99%片堿全自動(dòng)包裝線運(yùn)行小結(jié)

董曉政，朱 明，路 迪

（甘肅北方三泰化工有限公司，甘肅 白銀 730900）

甘肅北方三泰化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)三泰公司）現(xiàn)有燒堿產(chǎn)能14萬(wàn)t/a，為調(diào)整燒堿產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，拓展產(chǎn)品銷(xiāo)售半徑，2019年12月9日，由哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化股份有限公司和三泰公司合作研發(fā)的片堿全自動(dòng)化包裝線成功投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了片堿包裝后處理自動(dòng)化。該項(xiàng)目的建成提高了裝置的自動(dòng)化程度，極大減輕了員工的工作強(qiáng)度。

1 工藝流程

來(lái)自離子膜工序的30.5%原料堿進(jìn)入30%堿緩沖罐，通過(guò)原料堿泵加到Ⅰ效蒸發(fā)器，使用Ⅱ效蒸發(fā)器的二次蒸汽在高真空下蒸發(fā)濃縮為46%濃度的堿。46%的堿液由Ⅰ效堿泵經(jīng)過(guò)蒸汽冷凝水換熱器打入Ⅱ效蒸發(fā)器，經(jīng)過(guò)Ⅱ效濃縮后得到61%濃度的液堿，由Ⅱ效堿泵加壓后經(jīng)調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定流量后進(jìn)入降膜管組成的最終濃縮器，被高溫熔鹽加熱濃縮后，在分離器中進(jìn)行氣液分離，堿液從下部進(jìn)入堿液分配器，平均分配進(jìn)入片堿機(jī)，被冷卻切片后成為片堿，落入下料斗，經(jīng)全自動(dòng)包裝機(jī)包裝后，輸送到碼垛機(jī)碼垛，再堆碼庫(kù)存。99%片堿生產(chǎn)線采用DCS系統(tǒng)控制，操作人員在控制室通過(guò)電腦完成生產(chǎn)線的操作和控制，現(xiàn)場(chǎng)巡檢工負(fù)責(zé)設(shè)備、儀表巡檢和維護(hù)。片堿工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 片堿生產(chǎn)工藝流程

2 全自動(dòng)包裝線項(xiàng)目的主要內(nèi)容

99%片堿包裝線的組成包括：鏈排供袋開(kāi)口、稱(chēng)重進(jìn)料裝袋、震動(dòng)排氣輸送、熱封折邊縫袋、自動(dòng)噴碼、機(jī)器人碼垛輸送等。

包裝過(guò)程中每一個(gè)動(dòng)作都依靠光電感應(yīng)觸發(fā)、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)操作完成，具體過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖2 片堿包裝動(dòng)作過(guò)程

2.1 設(shè)備

全自動(dòng)包裝線及機(jī)器人碼垛系統(tǒng)包含的設(shè)備有全自動(dòng)包裝機(jī)、彎道輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)、整形機(jī)、壓包輸送機(jī)、推包整形機(jī)、無(wú)動(dòng)力輸送機(jī)、碼垛機(jī)器人、自動(dòng)托盤(pán)庫(kù)、托盤(pán)輸送機(jī)、碼垛輸送機(jī)、電氣控制系統(tǒng)等設(shè)備和安全防護(hù)設(shè)施等。全自動(dòng)包裝機(jī)及機(jī)器人碼垛系統(tǒng)與2臺(tái)片堿機(jī)配套。

2.2 片堿包裝工藝流程

99%氫氧化鈉經(jīng)過(guò)片堿機(jī)冷卻切片后，人工將包裝袋放置在供袋機(jī)的供袋盤(pán)上，供袋機(jī)自動(dòng)取袋、送袋、開(kāi)袋。裝袋機(jī)開(kāi)始裝袋，物料灌裝后，拍袋機(jī)對(duì)滿(mǎn)料袋進(jìn)行拍打排氣，夾口整形機(jī)Ⅰ對(duì)袋口整形，夾口整形機(jī)Ⅱ用于將夾口整形機(jī)Ⅰ送來(lái)的料袋送入熱合封口機(jī)和縫口機(jī)，料袋在立袋輸送機(jī)上完成熱合封口、縫口工序。經(jīng)皮帶式輸送機(jī)提升至自動(dòng)碼垛機(jī)，通過(guò)托盤(pán)叉車(chē)碼至庫(kù)內(nèi)貯存，以上所有操作由PLC自動(dòng)控制，操作人員負(fù)責(zé)巡視和維護(hù)，無(wú)需人工干預(yù)。片堿包裝工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 片堿包裝工藝流程

