洗梗工序過程質量控制改造研究與分析

張建超+張磊+王進安

摘 要：為解決洗梗機預熱時間長、水溫波動大和水溫過程能力指數低的問題，在洗梗設備上加裝混水裝置，縮短預熱時間；通過優化PID控制參數，得到一組最佳參量：P=0.02，I=1m20s，D=10s；最后，利用DOE實驗，找出洗梗流速、洗梗溫度和網帶速度的最佳組合：29Hz、50℃和32Hz。實驗結果：洗梗機預熱時間由45分鐘縮短到13分鐘，水溫的過程能力指數由0.87提高到1.34，每年可節約蒸汽640噸，降耗明顯。

關鍵詞：洗梗機；混水裝置；水溫過程能力指數；PID控制；DOE實驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.231

1 引言

洗梗是煙梗絲加工環節的關鍵工序之一，其工藝目的在于增加煙梗水分、溫度，去除煙梗表面的雜質（塵土、砂石、金屬）。以目前煙草行業常用的WQ833A型水槽式洗梗機為例，其工作原理如下：設備清洗系統主要由主水箱、副水箱、循環水泵、S形清洗通道構成。生產時，煙梗經振動輸送機送入，在洗梗機內與水充分混合。利用來料中雜質與水的比重差異，可使雜質溶解、沉積，達到清潔目的。主副水箱中的水由于水泵作用循環流動形成水勢差，副水箱中的水和煙梗在洗梗機入口處同時進入S型清洗通道，水自上而下流動，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。煙梗則經網帶式振動輸送機，與水分離，送至下道工序。

2 存在的問題

洗梗機工作時，通過水箱底部的蒸汽盤管對水加熱。為使水溫達到工藝要求的標定值，蒸汽流量由氣動薄膜閥控制。水溫升高到50℃后洗梗機方可工作，此過程俗稱預熱。日常生產中，常因蒸汽管路隔熱層破損、蒸汽盤管內部結垢等原因，導致換熱效率低，預熱時間長（平均45min，最長可達1h）。另外，若水箱內液面高度低于音叉開關檢測值，則補水系統開始注水，補進的冷水與水箱內部50℃的溫熱水混合，產生較大水溫波動，影響煙梗清洗效果，對洗梗過程中質量控制的穩定性也造成了一定的影響。

3 改進方法

3.1 增加混水裝置減少預熱時間

為了降低洗梗工序的預熱時間，在原有換熱管路上加裝斯派莎克Mk11水混合站，對新補冷水迅速加熱。為了控制水—汽混合時蒸汽占比，在混水裝置蒸汽入口前加裝調壓閥，調節蒸汽壓力以控制出口熱水溫度。

試驗表明，當蒸汽壓力經調壓閥穩定在0.6MPa時，洗梗機新進補水溫度能達到所需工藝要求（50±5℃）。

3.2 調整PID控制參數

混水裝置安裝后，由于水箱新進補水溫度已從常溫增至50℃左右，原始的水箱溫度PID控制參數不再適用，我們通過重新計算和實驗摸索出一組較為優化的新設定組。

原始設定組：P=0.5；I=40s；D=10s；

更新設定組：P=0.02；I=1m20s；D=10s；

原始設定組，適用于新進補水水溫與工藝要求洗梗水溫溫差較大時，為快速使水箱水溫升到要求值所設。原始設定組P值較大，調整幅度大，升溫較快。但受熱慣量影響，調差大，容易產生波動。其單批（約2小時）洗梗水箱水溫過程曲線，如圖4所示。

更新設定組，P值小，適用于實際水溫與工藝要求洗梗水溫溫差較小時。采用新的PID參數組合實際生產水箱水溫更加穩定，調差小，接近設定的中心值，單批生產水溫曲線波動較小，如圖5所示。

3.3 優化洗梗機其他性能參數

洗煙梗工序中，洗梗機的洗梗流速、洗梗溫度和網帶式振動輸送機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 實驗，以煙梗出口含水率作為響應，優化洗梗流速、洗梗水溫和網帶速度的最佳參數組合。

洗梗機運行過程中，實時采集洗梗機的洗梗流速、水溫和網帶速度數據，利用Minitable軟件對實驗數據進行分析，通過響應優化器獲得洗梗流速、洗梗水溫和網帶速度的最佳參數組合為29Hz、50℃和32Hz，并將優化后的洗梗機參數運用到生產中。

4 結果討論

改進完成后，隨機抽取不同時間段批次煙梗生產數據，進行了預熱時間的統計，如表1所示。

生產過程中，洗梗機自動補入溫水后，水溫波動情況如圖7所示。

經數據分析得出：洗梗機的預熱時間由原來的平均約45分鐘降低到平均約13分鐘，水溫波動明顯減小。通過更改內部PID控制方式，選用現在的PID設置（P=0.02；I=1m20s；D=10s；）和選用優化后的參數組合（洗梗流速=29Hz、水箱溫度=50℃和網帶速度=32Hz）后，洗梗機生產過程中水溫的過程能力指數由0.87提高到1.34。保證洗梗質量的同時，每年可節約蒸汽能源640噸，節約費用約16萬元，大大降低了能源消耗，提升了產品質量。

參考文獻：

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