池窯拉絲成形區空間溫濕度及氣流對拉絲作業的影響及控制措施

李 輝，顧建定，吳建洪，張樹興，魏研佳，曹建強

（巨石集團有限公司，桐鄉 314500）

0 前言

近年來，我國的玻璃纖維制造業［1-2］在高速發展，其生產規模大幅度提升，玻璃纖維制造是高能耗產業，隨著國家“碳達峰”、“碳中和”的推進要求，降能耗及提高單位能耗產值成為行業關注的重點。拉絲生產作業能力再提升是提高單位能耗產值的重要途經，拉絲作業環境作為拉絲作業的重要組成部分，其空間溫濕度和氣流變化，是拉絲作業順暢性與穩定性的重要因素之一，對其工藝及控制進行深入探討分析具有重要意義。

1 拉絲空調抽送風系統

1.1 拉絲環境

是指玻璃纖維成形區直至原絲筒卷繞區，即拉絲成形過程的環境條件，這些條件主要包括壓力、溫度、濕度、氣流等因素。拉絲環境因素條件對于拉絲作業穩定性是不可或缺的條件［3］。而為拉絲過程生產環境的恒壓恒溫恒濕的有利條件，拉絲空調抽送風系統起到舉足輕重的作用，詳見下圖1所示［4］：

圖1 拉絲空調抽送風系統

1.2 送風系統

本文描述池窯粗紗送風系統，其送風系統一般可分為環境風送風系統和工藝風送風系統，兩者相互獨立分區控制，通過環境風及工藝風風機頻率差異化控制，實現環境風及工藝風風量大小和溫濕度差異化控制，確保拉絲開臺數穩定，最終實現生產效率最大化。

1.3 抽風系統

本文描述池窯粗紗抽風系統，其抽風系統結合送風系統風量大小進行調整控制，通過各區域抽風風機運行，實現拉絲生產全區域均勻分布抽風，從而實現拉絲區微負壓（≤0Pa）控制，實現拉絲生產穩定，實現生產效率最大化［5］。

2 拉絲成形區溫濕度控制

為保證拉絲作業穩定性，拉絲過程通過空調控制系統，確保拉絲生產過程中保持恒溫恒濕的有利條件，且基于四季外界溫濕度實際變化，對成形區溫濕度采取差異化控制［6］，根據生產經驗摸索，如圖2、圖3所示，其中夏季溫度控制在（22±4）℃，濕度控制在（90±5）%，如圖2；冬季溫度控制在（14±4）℃，濕度控制在（85±5）%，如圖3，在能耗比最優下以此保證拉絲作業穩定性；一般情況，環境風風速控制（1.5±0.5） m/s范圍，確保拉絲送風量穩定，確保拉絲成形區環境內應是10 Pa正壓，同時通過大型制冷機和冷卻水泵臺數控制，實現成形區內恒溫恒濕控制。而漏板工藝風速通常控制（2.5±0.5） m/s范圍，其風量大小主要與產品結構差異有關系，通常單纖維直徑偏小產品，工藝風風速應下偏差控制，確保成型過程絲根冷卻穩定，不影響拉絲作業［7］。

圖2 夏季成形區溫濕度控制

圖3 冬季成形區溫濕度控制

3 拉絲成形區爐位隔熱板

在拉絲作業過程中，漏板產生的熱輻射對拉絲成型區域溫度影響大，需要使用大制冷量的空調機組送風進行環境溫度的控制。同時拉絲操作工在引頭觀察絲根時容易受到高溫的炙烤而眼部損傷，以及存在能源的過多消耗，故設計了減輕漏板熱量對外輻射隔熱和爐位間隔氣流的裝置。具體方案：在上層爐位之間安裝可拆卸式的側邊隔熱板，在漏板的正前方安裝一塊寬度35 cm的前側隔熱板，中間鑲嵌一塊長寬88.5 cm*26.5 cm的耐高溫玻璃作為觀察漏板工況視窗［8］，如圖4拉絲成形區爐位隔熱板主視圖和圖5拉絲成形區爐位隔熱板側視圖，通過爐位隔熱板安裝，能起到每臺爐位單區隔離后氣流穩定的效果，同時隔熱板采用分體拆裝安裝方式，日常拆卸便捷，不影響爐位漏板及涂油器等設備替換操作［9］。

圖4 拉絲成形區爐位隔熱板示意圖

圖5 拉絲成形區爐位隔熱板側視圖

4 隔熱板安裝后爐位區域的氣流變化

漏板及上層爐位周邊氣流變化，我們在推廣雙流體噴霧后發現，由于需要使用壓縮空氣來霧化純凈水，雙流體噴霧的壓縮空氣壓力在0.12～0.13MPa之間，致使漏板下方的氣流量和速度較單流體常規噴霧有所增加，并且氣流的外竄容易影響附近爐位絲束的穩定性。以下是通過對安裝雙流體和單流體噴霧工藝測量的氣流變化圖示，具體如下圖6。

