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（以下簡稱三泰公司）現(xiàn)有燒堿產(chǎn)能14萬t/a，為調(diào)整燒堿產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，拓展產(chǎn)品銷售半徑，2019年12月9日，由哈爾濱博實自動化股份有限公司和三泰公司合作研發(fā)的片堿全自動化包裝線成功投運，實現(xiàn)了片堿包裝后處理自動化。該項目的建成提高了裝置的自動化程度，極大減輕了員工的工作強度。

1 工藝流程

來自離子膜工序的30.5%原料堿進入30%堿緩沖罐，通過原料堿泵加到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)過蒸汽冷凝水換熱器打入Ⅱ效蒸發(fā)器，經(jīng)過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，在分離器中進行氣液分離，堿液從下部進入堿液分配器，平均分配進入片堿機，被冷卻切片后成為片堿，落入下料斗，經(jīng)全自動包裝機包裝后，輸送到碼垛機碼垛，再堆碼庫存。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電腦完成生產(chǎn)線的操作和控制，現(xiàn)場巡檢工負責設備、儀表巡檢和維護。片堿工藝流程見圖1。

圖1 片堿生產(chǎn)工藝流程

2 全自動包裝線項目的主要內(nèi)容

99%片堿包裝線的組成包括：鏈排供袋開口、稱重進料裝袋、震動排氣輸送、熱封折邊縫袋、自動噴碼、機器人碼垛輸送等。

包裝過程中每一個動作都依靠光電感應觸發(fā)、氣動機構(gòu)操作完成，具體過程見圖2。

圖2 片堿包裝動作過程

2.1 設備

全自動包裝線及機器人碼垛系統(tǒng)包含的設備有全自動包裝機、彎道輸送機、皮帶輸送機、整形機、壓包輸送機、推包整形機、無動力輸送機、碼垛機器人、自動托盤庫、托盤輸送機、碼垛輸送機、電氣控制系統(tǒng)等設備和安全防護設施等。全自動包裝機及機器人碼垛系統(tǒng)與2臺片堿機配套。

2.2 片堿包裝工藝流程

99%氫氧化鈉經(jīng)過片堿機冷卻切片后，人工將包裝袋放置在供袋機的供袋盤上，供袋機自動取袋、送袋、開袋。裝袋機開始裝袋，物料灌裝后，拍袋機對滿料袋進行拍打排氣，夾口整形機Ⅰ對袋口整形，夾口整形機Ⅱ用于將夾口整形機Ⅰ送來的料袋送入熱合封口機和縫口機，料袋在立袋輸送機上完成熱合封口、縫口工序。經(jīng)皮帶式輸送機提升至自動碼垛機，通過托盤叉車碼至庫內(nèi)貯存，以上所有操作由PLC自動控制，操作人員負責巡視和維護，無需人工干預。片堿包裝工藝流程見圖3。

圖3 片堿包裝工藝流程

2.3 包裝機組基本功能

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

2.4 自動碼垛系統(tǒng)性能要求

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

（2）碼垛能力：200袋/h，機器人應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，滿足生產(chǎn)線工作節(jié)拍，碼垛整齊；

（3）設計年操作時間：8 000 h；

（4）環(huán)境溫度：0～50℃；

（5）噪聲聲壓級＜85 dB（A）；

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

（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；機器人碼跺系統(tǒng)關鍵部件、執(zhí)行元器件選用進口品牌；

（10）選用ABB公司、德國庫卡、發(fā)那科等同類型智能堆垛機器人系列產(chǎn)品（三泰公司采用ABB智能堆垛機器人）。

3 99%片堿運行情況

99%片堿生產(chǎn)線運行初期，片堿濃度波動較大，分析結(jié)果見表1（執(zhí)行GB/T209-2018標準）。

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個班，對片堿取樣過程進行跟蹤，發(fā)現(xiàn)3個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。

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

表2 片堿機處及落地料分析結(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展現(xiàn)場片堿取樣培訓，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)理化組與第三方進行討論，尋找偏差原因，下發(fā)《關于規(guī)范標準滴定溶液管理》的規(guī)定，要求理化組按照標準溶液的制備及標定要求進行操作，提高產(chǎn)品檢驗分析精度和準確度。

