助劑配送系統(tǒng)的研制

耿亞琳，王 勇

（1.明佳科技有限公司，山東泰安 271000；2.泰安市人才交流服務(wù)中心，山東泰安 271000）

1 研究背景

染色工廠中染色機(jī)臺(tái)添加助劑的傳統(tǒng)做法是人工進(jìn)行助劑的稱重、計(jì)量，并運(yùn)送助劑加料至染色機(jī)化料缸。人工配制助劑的過(guò)程中不可避免地會(huì)滴落助劑至地面上。人工打掃清理滴落的助劑較困難，且助劑本身具有一定的刺激性氣味，易造成助劑儲(chǔ)存室環(huán)境較為惡劣，不利于配料人員的身心健康；助劑的化學(xué)腐蝕性對(duì)配料人員有一定的危害。另外，實(shí)際操作中，人工配助劑的計(jì)量準(zhǔn)確度不容易把控，且人工運(yùn)送助劑至染色機(jī)臺(tái)過(guò)程中，把助劑弄混倒入其他染色機(jī)臺(tái)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致染色質(zhì)量的下降。人工在送料過(guò)程中，助劑滴落到染色平臺(tái)地面上，同樣會(huì)造成染色平臺(tái)上環(huán)境的惡化。惡劣的勞動(dòng)環(huán)境造成年輕一代從事該職業(yè)的意愿逐年降低。目前這些工作多由歲數(shù)較大的人員承擔(dān)。助劑配送自動(dòng)化是染色行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一，也是目前廣大染廠亟需解決的痛點(diǎn)難點(diǎn)之一［1-2］。

隨著印染廠設(shè)備自動(dòng)化程度的提高，助劑自動(dòng)配送設(shè)備陸續(xù)上市，受到了市場(chǎng)的歡迎。其中，意大利拉沃公司和荷蘭萬(wàn)維公司的產(chǎn)品代表了世界先進(jìn)水平，得到國(guó)外染廠的信賴。由于引進(jìn)成本過(guò)高，售后服務(wù)跟不上國(guó)內(nèi)染廠的需求，以及國(guó)內(nèi)助劑的品質(zhì)較低等問(wèn)題，其在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用受到了限制［3］。因此，設(shè)計(jì)一種適應(yīng)國(guó)情的助劑配送系統(tǒng)具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

2 系統(tǒng)組成

結(jié)合傳統(tǒng)人工配送助劑的工作方式和內(nèi)容，從機(jī)械設(shè)計(jì)原理出發(fā)，助劑自動(dòng)配送系統(tǒng)一般由儲(chǔ)存系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、管路系統(tǒng)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)等組成。常規(guī)助劑的配送流程見(jiàn)圖1，大用量粉體助劑的配送流程見(jiàn)圖2。

圖1 常規(guī)助劑的配送流程圖

圖2 大用量粉體助劑的配送流程圖

2.1 儲(chǔ)存系統(tǒng)

染色常用助劑按輸送性質(zhì)分類分為：常規(guī)自動(dòng)配送助劑、大用量液體助劑、小用量粉體（含片狀）助劑、大用量粉體助劑等。

常規(guī)自動(dòng)配送助劑的儲(chǔ)存采取標(biāo)準(zhǔn)的儲(chǔ)存桶，根據(jù)用量一般配置500、1 000 L 等規(guī)格。助劑儲(chǔ)存桶一般有3 個(gè)孔，正上方中間的大孔主要用于人工清理儲(chǔ)存桶內(nèi)部，正上方側(cè)置的小孔用于自動(dòng)上料，正下方中間的小孔用于助劑出料，并通過(guò)管路連接到配送系統(tǒng)。液體儲(chǔ)存桶的上料裝置一般采用泵系統(tǒng)，人工將加料管插入原料桶，輸出管路連接儲(chǔ)存桶。助劑儲(chǔ)存桶液位檢測(cè)方式根據(jù)用戶要求可以只輸出最高液位和最低液位的開(kāi)關(guān)量，也可以輸出連續(xù)液位的模擬量。液位的檢測(cè)一般采用電容式接近傳感器、浮球式傳感器等類型的傳感器。電容式接近傳感器可以固定在儲(chǔ)存桶外壁檢測(cè)內(nèi)部的液位，檢測(cè)結(jié)果較為穩(wěn)定，不受助劑品種的影響，一般只檢測(cè)最高液位或最低液位。電容式傳感器還有一種固定在儲(chǔ)罐頂部，電容式探桿完全浸入到液體中。探桿的外部封裝特氟龍，耐腐蝕性好，可以輸出連續(xù)模擬量。浮球式傳感器只能檢測(cè)高低液位，輸出開(kāi)關(guān)量。

