降低真空回潮机生产蒸汽消耗量的优化改进

姚明笙，陈荣贵，李伟民，邓永刚，李小林

（红塔集团玉溪卷烟厂，云南 玉溪 653100）

1 问题分析

在2018烤季中，由于净管理的落地及等单位对标的要求，经玉溪卷烟厂复烤车间动力能源管理员及生产班组操作工统计发现，车间蒸汽耗能波动较大，造成烟叶生产成本高，设备负荷大。

真空回潮工序的蒸汽使用能耗，明显高于其他工序，且蒸汽消耗1号线（昆船）真空回潮大于2号线（巩义）真空回潮，如表1所示。

表1 2019年11月—2020年1月蒸汽耗能统计表

2 真空回潮机改进前设备状况

针对现有1号线真空回潮机的能耗高于2号线真空回潮机的不足之处，从设备构造、控制方式差异入手，从以下几方面开展研究工作。

2.1 1号线、2号线真空回潮机耗能情况统计

通过MES能源数据调查统计2019年11月能源统计数据，得出1号线真空回潮机耗能及2号线真空回潮机耗能的折线图，如图1所示。

由图1可以看出，1号线（1号线真空回潮机）平均耗能高于2号线（2号线真空回潮机）平均耗能。

图1 1号线真空回潮机耗能及2号线真空回潮机日耗能的折线图

2.2 1号线、2号线真空回潮机生产差异分析

两条真空回潮线在生产时间及产量及烟叶等级一致的情况下，1号线耗能高于2号线耗能，故造成蒸汽消耗差异的问题应该来自控制方式或设备问题等方面。

2.3 1号线、2号线真空回潮机设备及控制差异分析

抽空原理：当抽真空系统开始工作时，工作蒸汽从水蒸汽喷射泵的喷嘴中高速喷出，由于引射作用，与泵联通的箱体内的气体被抽出，箱体内的压力下降，当达到工艺要求的真空度值时(温度达到真空度对应的温度值或者达到要求的压力值时)停止抽真空。

增湿原理：增湿系统在抽真空停止后瞬时加入，增湿水汽通过喷嘴混合后形成雾化好的水汽混合物进入真空箱体。由于烟片内部空气已被抽光，汽水混合物的穿透力极强，可以直接渗透到烟片内部，使烟片得到充分的回潮。

对滨海白首乌及其近缘种药用植物的54个样品的ITS2 序列分析发现，所有实验样本的PCR扩增及测序成功率均为100%，序列获得率（有效序列比例）亦为100%，经1.0%琼脂糖凝胶电泳得到PCR扩增电泳图（图1），扩增效果较好，条带较亮，没有拖尾现象，ITS2序列均在500 bp左右。

当温度或压力达到工艺要求的值时(加入的水分达到工艺要求时)，停止增湿，转入下一次抽真空，重复上述过程。当烟片满足工艺要求后，整个真空回潮处理过程结束。下页图2、图3分别为2号线真空回潮机及1号线真空回潮机设备结构分析。

图2 2号线真空回潮机设备结构

图3 1号线真空回潮机管路系统

结论：1号线真空回潮机与2号线真空回潮机均采用喷射真空泵，达到抽真空的目的，其影响抽真空效能的因素有两个，即蒸汽压力与喷射管径。

通过测量分析，1号线与2号线蒸汽压力一致（均来自动力同一根管道）；1号线与2号线真空回潮机采用的泵，喷射管径压速比相差很小（1号线0.023，2号线0.028）。

故设备的机械构造上不可能造成如此大的蒸汽耗能差异。

从1号线真空回潮机及2号线真空回潮机控制逻辑方面进行分析，如图4、图5所示。

图4 1号真空回潮机控制逻辑

图5 2号真空回潮机压力控制逻辑

结论：从以上调查可知，在真空回潮的2、3阶段1号线真空回潮机控制方式与2号线真空回潮机控制方式存在不同。

进一步调查2019年11月（剔除试机、故障停机等导致的1号线与2号线真空回潮机运行时间不匹配的日期），1号线真空回潮机与2号线真空回潮机在各个阶段耗能情况。

1号线真空回潮机在第1阶段能耗基本一致相差仅为4.6%，2阶段能耗高于2号线约55.2%，三阶段高于2号线真空回潮机约59.3%，所以导致真空回潮机耗能多的症结为1号线真空回潮机第2、3阶段耗能高。