（3）為確保片堿產(chǎn)品質(zhì)量滿足需求，片堿產(chǎn)品指標由最初制定的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)過程中經(jīng)常出現(xiàn)熔鹽、堿液結(jié)晶堵塞設備、管道，造成生產(chǎn)線停車的現(xiàn)象。所以應做好以下幾方面工作：（1）開車前系統(tǒng)要進行預熱，停車后系統(tǒng)要吹掃干凈，不留死角。（2）確保片堿機、包裝機穩(wěn)定長周期運行，減少開停車和切換次數(shù)。（3）做好設備、管線的保溫工作。

4.1 常見故障及解決方法

（1）供袋動作異常

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）裝袋機棄袋

原因分析：袋口上袋高度較低，未超過料門正壓檢測位高度，或開袋失敗后上袋。

解決方法：增加供袋機袋口停止位延時時間，保證開袋成功率。

（3）稱重誤差較大

原因分析：夾袋器內(nèi)部氣管與周圍設備有接觸；匯流塊與連接板間氣管有彎曲力，夾袋器單個氣缸手動狀態(tài)運行時秤顯示數(shù)值未回到原值。

解決方法：保證夾袋器內(nèi)部氣管與周圍設備無接觸，保證匯流塊與連接板間氣管平直無應力，調(diào)整氣管位置，夾袋器氣缸動作回位后數(shù)值回到原值。

（4）熱封機袋口打褶

原因分析：料袋由夾口整形機進入熱封機過程中，袋口與熱封夾持器組件或其他部分有刮碰導致變形。

解決方法：觀察找出刮碰位置，調(diào)整后避免刮碰。

（5）除濕機E05報警

原因分析：除濕機進入粉塵或其他原因?qū)е罗D(zhuǎn)輪皮帶打滑，致使行程開關未檢測出到位信號。

解決方法：除濕機斷電后來回擺動行程開關，重新通電運行，同時調(diào)整皮帶彈簧張緊。

（6）除濕系統(tǒng)防護屏內(nèi)直反式光電一直有信號

原因分析：由于防護屏兩側(cè)均為不銹鋼及塑料材質(zhì)，表面較光滑，光反射較強，致使水平照射時一直有信號。

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；袋口三角區(qū)含氣量較多。

解決方法：可提高升降輸送機顛袋頻率，延長振動排氣時間，夾口整形機導桿配合斜坡立袋輸送機排氣導桿尾盡量壓制料面且間距盡量小。

（8）電機保護跳閘

打開控制柜，確認跳閘斷路器，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、接線松動等現(xiàn)象，排除后若還是跳閘，則需要增大斷路器過載電流或檢查相應的電機是否有故障。

4.2 典型故障及解決措施

4.2.1 包裝機氣源接頭

自動包裝機投產(chǎn)初期，氣動元件故障頻繁，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型，一類是將氣源管與氣缸連接，另一類是調(diào)速接頭，通過調(diào)節(jié)氣源壓力，實現(xiàn)操作速度控制?？紤]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題。

4.2.2 干燥除濕系統(tǒng)及負壓除塵系統(tǒng)

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

片堿的物化性質(zhì)決定了對包裝機周圍的工作環(huán)境和接觸物料的材質(zhì)有苛刻的要求。新投運包裝機雖大部分為304不銹鋼材質(zhì)，但在運行過程中還是出現(xiàn)因材質(zhì)不適影響連續(xù)生產(chǎn)的問題，主要是非直接接觸物料自動控制配件選用鋁材，時間長了產(chǎn)生腐蝕，局部強度不夠造成氣動系統(tǒng)泄漏。逐步更換材質(zhì)后，解決了該問題。

解決片堿吸潮和堿塵問題，從3個方面入手：（1）增加一臺干燥除濕機，為包裝機提供干燥的熱風，同時將包裝機內(nèi)的濕空氣抽出，在生產(chǎn)線運行時循環(huán)往復工作，極大地改善了片堿粉塵的吸潮現(xiàn)象。（2）為片堿機安裝了負壓除塵系統(tǒng)，可以去除片堿機、下料倉的大部分堿塵。（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電子設備元器件的腐蝕。