2.3 包裝機(jī)組基本功能

該生產(chǎn)線為25 kg/袋的包裝線，采用2套自動(dòng)上袋全自動(dòng)包裝系統(tǒng)，每套包裝線主要包括電子包裝秤、自動(dòng)上袋、皮帶輸送單元、折邊縫包單元、倒袋整形單元和除塵器等，兩套自動(dòng)包裝系統(tǒng)并線后，共用一套碼垛機(jī)器人。整套系統(tǒng)具有故障顯示及報(bào)警功能，并有故障保護(hù)及聯(lián)鎖停機(jī)功能。

2.4 自動(dòng)碼垛系統(tǒng)性能要求

（1）物料描述：編織袋包裝（25 kg/袋）、5袋/層，錯(cuò)層堆碼，8層/垛（1 t）；

（2）碼垛能力：200袋/h，機(jī)器人應(yīng)能快速可靠地夾持包裝袋，不出現(xiàn)甩包或抓取不到位現(xiàn)象，滿(mǎn)足生產(chǎn)線工作節(jié)拍，碼垛整齊；

（3）設(shè)計(jì)年操作時(shí)間：8 000 h；

（4）環(huán)境溫度：0～50℃；

（5）噪聲聲壓級(jí)＜85 dB（A）；

（6）托盤(pán)尺寸：1 400 mm×1 200 mm×150 mm塑料雙面、雙向叉車(chē)處理型；

（7）控制硬件：PLC可編程控制器；

（8）操作面板：控制柜上彩色觸摸式中文顯示；

（9）具有故障自診斷顯示功能；機(jī)器人碼跺系統(tǒng)關(guān)鍵部件、執(zhí)行元器件選用進(jìn)口品牌；

（10）選用ABB公司、德國(guó)庫(kù)卡、發(fā)那科等同類(lèi)型智能堆垛機(jī)器人系列產(chǎn)品（三泰公司采用ABB智能堆垛機(jī)器人）。

3 99%片堿運(yùn)行情況

99%片堿生產(chǎn)線運(yùn)行初期，片堿濃度波動(dòng)較大，分析結(jié)果見(jiàn)表1（執(zhí)行GB/T209-2018標(biāo)準(zhǔn)）。

表1 片堿濃度分析結(jié)果%

從兩方面查找原因。

（1）從片堿取樣方法方面排查。抽取了3個(gè)班，對(duì)片堿取樣過(guò)程進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)3個(gè)班取樣方法各不相同。由于取樣方法不規(guī)范、不統(tǒng)一，造成了片堿濃度波動(dòng)。

（2）從片堿理化分析方面排查。從片堿機(jī)處和落地料中分別取樣，同時(shí)送至理化組和第三方進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 片堿機(jī)處及落地料分析結(jié)果

從表中可看出，理化組與第三方分析樣品的分析偏差大。

根據(jù)以上原因采取的措施。

（1）組織片堿工序人員開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)片堿取樣培訓(xùn)，規(guī)范取樣方法，保證片堿樣品具有代表性。

（2）根據(jù)理化組與第三方分析偏差，協(xié)調(diào)理化組與第三方進(jìn)行討論，尋找偏差原因，下發(fā)《關(guān)于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液管理》的規(guī)定，要求理化組按照標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備及標(biāo)定要求進(jìn)行操作，提高產(chǎn)品檢驗(yàn)分析精度和準(zhǔn)確度。

（3）為確保片堿產(chǎn)品質(zhì)量滿(mǎn)足需求，片堿產(chǎn)品指標(biāo)由最初制定的98.0%～99.5%（控制盡量向上限靠近），窄化至98.5%～99.2%，下調(diào)熔鹽爐的溫度，由最初的400℃下調(diào)至380℃，調(diào)整后片堿濃度趨于穩(wěn)定。

4 故障及解決措施

99%片堿生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)熔鹽、堿液結(jié)晶堵塞設(shè)備、管道，造成生產(chǎn)線停車(chē)的現(xiàn)象。所以應(yīng)做好以下幾方面工作：（1）開(kāi)車(chē)前系統(tǒng)要進(jìn)行預(yù)熱，停車(chē)后系統(tǒng)要吹掃干凈，不留死角。（2）確保片堿機(jī)、包裝機(jī)穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行，減少開(kāi)停車(chē)和切換次數(shù)。（3）做好設(shè)備、管線的保溫工作。

