99%片碱全自动包装线运行小结

董晓政，朱 明，路 迪

（甘肃北方三泰化工有限公司，甘肃 白银 730900）

甘肃北方三泰化工有限公司（以下简称三泰公司）现有烧碱产能14万t/a，为调整烧碱产品结构，拓展产品销售半径，2019年12月9日，由哈尔滨博实自动化股份有限公司和三泰公司合作研发的片碱全自动化包装线成功投运，实现了片碱包装后处理自动化。该项目的建成提高了装置的自动化程度，极大减轻了员工的工作强度。

1 工艺流程

来自离子膜工序的30.5%原料碱进入30%碱缓冲罐，通过原料碱泵加到Ⅰ效蒸发器，使用Ⅱ效蒸发器的二次蒸汽在高真空下蒸发浓缩为46%浓度的碱。46%的碱液由Ⅰ效碱泵经过蒸汽冷凝水换热器打入Ⅱ效蒸发器，经过Ⅱ效浓缩后得到61%浓度的液碱，由Ⅱ效碱泵加压后经调节阀稳定流量后进入降膜管组成的最终浓缩器，被高温熔盐加热浓缩后，在分离器中进行气液分离，碱液从下部进入碱液分配器，平均分配进入片碱机，被冷却切片后成为片碱，落入下料斗，经全自动包装机包装后，输送到码垛机码垛，再堆码库存。99%片碱生产线采用DCS系统控制，操作人员在控制室通过电脑完成生产线的操作和控制，现场巡检工负责设备、仪表巡检和维护。片碱工艺流程见图1。

图1 片碱生产工艺流程

2 全自动包装线项目的主要内容

99%片碱包装线的组成包括：链排供袋开口、称重进料装袋、震动排气输送、热封折边缝袋、自动喷码、机器人码垛输送等。

包装过程中每一个动作都依靠光电感应触发、气动机构操作完成，具体过程见图2。

图2 片碱包装动作过程

2.1 设备

全自动包装线及机器人码垛系统包含的设备有全自动包装机、弯道输送机、皮带输送机、整形机、压包输送机、推包整形机、无动力输送机、码垛机器人、自动托盘库、托盘输送机、码垛输送机、电气控制系统等设备和安全防护设施等。全自动包装机及机器人码垛系统与2台片碱机配套。

2.2 片碱包装工艺流程

99%氢氧化钠经过片碱机冷却切片后，人工将包装袋放置在供袋机的供袋盘上，供袋机自动取袋、送袋、开袋。装袋机开始装袋，物料灌装后，拍袋机对满料袋进行拍打排气，夹口整形机Ⅰ对袋口整形，夹口整形机Ⅱ用于将夹口整形机Ⅰ送来的料袋送入热合封口机和缝口机，料袋在立袋输送机上完成热合封口、缝口工序。经皮带式输送机提升至自动码垛机，通过托盘叉车码至库内贮存，以上所有操作由PLC自动控制，操作人员负责巡视和维护，无需人工干预。片碱包装工艺流程见图3。

图3 片碱包装工艺流程

2.3 包装机组基本功能

该生产线为25 kg/袋的包装线，采用2套自动上袋全自动包装系统，每套包装线主要包括电子包装秤、自动上袋、皮带输送单元、折边缝包单元、倒袋整形单元和除尘器等，两套自动包装系统并线后，共用一套码垛机器人。整套系统具有故障显示及报警功能，并有故障保护及联锁停机功能。

2.4 自动码垛系统性能要求

（1）物料描述：编织袋包装（25 kg/袋）、5袋/层，错层堆码，8层/垛（1 t）；

（2）码垛能力：200袋/h，机器人应能快速可靠地夹持包装袋，不出现甩包或抓取不到位现象，满足生产线工作节拍，码垛整齐；

（3）设计年操作时间：8 000 h；

（4）环境温度：0～50℃；

（5）噪声声压级＜85 dB（A）；

（6）托盘尺寸：1 400 mm×1 200 mm×150 mm塑料双面、双向叉车处理型；

（7）控制硬件：PLC可编程控制器；

（8）操作面板：控制柜上彩色触摸式中文显示；

（9）具有故障自诊断显示功能；机器人码跺系统关键部件、执行元器件选用进口品牌；

（10）选用ABB公司、德国库卡、发那科等同类型智能堆垛机器人系列产品（三泰公司采用ABB智能堆垛机器人）。

3 99%片碱运行情况

99%片碱生产线运行初期，片碱浓度波动较大，分析结果见表1（执行GB/T209-2018标准）。

表1 片碱浓度分析结果%

从两方面查找原因。

（1）从片碱取样方法方面排查。抽取了3个班，对片碱取样过程进行跟踪，发现3个班取样方法各不相同。由于取样方法不规范、不统一，造成了片碱浓度波动。

（2）从片碱理化分析方面排查。从片碱机处和落地料中分别取样，同时送至理化组和第三方进行分析，结果见表2。

表2 片碱机处及落地料分析结果

从表中可看出，理化组与第三方分析样品的分析偏差大。

根据以上原因采取的措施。

（1）组织片碱工序人员开展现场片碱取样培训，规范取样方法，保证片碱样品具有代表性。

（2）根据理化组与第三方分析偏差，协调理化组与第三方进行讨论，寻找偏差原因，下发《关于规范标准滴定溶液管理》的规定，要求理化组按照标准溶液的制备及标定要求进行操作，提高产品检验分析精度和准确度。

