陳加坤，丁文彬，劉銀初，盛小文

江西中煙工業(yè)有限責(zé)任井岡山卷煙廠制絲車間，吉安市井開區(qū)南山大道298號(hào) 343100

在加香工序過程中排潮系統(tǒng)主要是利用風(fēng)力將出口成品煙絲中的廢氣和煙塵抽出，保證成品煙絲香氣適宜、質(zhì)量更純，因此排潮系統(tǒng)的完好狀態(tài)和排潮管路的清潔狀況至關(guān)重要。但在實(shí)際生產(chǎn)中存在本地排潮風(fēng)機(jī)葉輪處易起火、排潮管道內(nèi)壁易積垢，難清潔、排潮管路內(nèi)壁粘附的煙垢煙油掉入成品煙絲引起質(zhì)量事故等問題，造成排潮系統(tǒng)不穩(wěn)定、排潮效果不理想、工藝質(zhì)量投訴多、設(shè)備維保勞動(dòng)強(qiáng)度大、設(shè)備維修費(fèi)用高等后果。為解決此類問題，陳文明[1]對(duì)除塵管路系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，避免了加香機(jī)溢香，保證了加香機(jī)加香的均勻性和產(chǎn)品質(zhì)量。崔玲玲等[2]設(shè)計(jì)了排潮風(fēng)機(jī)自動(dòng)清潔裝置和煙塵顆粒分離沉降室，實(shí)現(xiàn)了排潮風(fēng)機(jī)和排潮管道的自動(dòng)清潔，避免了設(shè)備的反復(fù)拆卸和安裝，提高了排潮系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。焦躍層等[3]設(shè)計(jì)了旋風(fēng)除塵器作為沉降單元，采用清洗水作為降溫介質(zhì)，在水淋降溫過程中對(duì)高溫粉塵顆粒進(jìn)行捕捉，解決了排潮管道堵塞問題。張冰江等[4]設(shè)計(jì)的一種滾筒排潮管道自動(dòng)清洗裝置，實(shí)現(xiàn)了排潮管路自動(dòng)清洗，保障了排潮管道的干凈度，減輕了維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了安全隱患。但上述類似改進(jìn)設(shè)計(jì)未能解決當(dāng)前實(shí)際存在的問題。為此，以SJ233B 加香機(jī)為研究對(duì)象，通過改進(jìn)當(dāng)前排潮系統(tǒng)，并針對(duì)性設(shè)計(jì)一排潮管路清潔系統(tǒng)，以提高排潮系統(tǒng)健康運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品質(zhì)量投訴次數(shù)，降低排潮管路維保勞動(dòng)強(qiáng)度，減少排潮管路維修費(fèi)用等。

1 問題分析

（1）SJ233B 加香機(jī)排潮過程是采用集中排潮風(fēng)機(jī)與本地排潮風(fēng)機(jī)同步運(yùn)行，以利用風(fēng)力將出口成品煙絲中的廢氣和煙塵抽出。本地排潮系統(tǒng)組成，見圖1 示。排潮口通過較長距離的連接管與位于樓上的集中排潮風(fēng)機(jī)連接。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于加香工序產(chǎn)生的廢氣中含有較強(qiáng)粘性的霧狀香精，在排潮風(fēng)機(jī)抽吸下，部分煙塵因粘性霧狀香精逐漸被粘附在排潮管路內(nèi)壁、本地排潮風(fēng)機(jī)內(nèi)殼和風(fēng)機(jī)葉輪表面；同時(shí)又因本地排潮風(fēng)機(jī)與集中排潮風(fēng)機(jī)之間的連接排潮管路跨度之大，銜接彎頭之多，在長時(shí)間運(yùn)行以后，上述位置處積攢的煙塵及粘性霧狀香精會(huì)不斷增加抽吸含塵氣體的阻力，進(jìn)而導(dǎo)致煙塵積攢日漸增多，尤其在本地排潮風(fēng)機(jī)葉輪位置。因此若不及時(shí)拆卸清潔，不僅嚴(yán)重影響實(shí)際排潮效果，而且極易在本地排潮風(fēng)機(jī)葉輪處因風(fēng)機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)與煙塵摩擦靜電產(chǎn)生火星進(jìn)而引發(fā)起火。據(jù)2019 年6～8 月份本地排潮風(fēng)機(jī)葉輪處起火數(shù)據(jù)如表1 可知，起火次數(shù)達(dá)3.7 次/月。嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行安全和排潮系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，甚至造成因除塵房排潮管道內(nèi)部起火引起管路安全裝置防火閥關(guān)閉切斷，最終導(dǎo)致排潮系統(tǒng)起火報(bào)警引起全線設(shè)備停機(jī)斷流。