4.1 常見(jiàn)故障及解決方法

（1）供袋動(dòng)作異常

原因分析：鏈排皮帶與托板間距離較大，袋子卡在兩者之間；真空壓力不足，開(kāi)袋不成功。

解決方法：減小鏈排皮帶與托板間距離；保證真空泵正常工作，保證真空管路暢通。

（2）裝袋機(jī)棄袋

原因分析：袋口上袋高度較低，未超過(guò)料門(mén)正壓檢測(cè)位高度，或開(kāi)袋失敗后上袋。

解決方法：增加供袋機(jī)袋口停止位延時(shí)時(shí)間，保證開(kāi)袋成功率。

（3）稱(chēng)重誤差較大

原因分析：夾袋器內(nèi)部氣管與周?chē)O(shè)備有接觸；匯流塊與連接板間氣管有彎曲力，夾袋器單個(gè)氣缸手動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)秤顯示數(shù)值未回到原值。

解決方法：保證夾袋器內(nèi)部氣管與周?chē)O(shè)備無(wú)接觸，保證匯流塊與連接板間氣管平直無(wú)應(yīng)力，調(diào)整氣管位置，夾袋器氣缸動(dòng)作回位后數(shù)值回到原值。

（4）熱封機(jī)袋口打褶

原因分析：料袋由夾口整形機(jī)進(jìn)入熱封機(jī)過(guò)程中，袋口與熱封夾持器組件或其他部分有刮碰導(dǎo)致變形。

解決方法：觀察找出刮碰位置，調(diào)整后避免刮碰。

（5）除濕機(jī)E05報(bào)警

原因分析：除濕機(jī)進(jìn)入粉塵或其他原因?qū)е罗D(zhuǎn)輪皮帶打滑，致使行程開(kāi)關(guān)未檢測(cè)出到位信號(hào)。

解決方法：除濕機(jī)斷電后來(lái)回?cái)[動(dòng)行程開(kāi)關(guān)，重新通電運(yùn)行，同時(shí)調(diào)整皮帶彈簧張緊。

（6）除濕系統(tǒng)防護(hù)屏內(nèi)直反式光電一直有信號(hào)

原因分析：由于防護(hù)屏兩側(cè)均為不銹鋼及塑料材質(zhì)，表面較光滑，光反射較強(qiáng)，致使水平照射時(shí)一直有信號(hào)。

解決方法：可將光電安裝板掰成與水平方向呈一定角度，防止信號(hào)直接反射。

（7）料袋內(nèi)含氣量較多

原因分析：片狀物料間隙較大，不易振實(shí)；袋口三角區(qū)含氣量較多。

解決方法：可提高升降輸送機(jī)顛袋頻率，延長(zhǎng)振動(dòng)排氣時(shí)間，夾口整形機(jī)導(dǎo)桿配合斜坡立袋輸送機(jī)排氣導(dǎo)桿尾盡量壓制料面且間距盡量小。

（8）電機(jī)保護(hù)跳閘

打開(kāi)控制柜，確認(rèn)跳閘斷路器，分析故障原因，排除故障后，將斷路器重新合閘即可。如果某個(gè)回路的斷路器頻繁出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，需要檢查此回路是否有短路、接線松動(dòng)等現(xiàn)象，排除后若還是跳閘，則需要增大斷路器過(guò)載電流或檢查相應(yīng)的電機(jī)是否有故障。

4.2 典型故障及解決措施

4.2.1 包裝機(jī)氣源接頭

自動(dòng)包裝機(jī)投產(chǎn)初期，氣動(dòng)元件故障頻繁，主要是氣缸與氣源管連接部位經(jīng)常破裂。氣源接頭共有兩種類(lèi)型，一類(lèi)是將氣源管與氣缸連接，另一類(lèi)是調(diào)速接頭，通過(guò)調(diào)節(jié)氣源壓力，實(shí)現(xiàn)操作速度控制。考慮到片堿的腐蝕性，氣源接頭選用PP材質(zhì)，但在生產(chǎn)幾周后，陸續(xù)出現(xiàn)接頭漏氣，經(jīng)過(guò)分析，PP材質(zhì)的接頭并不耐片堿腐蝕，短期內(nèi)出現(xiàn)接頭腐蝕漏氣，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，將PP接頭全部改為不銹鋼材質(zhì)，解決了氣源接頭的漏氣問(wèn)題。

4.2.2 干燥除濕系統(tǒng)及負(fù)壓除塵系統(tǒng)

99%片堿主要物化性質(zhì)：白色半透明片狀固體，有很強(qiáng)的吸濕性。易溶于水，溶解時(shí)放熱，水溶液呈堿性，有滑膩感；腐蝕性極強(qiáng)，對(duì)纖維、皮膚、玻璃、陶瓷等有腐蝕作用。