（3）为确保片碱产品质量满足需求，片碱产品指标由最初制定的98.0%～99.5%（控制尽量向上限靠近），窄化至98.5%～99.2%，下调熔盐炉的温度，由最初的400℃下调至380℃，调整后片碱浓度趋于稳定。

4 故障及解决措施

99%片碱生产过程中经常出现熔盐、碱液结晶堵塞设备、管道，造成生产线停车的现象。所以应做好以下几方面工作：（1）开车前系统要进行预热，停车后系统要吹扫干净，不留死角。（2）确保片碱机、包装机稳定长周期运行，减少开停车和切换次数。（3）做好设备、管线的保温工作。

4.1 常见故障及解决方法

（1）供袋动作异常

原因分析：链排皮带与托板间距离较大，袋子卡在两者之间；真空压力不足，开袋不成功。

解决方法：减小链排皮带与托板间距离；保证真空泵正常工作，保证真空管路畅通。

（2）装袋机弃袋

原因分析：袋口上袋高度较低，未超过料门正压检测位高度，或开袋失败后上袋。

解决方法：增加供袋机袋口停止位延时时间，保证开袋成功率。

（3）称重误差较大

原因分析：夹袋器内部气管与周围设备有接触；汇流块与连接板间气管有弯曲力，夹袋器单个气缸手动状态运行时秤显示数值未回到原值。

解决方法：保证夹袋器内部气管与周围设备无接触，保证汇流块与连接板间气管平直无应力，调整气管位置，夹袋器气缸动作回位后数值回到原值。

（4）热封机袋口打褶

原因分析：料袋由夹口整形机进入热封机过程中，袋口与热封夹持器组件或其他部分有刮碰导致变形。

解决方法：观察找出刮碰位置，调整后避免刮碰。

（5）除湿机E05报警

原因分析：除湿机进入粉尘或其他原因导致转轮皮带打滑，致使行程开关未检测出到位信号。

解决方法：除湿机断电后来回摆动行程开关，重新通电运行，同时调整皮带弹簧张紧。

（6）除湿系统防护屏内直反式光电一直有信号

原因分析：由于防护屏两侧均为不锈钢及塑料材质，表面较光滑，光反射较强，致使水平照射时一直有信号。

解决方法：可将光电安装板掰成与水平方向呈一定角度，防止信号直接反射。

（7）料袋内含气量较多

原因分析：片状物料间隙较大，不易振实；袋口三角区含气量较多。

解决方法：可提高升降输送机颠袋频率，延长振动排气时间，夹口整形机导杆配合斜坡立袋输送机排气导杆尾尽量压制料面且间距尽量小。

（8）电机保护跳闸

打开控制柜，确认跳闸断路器，分析故障原因，排除故障后，将断路器重新合闸即可。如果某个回路的断路器频繁出现跳闸现象，需要检查此回路是否有短路、接线松动等现象，排除后若还是跳闸，则需要增大断路器过载电流或检查相应的电机是否有故障。

4.2 典型故障及解决措施

4.2.1 包装机气源接头

自动包装机投产初期，气动元件故障频繁，主要是气缸与气源管连接部位经常破裂。气源接头共有两种类型，一类是将气源管与气缸连接，另一类是调速接头，通过调节气源压力，实现操作速度控制。考虑到片碱的腐蚀性，气源接头选用PP材质，但在生产几周后，陆续出现接头漏气，经过分析，PP材质的接头并不耐片碱腐蚀，短期内出现接头腐蚀漏气，发现问题后，将PP接头全部改为不锈钢材质，解决了气源接头的漏气问题。

4.2.2 干燥除湿系统及负压除尘系统

99%片碱主要物化性质：白色半透明片状固体，有很强的吸湿性。易溶于水，溶解时放热，水溶液呈碱性，有滑腻感；腐蚀性极强，对纤维、皮肤、玻璃、陶瓷等有腐蚀作用。

片碱的物化性质决定了对包装机周围的工作环境和接触物料的材质有苛刻的要求。新投运包装机虽大部分为304不锈钢材质，但在运行过程中还是出现因材质不适影响连续生产的问题，主要是非直接接触物料自动控制配件选用铝材，时间长了产生腐蚀，局部强度不够造成气动系统泄漏。逐步更换材质后，解决了该问题。

解决片碱吸潮和碱尘问题，从3个方面入手：（1）增加一台干燥除湿机，为包装机提供干燥的热风，同时将包装机内的湿空气抽出，在生产线运行时循环往复工作，极大地改善了片碱粉尘的吸潮现象。（2）为片碱机安装了负压除尘系统，可以去除片碱机、下料仓的大部分碱尘。（3）在片碱工房外北侧连接除尘系统，（将含尘废气经水吸收后）安装12 m高的烟囱排放废气。采取以上措施后，明显改善了工作环境，消除了碱尘以及碱尘对电子设备元器件的腐蚀。