圖 1 SJ233B 加香機(jī)排潮系統(tǒng)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of moisture exhaust pipeline system of SJ233B flavoring machine

（2）據(jù)圖1 可知，排潮罩位于加香滾筒出口振槽正上方，因此為避免排潮管道內(nèi)壁上的煙垢與煙油在生產(chǎn)過程中掉落至下方出口振槽成品煙絲中造成水漬煙、濕團(tuán)煙和雜質(zhì)煙的現(xiàn)象，車間提出需對(duì)本地排潮管路作嚴(yán)格的日保清洗要求。同時(shí)為防止本地排潮風(fēng)機(jī)葉輪位置處出現(xiàn)火星起火現(xiàn)象，則另需對(duì)本地排潮風(fēng)機(jī)等銜接管路作嚴(yán)格的周/月維護(hù)保養(yǎng)要求。每月的三級(jí)保養(yǎng)過程步驟繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。其中日保平均耗時(shí)為32 min/次；周/月保平均耗時(shí)為78 min/次。尤其是本地排潮風(fēng)機(jī)的拆卸、清洗、安裝過程耗時(shí)耗力，而且經(jīng)常拆卸與安裝不僅會(huì)影響排潮系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且極易造成排潮風(fēng)機(jī)的機(jī)械損傷等。經(jīng)以上綜合分析發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)現(xiàn)有排潮系統(tǒng)并增加配套的清潔系統(tǒng)是解決上述問題的關(guān)鍵。

2 改進(jìn)方法

2.1 排潮系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1.1 沉降方式的選擇

當(dāng)前，煙草行業(yè)除塵系統(tǒng)應(yīng)用較多的機(jī)械式除塵主要有以下三種，如重力沉降室、慣性除塵器、旋風(fēng)分離器[5]等。對(duì)比其性能，首先重力沉降室主要是利用重力作用使塵粒從氣流中自然沉降，含塵氣體進(jìn)入沉降室后流道截面增大、流速降低；又因顆粒與流體的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而沉降至底部被流走[6-7]。但該方式設(shè)備體積大，效率相對(duì)低，適用范圍為捕集密度較大、顆粒粗的粉塵。其次慣性除塵器是使含塵氣體與擋板撞擊或者急劇改變氣流方向，進(jìn)而利用慣性力分離并捕集粉塵的除塵設(shè)備[8-9]。但該方式設(shè)備除塵效率不高，適用范圍為大顆粒（20 μm以上）的干性顆粒。最后旋風(fēng)分離器是利用離心力分離含塵氣流中固體顆?；蛞旱蔚脑O(shè)備，該方式設(shè)備效率可達(dá)97%～99%，適用范圍為凈化大于1 μm～3 μm的非粘性、非纖維的干燥粉塵。為此，基于現(xiàn)場(chǎng)安裝空間和粉塵沉降效率的考慮，最終選用了旋風(fēng)分離器作為改進(jìn)后的沉降方式。

2.1.2 旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)

單個(gè)旋風(fēng)分離器的選擇設(shè)計(jì)主要在于確定其幾何尺寸，見圖2。依據(jù)實(shí)際集中排潮情況，工作狀況下的氣體流量為：

式中：Q 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣流量，m3/h；T’為工況下的煙氣溫度，K；T 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度，273 K。

已知Q=0.156 m3/h，T’=393 K，計(jì)算可得：

（1）進(jìn)口截面積：

式中：A 為進(jìn)口截面積，v 為進(jìn)口風(fēng)速。

已知v=5 m/s，計(jì)算可得：

（2）筒體尺寸

筒體直徑D=3.33b=0.49 m

筒體長度L=1.7D=0.83 m

（3）錐體尺寸

錐體長度H=2.3D=1.127 m

排灰口直徑d1=0.43D=0.21 m

（4）出口管直徑與插入深度

出口管直徑de=0.6D=0.294 m

插入深度s=0.3D=0.147 m

2.1.3 安裝位置設(shè)計(jì)

根據(jù)加香機(jī)本地排潮管路、集中排潮管路、集中除塵管路和排污水管路的現(xiàn)場(chǎng)安裝布局，同時(shí)為滿足增設(shè)的旋風(fēng)分離器煙氣進(jìn)口與排潮罩連接管道緊密配合、儲(chǔ)灰斗與集中除塵管道緊密配合、排出管口與集中排潮彎管緊密配合的安裝要求，加工制作時(shí)對(duì)旋風(fēng)分離器理論設(shè)計(jì)值作了一定的微調(diào)，以保障改進(jìn)后的排潮、除塵功效正常，且便于后期的管道維修保養(yǎng)，現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖3 所示。另外，為使得旋風(fēng)分離器日常保養(yǎng)后的污水和生產(chǎn)過程產(chǎn)生的煙油排放便捷，又在旋風(fēng)分離器儲(chǔ)灰斗出口處通過三通增設(shè)了另一排污支路且直接排放至地溝。