3 真空回潮机优化改进措施

3.1 改进点一：设计PLC压控模式（2号线模式），更改PLC控制逻辑

图6 1号真空回潮机蒸汽分配模式

图7 1号真空回潮机抽空压强分配图

通过研究发现，1号线真空回潮机与2号线真空回潮机均采用喷射真空泵，喷射真空泵的原理如图8所示，进行抽真空，其影响抽真空效能的因素有两个，既蒸汽压力与喷射管径。

从而进一步通过测量分析发现：1号线与2号线蒸汽压力均来自动力锅炉供应且管道无堵塞，其压力一致；1号线与2号线真空回潮机采用的二级泵、一级泵喷射管径压速比相差很小，如图9所示。

图9 喷射压速比情况

首先查阅2号线真空回潮PLC程序，了解两条真空回潮线的控制区别。发现1号线真空回潮机原来的控制过程为：

1）在抽空阶段中,当实际箱体温度≤设定的抽真空温度12℃时，抽空结束，进入下一阶段回潮。

2）在回潮阶段中，实际箱体温度≥设定的蒸湿温度25℃时，回潮结束，进入下一阶段反抽。

编写压力控制模式PLC程序：

1）在1号线回潮机程序的“FC5”块的26梯段添加了一次蒸湿完成常闭点“m15.3”。

2）根据2号线真空回潮程序编写1号线真空回潮程序。修改后的1号线真空回潮机抽空控制如下：

启动泵、三级泵抽空→真空度<-60 kPa时→启动二级泵抽空，同时停止启动泵→真空度<-70 kPa时→启动一级泵抽空。

3.2 改进点二：修改PLC程序实现2、3阶段的泵体自动关闭

1）设计关闭泵体后的控制模式流程。参照2号线真空回潮机控制流程，绘制了新的1号线真空回潮机控制流程图。

2）编写自动关闭泵体PLC控制程序。小组根据流程图，使用三级泵与启动泵完成第一阶段抽真空，抽空完毕后立即关闭三级泵与启动泵蝶阀，既使用二级泵完成第二阶段抽真空。图10为自动关闭第二阶段泵体的一号线真空回潮PLC控制程序（部分节选）；使用二级泵与一级泵完成第三阶段抽真空。

图10 第二阶段泵体自动关闭控制程序

3）编写完善上位操作监控画面。首先修改真空回潮机WINCCFlex触摸屏程序，设计了压力控制模式上位界面，同时保留温度控制界面如图11所示。

图11 上位监控软件改进后

操作方法：选择压力控制模式后进入参数设置画面，在抽空停止压力处输入数值（有上下限提示），进入下一步；在蒸湿停止压力处输入数值（有上下限提示），完成参数设置。

4 真空回潮机设备改进后应用效果

根据上述对策实施后，从新烤季开始的2020年11月16日—12月11日近1个月，一号线真空回潮蒸汽能耗情况如下页图12所示。

图12 2019年11月与2020年12月1号真空回潮蒸汽耗能对比

经核查MES及修理工跟班记录得知，异常点为1号线真空回潮蝶阀关闭到位信号线接触不良，使得抽空时间变长，蒸汽能耗增高，属于可控异常。

故可以看出1号线真空回潮机平均蒸汽耗量为17.56 t/日，较原值26.58 t/日下降34%。

5 结语

通过对比两线真空回潮机设备存在的差异，并对1号线真空回潮机进行优化改进，设备改进后蒸汽消耗同比原设备生产下降34%，设备改进效果显著。切实结合工厂节能降耗要求，着力工厂品牌产品力提升工程。