大用量液體助劑如液堿、雙氧水，腐蝕性較大，一般采用單獨(dú)的耐腐蝕儲(chǔ)存罐進(jìn)行隔離儲(chǔ)存。助劑來(lái)料一般通過(guò)槽罐車進(jìn)行加料。這種類型的助劑加料方式主要有兩種：一種是獲取染色機(jī)臺(tái)加料信號(hào)時(shí)，通過(guò)獨(dú)立的管路系統(tǒng)進(jìn)行加料；另一種是把助劑打進(jìn)助劑儲(chǔ)存架的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)存桶內(nèi)，與前述常規(guī)配送助劑一起進(jìn)行輸送。

小用量粉體（含片狀）助劑可以在儲(chǔ)存系統(tǒng)附近單獨(dú)的化料缸里進(jìn)行攪拌溶解。攪拌均勻后，通過(guò)泵輸送至助劑儲(chǔ)存架的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)存桶內(nèi)，以標(biāo)液的形式進(jìn)行儲(chǔ)存，并與前述常規(guī)配送助劑一起進(jìn)行輸送。

有沉淀的助劑采用攪拌器或者循環(huán)攪拌方式進(jìn)行攪拌。

大用量粉體助劑如元明粉、純堿，一般采用不銹鋼儲(chǔ)存罐或者玻璃鋼儲(chǔ)存罐。儲(chǔ)存罐利用支腿支撐在地面上。根據(jù)染色工廠對(duì)粉體助劑的用量不同，元明粉純堿儲(chǔ)存罐容量一般高達(dá)10～20 t。儲(chǔ)存罐的上料一般采用斗式提升機(jī)、真空上料裝置或者噸包上料裝置［4］。采用斗式提升機(jī)時(shí)，一般在地面配置上料斗進(jìn)行上料。上料斗直接與斗式提升機(jī)的進(jìn)料口連接。采用噸包上料方式時(shí)，需要配備單獨(dú)的起吊裝置。粉體助劑儲(chǔ)存罐的料位一般采用阻旋式料位開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 動(dòng)力輸送系統(tǒng)

助劑儲(chǔ)存桶至泵之間的管路一般采用耐腐蝕塑料管，管路之間的連接采用特種膠粘接的方式。液體助劑桶底部小口連接一個(gè)手動(dòng)球閥，工作時(shí)處于常開(kāi)狀態(tài)。在維護(hù)過(guò)程中，人工關(guān)閉手動(dòng)球閥，將助劑存在助劑桶內(nèi)。儲(chǔ)存桶底部通過(guò)塑料管連接至聯(lián)閥。聯(lián)閥上每個(gè)獨(dú)立的閥門(mén)與其中一種助劑桶底部相連。聯(lián)閥通過(guò)法蘭與轉(zhuǎn)子泵進(jìn)口進(jìn)行連接。轉(zhuǎn)子泵出口連接高精度流量計(jì)，流量計(jì)之后連接管路系統(tǒng)。管路法蘭之間需要加裝耐腐蝕的密封墊。根據(jù)控制系統(tǒng)需求，通過(guò)控制聯(lián)閥上每個(gè)獨(dú)立閥的通斷實(shí)現(xiàn)助劑品種的選擇。當(dāng)前一種助劑計(jì)量到需求時(shí)，關(guān)閉該路控制閥，再打開(kāi)后一種助劑的控制閥，依次進(jìn)行計(jì)量輸送。配送完成后打開(kāi)水路控制閥，用水將助劑推送到染色機(jī)臺(tái)化料缸，同時(shí)將管路沖洗干凈。

粉體助劑在儲(chǔ)存罐底部通過(guò)螺旋提升機(jī)出料并輸送到化料缸。在化料缸內(nèi)，粉體助劑與熱水?dāng)嚢杈鶆蚝螅ㄟ^(guò)渣漿泵和管路系統(tǒng)輸送至染色機(jī)臺(tái)。根據(jù)工藝要求，溶液可以加入染色機(jī)臺(tái)化料缸、輔缸、主缸3 個(gè)位置中的任何一個(gè)或多個(gè)。泵前后的管路需要緊密固定，防止泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中管路晃動(dòng)而導(dǎo)致流量計(jì)計(jì)量出現(xiàn)偏差。