圖2 旋風(fēng)分離器原理圖及結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Schematic diagram and structure diagram of cyclone separator

2.2 清潔系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述改進(jìn)后的排潮管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局和運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)設(shè)計(jì)了一配套的自動(dòng)清潔系統(tǒng)，見圖4。該系統(tǒng)利用滾筒清洗水源和噴吹氣源作為清潔噴吹介質(zhì)[10-13]，組成部分有清洗主水管路、空壓噴吹氣管路和旁通排水管路。

2.2.1 清洗主水管路設(shè)計(jì)

清洗主水管路末端采用兩路分支設(shè)計(jì)，一路分支用于清洗改進(jìn)后的旋風(fēng)分離器及連接管路；另一路分支則用于清洗出口振槽上方的排潮罩及連接管路。由于旋風(fēng)分離器及連接管路和排潮罩及連接管路管徑結(jié)構(gòu)尺寸大，清潔面廣，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要求清洗覆蓋范圍大且流量大，即噴嘴噴射面積要大、覆蓋面要廣。通過對(duì)比選型確定噴嘴類型為“大桶清洗噴嘴”，同時(shí)采用正交試驗(yàn)法確定噴嘴安裝位置、噴嘴孔徑（圓弧寬度）、清洗水壓等參數(shù)，試驗(yàn)以清潔時(shí)間和清洗效果作為考察指標(biāo)，設(shè)計(jì)3 因素2 水平的因素水平表見表2 和正交試驗(yàn)表見表3 示。最終確定最優(yōu)方案為A2B1C1，即噴嘴安裝角度為45°，噴嘴孔徑（圓弧寬度）2 mm，清洗水壓0.4 MPa。兩支路噴嘴安裝位置示意圖及現(xiàn)場(chǎng)圖如5 示。清洗主水管路上設(shè)計(jì)安裝有總快開球閥，通過手動(dòng)開啟總快開球閥，即可實(shí)現(xiàn)每日的清洗過程。

圖3 改進(jìn)后的旋風(fēng)分離器安裝位置圖Fig. 3 Installation location diagram of the improved cyclone separator

表2 正交試驗(yàn)因素水平表Tab. 2 Orthogonal test factor level

表3 正交試驗(yàn)表L4（23）Tab. 3 Orthogonal test table L4 (23)

2.2.2 空壓噴吹氣管路設(shè)計(jì)

在完成上述排潮管路清洗后，由于清洗主水管路路徑較長，使得管路內(nèi)壁殘留余水無法短時(shí)間內(nèi)排放干凈，此時(shí)，內(nèi)壁殘留余水極易在生產(chǎn)過程中沿噴嘴流出滴落至排潮罩正下方的成品煙絲中，引起產(chǎn)品質(zhì)量事故。因此，配套設(shè)計(jì)了一空壓噴吹氣管路，見圖6。噴吹氣管路利用設(shè)備總氣源作為噴吹介質(zhì)，由電磁閥、快開球閥、耐高壓氣管等組成，并利用PLC 編程軟件編寫空壓噴吹控制程序。當(dāng)每次完成清洗排潮管路后，只需先關(guān)閉清洗主水管路上的總快開球閥；然后開啟空壓噴吹氣管路上的快開球閥；再按下該段控制子站上的“排潮管路清洗控制按鈕”，即可啟動(dòng)空壓噴吹控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)清洗主水管路、噴嘴、排潮管道內(nèi)壁的噴吹作用。確保清洗主水管路和排潮管路內(nèi)壁在每批生產(chǎn)前干燥無積水，進(jìn)而消除了生產(chǎn)過程因清洗管路余水掉入成品煙絲中引起水漬煙絲、濕團(tuán)煙絲和黃斑煙等的工藝產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 排潮管路自動(dòng)清潔系統(tǒng)示意圖Fig. 4 Schematic diagram of automatic cleaning system for moisture exhaust pipeline

圖5 兩支路噴嘴安裝位置示意圖及現(xiàn)場(chǎng)圖Fig. 5 Schematic diagram and site diagram of the installation position of the two branch nozzles

圖6 空壓噴吹氣管路控制程序及現(xiàn)場(chǎng)示意圖Fig. 6 Control program and site diagram of air pressure injection and blowing air pipeline