圖6 隔熱板安裝前后的氣流變化

通過對漏板下方的幾個點的風速分布進行測量和干冰霧化模擬風向，使用雙流體噴霧后風速均有所增大，同時風向也因風速的增大而向外擴散，因爐位間隔近，兩側的氣流碰撞后容易產生較強的壓撞，從而有部分氣流被擠壓后沖擊絲束，導致拉絲作業呈現不穩定狀態。安裝側邊隔熱板后，爐位間的氣流得到了隔斷，同時隔板還具有一定的氣流導向作用，將氣流導入上層拉絲區的下絲口，與抽送風流向吻合。因此不再影響附近爐位絲束的波動，對穩定拉絲作業起到了較有效的作用。兩臺爐位間在使用側邊隔板之后，氣流的流向變化對比如下圖7所示。

圖7 隔熱板安裝前后的氣流變化

在安裝了側邊隔熱板的同時，為防止漏板熱量正面輻射導致的區域溫度升高和減輕操作工高溫炙烤的狀況，漏板的前方也安裝了一塊寬度為35cm的熱浪阻擋板來防止高溫的過多輻射。我們對爐位前方區域的溫度進行了對比測量，根據數據可以看出，在使用側邊隔熱板和熱浪阻隔網板之后，在相同環境下漏板前方半徑為0.5m的扇形面積內溫度得到了下降，因此漏板對成形區溫度的影響面積得到了一定的縮減。人員在現場實施上頭拉絲，觀察絲束狀況的環境得到了較大的改善，有利于上頭操作，具體數據如表1所示：

表1 爐位前方垂直區域環境溫度分布

5 隔熱板安裝后拉絲成形區整體區域的溫度影響

安裝漏板隔熱板后，漏板爐位前方的溫度輻射距離得到了一定的縮減，對整個成形區的溫度穩定性和溫度下降幅度具有一定的作用。我們對成形區溫度的布局進行了測量，如圖8、圖9所示。具體溫度分布如下（注：檢測高度1.5 m，測得出風口溫度在16.7℃）：從數據可以顯示出我們成形區內溫度分布主要分為3個區域，區域1為漏板直接輻射區，區域2 為空調風直吹區，區域3為中間穩定區。由于我們成形區采用直吹式制冷的特殊性，根據與以往成形區溫度測量對比來看，區域3內的變化并不是十分大，該塊區域的溫度主要還是取決于外界溫度和制冷設施。因此對于裝置使用后對成型區溫度的變化主要取決于區域1和區域2［10］。

圖8 成形區東側平面區域溫度分布

圖9 成形區西側平面區域溫度

針對區域1和區域2內的溫度情況，并結合抽送系統和漏板熱輻射。成形區內溫度截面和風速檢測如下：由于我們使用的送風系統出口在距離漏板約2 m處，在對漏板下方的風速進行測量來看，只有距底部1 m以下有風速，因此可以判斷冷風的流向基本如圖10所示。針對成形區域的降溫完全是依靠冷風的吹入并且依托底部的抽風系統來將漏板處輻射的熱量帶走。而在安裝了漏板隔熱板后，熱輻射的距離被縮短，因此在上圖區域3周圍的溫度較未使用隔熱板的爐位要低，成形區高溫區域面積則相對較少，區域溫度自然就有所下降。

圖10 爐位送風風速與溫度

6 安裝隔熱板后成形區與以往溫度對比

在拉絲成形區安裝漏板隔熱板后，與上年數據進行對比，平均溫度要低近2.2℃。由于成形區的溫度受多方面因素的影響，如外界氣溫、 制冷機數量以及漏板結構等，單從溫度的變化來看確實有所下降， 但是其制冷機數量和外界氣溫區別則較大。外界氣溫相比上年要上升3～4 ℃左右（后期），制冷機相比上年增開了1臺制冷機。而從制冷溫度下降量來看，上年平均下降4.5 ℃，當年平均下降8.1 ℃。按照理論上來講，溫度越低，制冷的消耗量越大，而從溫度下降量來看加開一臺制冷機后溫度下降率還是接近飽和的。因此可以得出增加隔熱板后有助于對成形區域的制冷。

我們拉絲成形區的溫度控制是利用在上部的送風空調將外部的空氣制冷后送入成形區內再由下部的抽風系統內部受熱的空氣抽出。在安裝了漏板的隔熱板后，漏板輻射到成形區的熱量和距離均得到了一定量的縮減，成形區域內的冷空間面積也增大，熱輻射的面積和熱量有所減少。熱輻射的第一溫度帶內溫度下降了6.1℃，第二輻射帶內的溫度下降了2.1℃，整個成形區內的輻射面縮短了，溫度也隨之得到了下降。

另外使用隔熱板后原先不規則的氣流方向得到了引流，順暢了漏板下方到下絲口的風向，使之趨于拉絲的作業方向。同時也有利于漏板拉絲作業產生的恒定散熱量的散發，加快了漏板下方熱量的傳出率，降低了成形區溫度。因此漏板隔熱板的使用，減緩了區域空間制冷的壓力，降低了漏板對成形區的熱輻射，可促使成形區溫度的降低。

7 結束語

本文結合近年來對拉絲成形區作業環境的生產經驗，分別從拉絲空調抽送風循環系統的風速、氣流壓力、溫度濕度關鍵工藝確定、冬夏季差異化控制、隔熱板的制備等方面進行關鍵集束梳理，分析了其控制要點，對拉絲成形區作業環境的改善和拉絲作業的提升具有重要意義［11］。