片堿的物化性質(zhì)決定了對(duì)包裝機(jī)周?chē)墓ぷ鳝h(huán)境和接觸物料的材質(zhì)有苛刻的要求。新投運(yùn)包裝機(jī)雖大部分為304不銹鋼材質(zhì)，但在運(yùn)行過(guò)程中還是出現(xiàn)因材質(zhì)不適影響連續(xù)生產(chǎn)的問(wèn)題，主要是非直接接觸物料自動(dòng)控制配件選用鋁材，時(shí)間長(zhǎng)了產(chǎn)生腐蝕，局部強(qiáng)度不夠造成氣動(dòng)系統(tǒng)泄漏。逐步更換材質(zhì)后，解決了該問(wèn)題。

解決片堿吸潮和堿塵問(wèn)題，從3個(gè)方面入手：（1）增加一臺(tái)干燥除濕機(jī)，為包裝機(jī)提供干燥的熱風(fēng)，同時(shí)將包裝機(jī)內(nèi)的濕空氣抽出，在生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)循環(huán)往復(fù)工作，極大地改善了片堿粉塵的吸潮現(xiàn)象。（2）為片堿機(jī)安裝了負(fù)壓除塵系統(tǒng)，可以去除片堿機(jī)、下料倉(cāng)的大部分堿塵。（3）在片堿工房外北側(cè)連接除塵系統(tǒng)，（將含塵廢氣經(jīng)水吸收后）安裝12 m高的煙囪排放廢氣。采取以上措施后，明顯改善了工作環(huán)境，消除了堿塵以及堿塵對(duì)電子設(shè)備元器件的腐蝕。

4.2.3 包裝袋改進(jìn)

片堿包裝袋要求密封完好，外層耐磨損。最初試用的包裝袋，內(nèi)袋與外袋分開(kāi)，內(nèi)袋底部與外袋熱壓在一起。弊端是（1）底袋袋口熱壓寬度偏窄，在碼垛、搬運(yùn)時(shí)內(nèi)外袋不牢靠容易撐開(kāi)。（2）包裝袋上部撐口時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)外袋無(wú)法同步撐開(kāi)，造成上袋失敗。（3）人工套袋時(shí)會(huì)出現(xiàn)內(nèi)外袋不能對(duì)齊鋪平，熱壓時(shí)產(chǎn)生褶皺，導(dǎo)致后續(xù)折邊、縫包時(shí)，出現(xiàn)卡袋現(xiàn)象。根據(jù)上述問(wèn)題，由供袋廠家將內(nèi)外分開(kāi)袋改為一體袋，并通過(guò)設(shè)定熱封時(shí)長(zhǎng)和溫度，解決了以上問(wèn)題。

4.2.4 片堿結(jié)塊

在運(yùn)行初期，有客戶(hù)反應(yīng)部分包裝袋或某批次片堿出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)是由片堿溫度偏高，部分包裝袋破損（封包線斷線、包裝袋底封口破口、熱熔封口開(kāi)口等），加糖量影響等原因造成的。

（1）片堿溫度未完全冷卻即兩垛碼放一起（8層為一跺），片堿碼垛層數(shù)過(guò)高，將下層的壓實(shí)造成結(jié)塊；片堿切片過(guò)小，容易結(jié)塊。

（2）加糖量是影響片堿成形結(jié)塊的因素之一，片堿生產(chǎn)初期按照0.12 kg/t NaOH的用量添加。

（3）99%片堿包裝袋為雙道縫口，包裝袋底端熱熔封邊線溫度較低。片堿在包裝時(shí)，受片堿熱量和重量的影響，產(chǎn)品進(jìn)入包裝袋底部時(shí)造成熱熔封邊線部分開(kāi)裂；片堿包裝袋內(nèi)膜底部熱熔封邊與外縫包線距離較遠(yuǎn)（大概為1.5 cm），產(chǎn)品下落或裝卸車(chē)時(shí)熱熔封邊無(wú)法承受重量，導(dǎo)致熱熔線的中間部位破裂，空氣從包裝線針孔處進(jìn)入，使片堿受潮結(jié)塊；封包線材質(zhì)使用錯(cuò)誤，不耐燒堿腐蝕，使封包線腐蝕脫落，導(dǎo)致空氣進(jìn)入結(jié)塊；包裝袋質(zhì)量差，太軟、太硬或折邊不好等都會(huì)導(dǎo)致封包時(shí)封包線未封好，容易破損。