4.2.3 包装袋改进

片碱包装袋要求密封完好，外层耐磨损。最初试用的包装袋，内袋与外袋分开，内袋底部与外袋热压在一起。弊端是（1）底袋袋口热压宽度偏窄，在码垛、搬运时内外袋不牢靠容易撑开。（2）包装袋上部撑口时，经常出现内外袋无法同步撑开，造成上袋失败。（3）人工套袋时会出现内外袋不能对齐铺平，热压时产生褶皱，导致后续折边、缝包时，出现卡袋现象。根据上述问题，由供袋厂家将内外分开袋改为一体袋，并通过设定热封时长和温度，解决了以上问题。

4.2.4 片碱结块

在运行初期，有客户反应部分包装袋或某批次片碱出现结块现象。通过研究发现是由片碱温度偏高，部分包装袋破损（封包线断线、包装袋底封口破口、热熔封口开口等），加糖量影响等原因造成的。

（1）片碱温度未完全冷却即两垛码放一起（8层为一跺），片碱码垛层数过高，将下层的压实造成结块；片碱切片过小，容易结块。

（2）加糖量是影响片碱成形结块的因素之一，片碱生产初期按照0.12 kg/t NaOH的用量添加。

（3）99%片碱包装袋为双道缝口，包装袋底端热熔封边线温度较低。片碱在包装时，受片碱热量和重量的影响，产品进入包装袋底部时造成热熔封边线部分开裂；片碱包装袋内膜底部热熔封边与外缝包线距离较远（大概为1.5 cm），产品下落或装卸车时热熔封边无法承受重量，导致热熔线的中间部位破裂，空气从包装线针孔处进入，使片碱受潮结块；封包线材质使用错误，不耐烧碱腐蚀，使封包线腐蚀脱落，导致空气进入结块；包装袋质量差，太软、太硬或折边不好等都会导致封包时封包线未封好，容易破损。

采取措施：（1）将片碱的晾凉时间延长，码垛层数由10层50袋调整为8层40袋，进行单层码放；适当加大片碱切片直径。（2）加糖量按照1 t离子膜法烧碱（折100%NaOH）加入0.15 kg蔗糖的比例适量加入。（3）提高包装袋底端热熔温度，缩短包装袋底部内膜热熔封边与底部缝包线的距离，解决包装袋底部密封问题。根据厂家指导意见，调整包装袋上口热熔机热熔温度，提高热熔质量。

4.2.5 喷码机故障

在冬季喷码机经常出现喷出的字码不连续，甚至喷不出的现象，或者喷出的字码字迹浅。经过多次验证，发现是使用的喷墨质量差、稀释剂使用量不合理（冬季为了更容易喷出墨，稀释剂用量过多；夏季稀释剂偏少，墨容易变稠。）采用设备厂家提供的墨之后该现象减少。经厂家推荐，目前采用小字符喷码机，喷出的字码清晰、美观，使用效果良好。

5 99%片碱包装线危险区域

99%片碱生产线在运行过程中，全自动包装线处于机械自动运转状态，如不注意很容易发生机械伤人事故，因此有些区域严禁人员进入。如遇到必须进入的情况，须严格按如下所述的操作程序执行，以免发生人身伤害事故。危险区域示意图见图4。

图4 包装单元危险区域示意图

区域1：装袋机和供袋机围成的区域及夹口整形机夹袋区域。

区域内气缸动作产生的冲力较大，在设备运行过程中，或故障停机状态下严禁进入。必须按下操作盘上的“停止”或“急停”按钮，在确保断电、断气，且气动管路中的余压释放后，人员方可进入。

区域2：封口机热封组件工作区域。

封口机运行时，热封组件温度较高，易发生烫伤危险，设备运行时，禁止接触热封组件。设备停机后，热封组件余温仍很高，须待封口组件冷却后，方可进行相应的操作。

区域3：立袋输送机的倒袋区域。

在设备运行过程中，或故障停机状态下，严禁进入此区域，以免发生挤伤、触电等危险。必须按下操作盘上的“停止”或“急停”按钮，确保断电后，方可进入。

装袋机各防护门上装有行程开关，在打开防护门时，设备会自动停止。因此，在装袋机正常工作时，不要打开防护门。防护门起安全保护作用，严禁拆下防护门或门上的行程开关。如果防护门上的行程开关出现故障，在打开防护门时，装袋机没有断电，须按下操作盘上的“停止”或“急停”按钮，确保断电。

6 小结

99%片碱自动化包装线生产初期出现的各种问题，经过不断摸索，逐步解决了问题，积累了经验。运行后期又针对片碱粉尘轻、流动性强、空气亲和性强的特点，严格控制生产现场的粉尘外溢，改善了作业环境，为后续稳定生产打下良好基础，经过一年多的运行，达到了预期的设计目标。但是片碱粉尘对包装线光电感应元件的影响难以彻底解决，需要定期进行清理。