4.2.3 包裝袋改進

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，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、搬運時內(nèi)外袋不牢靠容易撐開。（2）包裝袋上部撐口時，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)外袋無法同步撐開，造成上袋失敗。（3）人工套袋時會出現(xiàn)內(nèi)外袋不能對齊鋪平，熱壓時產(chǎn)生褶皺，導致后續(xù)折邊、縫包時，出現(xiàn)卡袋現(xiàn)象。根據(jù)上述問題，由供袋廠家將內(nèi)外分開袋改為一體袋，并通過設定熱封時長和溫度，解決了以上問題。

4.2.4 片堿結(jié)塊

在運行初期，有客戶反應部分包裝袋或某批次片堿出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。通過研究發(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)過高，將下層的壓實造成結(jié)塊；片堿切片過小，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，受片堿熱量和重量的影響，產(chǎn)品進入包裝袋底部時造成熱熔封邊線部分開裂；片堿包裝袋內(nèi)膜底部熱熔封邊與外縫包線距離較遠（大概為1.5 cm），產(chǎn)品下落或裝卸車時熱熔封邊無法承受重量，導致熱熔線的中間部位破裂，空氣從包裝線針孔處進入，使片堿受潮結(jié)塊；封包線材質(zhì)使用錯誤，不耐燒堿腐蝕，使封包線腐蝕脫落，導致空氣進入結(jié)塊；包裝袋質(zhì)量差，太軟、太硬或折邊不好等都會導致封包時封包線未封好，容易破損。

采取措施：（1）將片堿的晾涼時間延長，碼垛層數(shù)由10層50袋調(diào)整為8層40袋，進行單層碼放；適當加大片堿切片直徑。（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，縮短包裝袋底部內(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題。根據(jù)廠家指導意見，調(diào)整包裝袋上口熱熔機熱熔溫度，提高熱熔質(zhì)量。

4.2.5 噴碼機故障

在冬季噴碼機經(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)過多次驗證，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，稀釋劑用量過多；夏季稀釋劑偏少，墨容易變稠。）采用設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，噴出的字碼清晰、美觀，使用效果良好。

5 99%片堿包裝線危險區(qū)域

99%片堿生產(chǎn)線在運行過程中，全自動包裝線處于機械自動運轉(zhuǎn)狀態(tài)，如不注意很容易發(fā)生機械傷人事故，因此有些區(qū)域嚴禁人員進入。如遇到必須進入的情況，須嚴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。危險區(qū)域示意圖見圖4。

圖4 包裝單元危險區(qū)域示意圖

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

區(qū)域內(nèi)氣缸動作產(chǎn)生的沖力較大，在設備運行過程中，或故障停機狀態(tài)下嚴禁進入。必須按下操作盤上的“停止”或“急停”按鈕，在確保斷電、斷氣，且氣動管路中的余壓釋放后，人員方可進入。

區(qū)域2：封口機熱封組件工作區(qū)域。

封口機運行時，熱封組件溫度較高，易發(fā)生燙傷危險，設備運行時，禁止接觸熱封組件。設備停機后，熱封組件余溫仍很高，須待封口組件冷卻后，方可進行相應的操作。

區(qū)域3：立袋輸送機的倒袋區(qū)域。

在設備運行過程中，或故障停機狀態(tài)下，嚴禁進入此區(qū)域，以免發(fā)生擠傷、觸電等危險。必須按下操作盤上的“停止”或“急?！卑粹o，確保斷電后，方可進入。

裝袋機各防護門上裝有行程開關，在打開防護門時，設備會自動停止。因此，在裝袋機正常工作時，不要打開防護門。防護門起安全保護作用，嚴禁拆下防護門或門上的行程開關。如果防護門上的行程開關出現(xiàn)故障，在打開防護門時，裝袋機沒有斷電，須按下操作盤上的“停止”或“急?！卑粹o，確保斷電。

6 小結(jié)

99%片堿自動化包裝線生產(chǎn)初期出現(xiàn)的各種問題，經(jīng)過不斷摸索，逐步解決了問題，積累了經(jīng)驗。運行后期又針對片堿粉塵輕、流動性強、空氣親和性強的特點，嚴格控制生產(chǎn)現(xiàn)場的粉塵外溢，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，經(jīng)過一年多的運行，達到了預期的設計目標。但是片堿粉塵對包裝線光電感應元件的影響難以徹底解決，需要定期進行清理。