采取措施：（1）將片堿的晾涼時(shí)間延長(zhǎng)，碼垛層數(shù)由10層50袋調(diào)整為8層40袋，進(jìn)行單層碼放；適當(dāng)加大片堿切片直徑。（2）加糖量按照1 t離子膜法燒堿（折100%NaOH）加入0.15 kg蔗糖的比例適量加入。（3）提高包裝袋底端熱熔溫度，縮短包裝袋底部?jī)?nèi)膜熱熔封邊與底部縫包線的距離，解決包裝袋底部密封問(wèn)題。根據(jù)廠家指導(dǎo)意見(jiàn)，調(diào)整包裝袋上口熱熔機(jī)熱熔溫度，提高熱熔質(zhì)量。

4.2.5 噴碼機(jī)故障

在冬季噴碼機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)噴出的字碼不連續(xù)，甚至噴不出的現(xiàn)象，或者噴出的字碼字跡淺。經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)是使用的噴墨質(zhì)量差、稀釋劑使用量不合理（冬季為了更容易噴出墨，稀釋劑用量過(guò)多；夏季稀釋劑偏少，墨容易變稠。）采用設(shè)備廠家提供的墨之后該現(xiàn)象減少。經(jīng)廠家推薦，目前采用小字符噴碼機(jī)，噴出的字碼清晰、美觀，使用效果良好。

5 99%片堿包裝線危險(xiǎn)區(qū)域

99%片堿生產(chǎn)線在運(yùn)行過(guò)程中，全自動(dòng)包裝線處于機(jī)械自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，如不注意很容易發(fā)生機(jī)械傷人事故，因此有些區(qū)域嚴(yán)禁人員進(jìn)入。如遇到必須進(jìn)入的情況，須嚴(yán)格按如下所述的操作程序執(zhí)行，以免發(fā)生人身傷害事故。危險(xiǎn)區(qū)域示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 包裝單元危險(xiǎn)區(qū)域示意圖

區(qū)域1：裝袋機(jī)和供袋機(jī)圍成的區(qū)域及夾口整形機(jī)夾袋區(qū)域。

區(qū)域內(nèi)氣缸動(dòng)作產(chǎn)生的沖力較大，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，或故障停機(jī)狀態(tài)下嚴(yán)禁進(jìn)入。必須按下操作盤(pán)上的“停止”或“急?！卑粹o，在確保斷電、斷氣，且氣動(dòng)管路中的余壓釋放后，人員方可進(jìn)入。

區(qū)域2：封口機(jī)熱封組件工作區(qū)域。

封口機(jī)運(yùn)行時(shí)，熱封組件溫度較高，易發(fā)生燙傷危險(xiǎn)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，禁止接觸熱封組件。設(shè)備停機(jī)后，熱封組件余溫仍很高，須待封口組件冷卻后，方可進(jìn)行相應(yīng)的操作。

區(qū)域3：立袋輸送機(jī)的倒袋區(qū)域。

在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，或故障停機(jī)狀態(tài)下，嚴(yán)禁進(jìn)入此區(qū)域，以免發(fā)生擠傷、觸電等危險(xiǎn)。必須按下操作盤(pán)上的“停止”或“急?！卑粹o，確保斷電后，方可進(jìn)入。

裝袋機(jī)各防護(hù)門(mén)上裝有行程開(kāi)關(guān)，在打開(kāi)防護(hù)門(mén)時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)停止。因此，在裝袋機(jī)正常工作時(shí)，不要打開(kāi)防護(hù)門(mén)。防護(hù)門(mén)起安全保護(hù)作用，嚴(yán)禁拆下防護(hù)門(mén)或門(mén)上的行程開(kāi)關(guān)。如果防護(hù)門(mén)上的行程開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障，在打開(kāi)防護(hù)門(mén)時(shí)，裝袋機(jī)沒(méi)有斷電，須按下操作盤(pán)上的“停止”或“急?！卑粹o，確保斷電。

6 小結(jié)

99%片堿自動(dòng)化包裝線生產(chǎn)初期出現(xiàn)的各種問(wèn)題，經(jīng)過(guò)不斷摸索，逐步解決了問(wèn)題，積累了經(jīng)驗(yàn)。運(yùn)行后期又針對(duì)片堿粉塵輕、流動(dòng)性強(qiáng)、空氣親和性強(qiáng)的特點(diǎn)，嚴(yán)格控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的粉塵外溢，改善了作業(yè)環(huán)境，為后續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)打下良好基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。但是片堿粉塵對(duì)包裝線光電感應(yīng)元件的影響難以徹底解決，需要定期進(jìn)行清理。