2.3 管路結(jié)構(gòu)

管路系統(tǒng)主要由管路、彎頭、接頭、支吊架、閥門(mén)等組成。助劑一般具有腐蝕性，管路系統(tǒng)除支吊架采用碳鋼噴漆外，均選擇不銹鋼材質(zhì)。彎頭主要用于車間內(nèi)部管路走向拐彎處，一般分為圓弧彎頭和折線彎頭兩種。支吊架主要是將管路系統(tǒng)固定在廠房上，并具有調(diào)節(jié)管路水平度的作用。

根據(jù)助劑系統(tǒng)在廠房?jī)?nèi)布置的位置，管路系統(tǒng)一般分為染色平臺(tái)上方布管和染色平臺(tái)下方布管。染色機(jī)一般是沿染色平臺(tái)中心線鏡像布置為兩排。國(guó)內(nèi)立式染色機(jī)應(yīng)用較為普遍，紗籠一般采用天車進(jìn)行提取。如果助劑配送系統(tǒng)與染色平臺(tái)中心線平行，管路系統(tǒng)需要繞過(guò)天車或在染色平臺(tái)下方繞行。染色平臺(tái)下方布管一般是因?yàn)楣苈废到y(tǒng)繞行天車上方時(shí)，管路系統(tǒng)長(zhǎng)度增加造成助劑輸送時(shí)管路壓力損失增大或者施工難度增大。

管路長(zhǎng)度一般為6 m。在染色平臺(tái)上，染色機(jī)之間的距離一般不會(huì)超過(guò)6 m，故染色平臺(tái)上的管路用一段直管和三通分配閥進(jìn)行連接即可。而從助劑配送系統(tǒng)到染色平臺(tái)，管路一般會(huì)超過(guò)6 m，需要在管路之間進(jìn)行連接。連接方式主要有焊接和接頭兩種。焊接質(zhì)量受焊接方式和焊工水平影響較大，如圖3 所示。另外也可以選擇采用接頭方式進(jìn)行管路系統(tǒng)的連接。

圖3 焊接質(zhì)量圖

推薦采用氬弧焊接方式進(jìn)行焊接。如圖3 所示，圖3a、3b 為氬弧焊接在不背保情況下的焊接質(zhì)量，受焊工操作水平高低的影響，內(nèi)部的焊接質(zhì)量會(huì)存在較大的偏差，管路焊接內(nèi)部平整度無(wú)法得到保證。圖3c 為氬弧焊接在背保的情況下采用1.6 mm 焊絲，圖3d為氬弧焊接在背保的情況下采用0.8 mm 焊絲。

2.4 控制系統(tǒng)

助劑配送系統(tǒng)一般在獲得加料信號(hào)后進(jìn)行計(jì)量輸送。加料信號(hào)主要分為兩種：（1）由染色機(jī)中央控制系統(tǒng)自動(dòng)輸出加料信號(hào)至助劑配送系統(tǒng)；（2）由人工操作現(xiàn)場(chǎng)機(jī)臺(tái)附近的電腦發(fā)出加料信號(hào)。這兩種信號(hào)分別對(duì)應(yīng)全自動(dòng)配送系統(tǒng)和半自動(dòng)配送系統(tǒng)。另外，后一種加料信號(hào)也可以作為全自動(dòng)配送系統(tǒng)的補(bǔ)充加料信號(hào)。

3 總結(jié)

儲(chǔ)存系統(tǒng)采取標(biāo)準(zhǔn)容積的助劑儲(chǔ)存桶集中放置，改善了助劑桶擺放雜亂無(wú)章的現(xiàn)狀。動(dòng)力系統(tǒng)和管路系統(tǒng)主要代替人工計(jì)量運(yùn)送助劑的工作，解決人工計(jì)量不準(zhǔn)確、加錯(cuò)料的問(wèn)題。助劑配送系統(tǒng)的研制，在一定程度上提高了染色質(zhì)量，解決了染色廠部分痛點(diǎn)，具有推廣價(jià)值。