。而外部蒸汽壓力波動(dòng)時(shí)，筒壁蒸汽管路上薄膜閥前的壓力基本保持不變，說明減壓閥起到穩(wěn)壓的作用。因此，我們在熱風(fēng)蒸汽管路上薄膜閥前增加一個(gè)減壓閥來保證薄膜閥前壓力穩(wěn)定，從而保證熱風(fēng)溫度控制穩(wěn)定。

2.5 改善結(jié)果

現(xiàn)場在薄膜閥前安裝了減壓閥，并將減壓閥設(shè)定在合適的壓力值。生產(chǎn)過程中，薄膜閥閥前壓力穩(wěn)定，開度區(qū)間合理，熱風(fēng)溫度控制穩(wěn)定，熱風(fēng)溫度CPK值5.3，達(dá)到A++級，特優(yōu)。安裝減壓閥前后熱風(fēng)溫度CPK對比情況。

3 結(jié)語

減壓閥和薄膜閥的組合配置在制絲生產(chǎn)線上很常見，通過上面兩個(gè)案例，說明這兩種控制閥的安裝、選型以及調(diào)節(jié)設(shè)置非常重要。減壓閥調(diào)節(jié)到合理壓力值以及薄膜閥自身的合理選型能夠保證生產(chǎn)過程中薄膜閥開度在合適區(qū)間，同時(shí)，減壓閥還起到穩(wěn)壓作用，這都對提高過程控制穩(wěn)定性、保證產(chǎn)品質(zhì)量起到了重要的保障作用。