模塊化在巖棉生產線項目設計中的應用

王曉磊

（中材科技股份有限公司，南京210012）

1 概述

隨著社會經濟發展和技術進步，設計的方法和用途已經屢見不鮮，模塊化設計與標準化設計、系列化設計密切相關，即所謂的“三化”。“三化”互相影響、互相制約，通常會把幾種方法結合在一起作為評定設計的質量，是現代化設計的重要手段。模塊化設計的思想已滲透到許多領域，例如，機床、家電、計算機等。模塊化設計方法已與現代設計方法融合，尤其是在智能化時代的設計，更需要通用的和創新型的產品及生產線模塊去更快捷地設計，模塊化更容易促進技術創新，為智能制造提供有力的保障。

2 生產線模塊化設計的含義

生產線通過采用不同的分段、分流程、分布置、分功能等方法，實現生產線項目的工程化設計更快捷、設計效率更高、設計圖紙更貼合現場實際，生產工序銜接更靈活，工藝調整更容易。

模塊化就是要對具有獨立功能同時變化較小的部分形成一個組塊，保持其相對獨立，在模塊的功能不變的情況下，可以實現模塊的組合和模塊的創新優化。

一個普通的巖棉生產線工程項目設計主要包括生產線的布置、土建、工藝、設備、控制流程設計等，其中，工藝設計貫穿項目設計的始終，與每個專業設計、流程設計相關。工藝的模塊化更加便于推進生產線設備、工藝布置、土建配套的設計模塊化，同時，對自動化控制流程和智能制造具有促進作用。長期以來，模塊化設計更容易實現生產線的標準化、配套設施標準化、產品的標準化，促進整個行業的進步。

3 巖棉生產線設計模塊化的劃分

巖棉是一種無機非金屬材料，巖棉制品具有優良的絕熱性能、防火性能、吸聲隔音性能，在建筑、石油、化工、電力、冶金、交通運輸、農業等行業都有廣泛的應用。巖棉生產線工程項目主要包括工藝工程、公用工程和土建工程3部分（見圖1）。其工藝工程主要指巖棉生產線各工藝系統和流程，內容一般包括原料系統、熔制系統、纖維化系統、成形系統、固化系統、板氈處理系統、膠黏劑系統、物流與包裝系統。公用工程主要包括給排水系統、配電系統、廢氣處理系統和污水處理系統，公用工程與工藝工程相輔相成。土建工程根據工藝工程和公用工程而建。到這里不難看出工藝工程在整個項目中的重要性。以工藝工程的模塊化設計為主要內容，根據生產線要求可以有以下幾種劃分方法。

圖1 巖棉生產線項目總框架

3.1 以工藝流程劃分的模塊

巖棉生產線生產工藝流程主要包括原料、熔制、成型、固化、冷卻、切割、物流和包裝，均可以成為各流程模塊。此種分類方法較為常用（見圖2）。

圖2 巖棉生產流程

原料工藝流程模塊主要功能是將原料從原料庫分配到原料倉，再進行原料的計量、配制與輸送，在這一模塊中還可以細分為料倉、給料、計量、輸送流程。在實現模塊化后，只需對模塊內部的流程優化調整，但不會對其他專業資料受影響。

熔制工藝流程模塊主要功能是將原料在工業爐中熔化為熔體，其過程簡單，但實現方法多樣，每種方法也都會形成一種模塊。譬如，工業爐的形式和原燃料不同會有多種不同的模塊創新與配套。

成形工藝流程模塊主要功能是將合格熔體制成纖維，并將纖維按照一定排布形式制成棉氈，這一流程模塊包括了纖維形成、纖維收集與排布過程，每個過程也是獨自成塊。

固化工藝流程主要是將纖維氈固化的烘干過程，其在整個工藝流程中獨立。

后處理工藝流程是要將板氈進行切割、貼面、開條、切邊等，這一流程模塊處理過程相互關聯，都是屬于切割的過程，切割的方式由切割刀具類型、刀具運行方向確定，可以形成一套完整的切割模塊。

鋪氈及固化廢氣處理流程主要是對鋪氈工序和固化工序產生的廢氣的過濾處理系統，其主要通過沉降過濾方式完成，形成獨立的沉降過濾模塊，過濾模塊可以單獨也可以聯合使用。

3.2 基于平面布置劃分的模塊

劃分為原料、熔制、主線、廢氣處理、物流與包裝、公用，均可以按平面布置形成模塊，如圖2所示。目前，國內外巖棉的主要流程和布置與圖2的流程和布置基本相同，可以看出，整個生產線完全可以按照圖2去布置，同時也滿足了生產工藝流程，每個模塊的功能及定位確定，那么與之配套的工藝、設備、土建及公用工程均完全確定，對于每個專業設計的效率提升和模塊的技術創新更加方便。譬如，其中的固化烘干系統，根據生產線產品規格和產能，對設備來說就可以通過增加長度或寬度實現，提高固化效率，只需要在功能模塊中調整，不影響其他模塊的實現，這對整個生產線設計來說就不需要去整體調整，節省了設計周期。

3.3 以生產系統劃分的模塊

原料系統、膠黏劑系統、成形系統、固化系統、收塵系統、廢氣處理系統等，每個系統成為獨立、完整的模塊，形成了各自的專業模塊，形成了整個生產線設計的一個獨立設計子項。

4 模塊化設計在巖棉生產線項目設計中的具體應用

膠黏劑系統在巖棉生產中起著至關重要的作用，主要是把雜亂無章的短纖維成形過程中在其表面噴上一層膠黏劑，包裹住短纖維，在成形鋪氈時使短纖維可以黏結在一起，經過壓制和固化，使樹脂和纖維牢牢地黏在一起，形成巖棉板（見圖3）。從其工藝流程來看，該系統為獨立的系統，但與生產線的纖維化系統、固化系統均相關，因此，生產線的穩定就需要膠黏劑系統能夠獨立穩定，隨生產線進行調整和變化。

通過上述分析可以看出要建立膠黏劑系統功能模塊，設計時必須充分了解模塊的建立方法，通常把該模塊細分為配制模塊、輸送模塊。其中，配制模塊主要為完成膠黏劑的配制，包括預處理、計量、配制過程，三者分別設立系統組合成一個模塊，即所用過程穩定，布置不變，模塊基本不變。輸送模塊連接配制模塊和成纖系統，受氈成形模塊中質量的影響，但是，以上的模塊會在控制程序上調整即可，不會需要整個控制程序的調整。同時，通過輸送模塊的反饋系統，用來自動調整膠黏劑施加量及配制模塊的啟動。

圖3 膠黏劑系統功能模塊（巖棉板）

5 生產線模塊化設計的意義

通過上面的實例和分析可以看出，模塊無處不在，只是在設計上面要為工藝穩定、布置穩定、配套穩定，這樣更容易促進模塊化設計的推進，提高設計效率，縮短設計周期，也更加有利于智能化和模塊化工廠建設，同時也推進建筑及公用配套的模塊化。