張建超+張磊+王進(jìn)安
摘 要:為解決洗梗機(jī)預(yù)熱時(shí)間長、水溫波動(dòng)大和水溫過程能力指數(shù)低的問題,在洗梗設(shè)備上加裝混水裝置,縮短預(yù)熱時(shí)間;通過優(yōu)化PID控制參數(shù),得到一組最佳參量:P=0.02,I=1m20s,D=10s;最后,利用DOE實(shí)驗(yàn),找出洗梗流速、洗梗溫度和網(wǎng)帶速度的最佳組合:29Hz、50℃和32Hz。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:洗梗機(jī)預(yù)熱時(shí)間由45分鐘縮短到13分鐘,水溫的過程能力指數(shù)由0.87提高到1.34,每年可節(jié)約蒸汽640噸,降耗明顯。
關(guān)鍵詞:洗梗機(jī);混水裝置;水溫過程能力指數(shù);PID控制;DOE實(shí)驗(yàn)
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.231
1 引言
洗梗是煙梗絲加工環(huán)節(jié)的關(guān)鍵工序之一,其工藝目的在于增加煙梗水分、溫度,去除煙梗表面的雜質(zhì)(塵土、砂石、金屬)。以目前煙草行業(yè)常用的WQ833A型水槽式洗梗機(jī)為例,其工作原理如下:設(shè)備清洗系統(tǒng)主要由主水箱、副水箱、循環(huán)水泵、S形清洗通道構(gòu)成。生產(chǎn)時(shí),煙梗經(jīng)振動(dòng)輸送機(jī)送入,在洗梗機(jī)內(nèi)與水充分混合。利用來料中雜質(zhì)與水的比重差異,可使雜質(zhì)溶解、沉積,達(dá)到清潔目的。主副水箱中的水由于水泵作用循環(huán)流動(dòng)形成水勢差,副水箱中的水和煙梗在洗梗機(jī)入口處同時(shí)進(jìn)入S型清洗通道,水自上而下流動(dòng),煙梗與水充分接觸流入下傾的分離槽,沙石、金屬等異物隨之沉積。煙梗則經(jīng)網(wǎng)帶式振動(dòng)輸送機(jī),與水分離,送至下道工序。
2 存在的問題
洗梗機(jī)工作時(shí),通過水箱底部的蒸汽盤管對水加熱。為使水溫達(dá)到工藝要求的標(biāo)定值,蒸汽流量由氣動(dòng)薄膜閥控制。水溫升高到50℃后洗梗機(jī)方可工作,此過程俗稱預(yù)熱。日常生產(chǎn)中,常因蒸汽管路隔熱層破損、蒸汽盤管內(nèi)部結(jié)垢等原因,導(dǎo)致?lián)Q熱效率低,預(yù)熱時(shí)間長(平均45min,最長可達(dá)1h)。另外,若水箱內(nèi)液面高度低于音叉開關(guān)檢測值,則補(bǔ)水系統(tǒng)開始注水,補(bǔ)進(jìn)的冷水與水箱內(nèi)部50℃的溫?zé)崴旌?,產(chǎn)生較大水溫波動(dòng),影響煙梗清洗效果,對洗梗過程中質(zhì)量控制的穩(wěn)定性也造成了一定的影響。
3 改進(jìn)方法
3.1 增加混水裝置減少預(yù)熱時(shí)間
為了降低洗梗工序的預(yù)熱時(shí)間,在原有換熱管路上加裝斯派莎克Mk11水混合站,對新補(bǔ)冷水迅速加熱。為了控制水—汽混合時(shí)蒸汽占比,在混水裝置蒸汽入口前加裝調(diào)壓閥,調(diào)節(jié)蒸汽壓力以控制出口熱水溫度。
試驗(yàn)表明,當(dāng)蒸汽壓力經(jīng)調(diào)壓閥穩(wěn)定在0.6MPa時(shí),洗梗機(jī)新進(jìn)補(bǔ)水溫度能達(dá)到所需工藝要求(50±5℃)。
3.2 調(diào)整PID控制參數(shù)
混水裝置安裝后,由于水箱新進(jìn)補(bǔ)水溫度已從常溫增至50℃左右,原始的水箱溫度PID控制參數(shù)不再適用,我們通過重新計(jì)算和實(shí)驗(yàn)摸索出一組較為優(yōu)化的新設(shè)定組。
原始設(shè)定組:P=0.5;I=40s;D=10s;
更新設(shè)定組:P=0.02;I=1m20s;D=10s;
原始設(shè)定組,適用于新進(jìn)補(bǔ)水水溫與工藝要求洗梗水溫溫差較大時(shí),為快速使水箱水溫升到要求值所設(shè)。原始設(shè)定組P值較大,調(diào)整幅度大,升溫較快。但受熱慣量影響,調(diào)差大,容易產(chǎn)生波動(dòng)。其單批(約2小時(shí))洗梗水箱水溫過程曲線,如圖4所示。
更新設(shè)定組,P值小,適用于實(shí)際水溫與工藝要求洗梗水溫溫差較小時(shí)。采用新的PID參數(shù)組合實(shí)際生產(chǎn)水箱水溫更加穩(wěn)定,調(diào)差小,接近設(shè)定的中心值,單批生產(chǎn)水溫曲線波動(dòng)較小,如圖5所示。
3.3 優(yōu)化洗梗機(jī)其他性能參數(shù)
洗煙梗工序中,洗梗機(jī)的洗梗流速、洗梗溫度和網(wǎng)帶式振動(dòng)輸送機(jī)輸送速度是影響水洗后煙梗含水率、除沙率的重要因素。通過DOE 實(shí)驗(yàn),以煙梗出口含水率作為響應(yīng),優(yōu)化洗梗流速、洗梗水溫和網(wǎng)帶速度的最佳參數(shù)組合。
洗梗機(jī)運(yùn)行過程中,實(shí)時(shí)采集洗梗機(jī)的洗梗流速、水溫和網(wǎng)帶速度數(shù)據(jù),利用Minitable軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,通過響應(yīng)優(yōu)化器獲得洗梗流速、洗梗水溫和網(wǎng)帶速度的最佳參數(shù)組合為29Hz、50℃和32Hz,并將優(yōu)化后的洗梗機(jī)參數(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)中。
4 結(jié)果討論
改進(jìn)完成后,隨機(jī)抽取不同時(shí)間段批次煙梗生產(chǎn)數(shù)據(jù),進(jìn)行了預(yù)熱時(shí)間的統(tǒng)計(jì),如表1所示。
生產(chǎn)過程中,洗梗機(jī)自動(dòng)補(bǔ)入溫水后,水溫波動(dòng)情況如圖7所示。
經(jīng)數(shù)據(jù)分析得出:洗梗機(jī)的預(yù)熱時(shí)間由原來的平均約45分鐘降低到平均約13分鐘,水溫波動(dòng)明顯減小。通過更改內(nèi)部PID控制方式,選用現(xiàn)在的PID設(shè)置(P=0.02;I=1m20s;D=10s;)和選用優(yōu)化后的參數(shù)組合(洗梗流速=29Hz、水箱溫度=50℃和網(wǎng)帶速度=32Hz)后,洗梗機(jī)生產(chǎn)過程中水溫的過程能力指數(shù)由0.87提高到1.34。保證洗梗質(zhì)量的同時(shí),每年可節(jié)約蒸汽能源640噸,節(jié)約費(fèi)用約16萬元,大大降低了能源消耗,提升了產(chǎn)品質(zhì)量。
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