2.2.3 旁通排水管路設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)，由于控制清洗主水管路的手動(dòng)快開球閥存在因長時(shí)間使用后內(nèi)部易磨損，導(dǎo)致閥門溢水或其他突發(fā)型故障問題。因此，為避免在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)閥門溢水滲漏，造成清洗用水沿清洗主水管路滴落至排潮罩正下方的成品煙絲中，引起產(chǎn)品質(zhì)量事故的發(fā)生，在清洗主水管路總快開球閥后加裝了一旁通排水管路，見圖7 示。旁通排水管路上安裝有手動(dòng)快開球閥，生產(chǎn)時(shí)開啟，確保當(dāng)清洗主水管路上的手動(dòng)快開球閥出現(xiàn)溢水滲漏時(shí)，可直接由旁通排出流至水池；保養(yǎng)時(shí)關(guān)閉，確保清洗過程中的水壓達(dá)到最大值，以提高清洗效率。

3 應(yīng)用效果

圖7 旁通排水管路示意圖Fig. 7 Schematic diagram of bypass drainage pipeline

以甲、乙兩班組加香崗操作工為對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，對(duì)集中除塵與集中排潮風(fēng)機(jī)頻率進(jìn)行跟蹤測(cè)試調(diào)查，并同時(shí)對(duì)每日最后一批次結(jié)束后的清潔保養(yǎng)時(shí)間與效果進(jìn)行跟蹤調(diào)查統(tǒng)計(jì)。測(cè)試方法：①集中排潮風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)初始頻率分別以（30±5）Hz、（40±5）Hz 開始運(yùn)行后，觀察除塵與排潮效果。②統(tǒng)計(jì)每日清洗排潮管道的時(shí)間，并觀察清潔效果，測(cè)試時(shí)間周期為三個(gè)月（每日生產(chǎn)完最后一批次進(jìn)行清洗測(cè)試），改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比情況如表4 示。

表4 改進(jìn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比情況Tab. 4 Data comparison before and after improvement

改進(jìn)后，通過隨機(jī)抽查2019 年10～12 月份共計(jì)21 個(gè)批次加香生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，集中排潮風(fēng)機(jī)與除塵風(fēng)機(jī)頻率分別在（30±5）Hz、（40±5）Hz 情況下運(yùn)行穩(wěn)定，除塵與排潮效果好，即生產(chǎn)過程檢查除塵器出口氣流無明顯灰塵、排潮罩口無煙塵廢氣外溢等，如表5 示。均符合生產(chǎn)要求。

統(tǒng)計(jì)每日對(duì)排潮管路清洗所需時(shí)間發(fā)現(xiàn)，已由改進(jìn)前的32 min/次減少到3 min/次，見表4 示。產(chǎn)能損耗由改進(jìn)前的2.67 萬公斤/月減少到0.40 萬公斤/月；主電控柜及摻兌間每日保養(yǎng)過程耗電時(shí)間也隨之從改進(jìn)前的32 min 降低到3 min；按月均25 個(gè)工作日計(jì)算，全年節(jié)約用水約424 噸，綜合全年節(jié)約用電約5256 度。另外，主機(jī)本地排潮風(fēng)機(jī)起火問題和因排潮管路清洗不到位造成的煙絲質(zhì)量缺陷問題均在改進(jìn)后徹底被解決。

4 結(jié)論

（1）改進(jìn)后的排潮管路系統(tǒng)有效解決了原來本地排潮風(fēng)機(jī)易起火問題，且排潮效果及除塵效果均很理想，實(shí)現(xiàn)了廢氣和煙塵的排潮除塵分離。另外，設(shè)計(jì)的配套清潔系統(tǒng)，更是有效避免了對(duì)改進(jìn)后的排潮管路系統(tǒng)清洗時(shí)進(jìn)行的反復(fù)拆卸和安裝，極大減少了日常清洗時(shí)間，極大減輕了設(shè)備維保人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）應(yīng)用效果表明，改進(jìn)后的排潮管路系統(tǒng)和配套的清潔系統(tǒng)，也有效消除了因排潮管路清洗不到位造成的煙絲質(zhì)量缺陷等風(fēng)險(xiǎn)隱患。按月均25 個(gè)工作日計(jì)算時(shí)，全年節(jié)約用水約424 噸、全年節(jié)約用電約5256 度?？傊?，改進(jìn)后的兩套系統(tǒng)不僅提高了排潮系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且極大降低了生產(chǎn)維保費(fèi)用。

表5 改進(jìn)后現(xiàn)場(chǎng)排潮與除塵情況Tab. 5 Moisture exhaust and dust removal on site after improvement