設備技術改造在降本增效中的應用

袁新，周少華

(銅陵國星化工有限責任公司，安徽 銅陵 234000)

0 引言

全球經濟下行疊加新冠肺炎疫情的常態化，給企業的生產經營帶來嚴重的挑戰。因此，企業需要不斷進行內部挖潛，降本增效，提高經濟效益，才能在已趨白熱化的市場競爭中保有立錐之地。在復合肥加工企業生產過程中，設備是企業資產的重要組成部分，如何使企業各類設備高效正常運行，挖掘設備潛力給企業降本增效，逐漸成為重要的課題。設備管理是企業生產經營中的重要一環，設備技術改造及創新是設備管理的重要手段，可以為企業降本增效，提升產品質量，降低勞動強度等為企業經濟效益。

筆者整理了近年來自身在生產設備管理實踐過程中的一些實踐，介紹了企業設備管理及技術創新的具體做法，給企業降本增效管理活動提供一些借鑒。

1 不斷推進機械設備自動化改造

1.1 碼垛機器人在包裝產品碼盤中的應用

復合肥產品在生產加工后，一般是散裝顆粒，為便于銷售，需要進行包裝，包裝規格主要是為40 kg每袋或50 kg 每袋，也有極少量其他規格的包裝需求。包裝后的袋裝產品，為便于轉運、儲存，往往需要進行碼盤，即將包裝后的袋裝產品在托盤上以“五花”或“六花”的形式碼放，每托盤碼放數量為2 t，碼放層數為8 層(50 kg/袋)或10 層(40 kg/袋)。

企業原系人工作業碼垛，由2 名作業人員將包裝好的肥料人工碼垛在托盤上，然后用叉車將碼好的托盤插走入庫儲存，勞動強度大，人工費用高。后經多方考察，了解到機器碼垛設備主要是高位碼垛機及機械手碼垛機，而機械手碼垛機應用較為廣泛，使用綜合評價較高，公司最終上馬了碼垛機器人，代替了人工碼垛作業方式，減少了生產作業人員，節約了人工費用，也給企業的人員安全管理減輕了負擔。如原人工碼垛方式，每班需要2 人，企業采用“四班三運轉”模式，合計需要8 人，每人每月工資及保險約5 000 元，每年人工費用約48 萬元。碼垛機器人設備及安裝調試費用約30 萬元，一年就可以收回投資成本，每年可為企業節約人工費用48 萬元左右。

1.2 袋裝產品振散機在處理結塊產品中的應用

復合肥產品由于原料組成復雜、吸濕性強等原因，包裝后若未及時銷售，在庫房內長期存儲易結塊。隨著耕作方式機械化及科技化程度的提高，種肥同播逐漸成為主流的肥料施用方式，有研究表明[1]，將玉米種肥同播條件下氮肥、磷肥、鉀肥的肥料利用率分別為40.7%、20.8%、48.0%，較常規施肥利用率有所提高。耕作方式的進步，對肥料產品的質量提出了更高的要求，產品結塊會影響種肥同播機械的正常運行，會損害企業的形象，危及企業的正常生產經營。因而，對儲存周期較長的產品，出現不同程度結塊現象的，發貨前需要進行摔包處理，使板結的肥料變得松散，以便于銷售和施用。振散機投用前，企業原采用人工摔包方式對結塊產品進行處理，兩名工人將肥料抬至1 m 左右高度，自由落體摔下，然后翻一面重復一次；這種作業方式，工人勞動強度大，且效率低下，費用也很高。振散機主體結構是皮帶輸送機，輸送機中部上方設置一彈性壓輥，工人將結塊肥料放在皮帶機上一側，肥料隨皮帶機運動，運動至壓輥下方時，壓輥對結塊肥料產生向下的壓力，將肥料變得松散，然后從皮帶機另一側輸送出去。振散機投用后，工人只需將袋裝肥料放在振散機上，機器會自動對板結的肥料進行振動按壓，使其松散。

如原人工摔包處理結塊產品，每噸人工費用約15 元，使用振散機后，每噸產品人工費用約為9 元，按年處理30 000 t 結塊產品計算，該項措施可節約人工費用18 萬元左右。

1.3 自清理滾筒篩在肥料篩分中的應用

肥料從生產線上下來是散裝顆粒，為便于銷售需要進行包裝。為進一步提高肥料質量，在包裝前需要進行最后一次篩分，以去除顆粒中粉末、機械雜質及大顆粒。企業包裝工段篩分裝置原為平面振網篩，平面振網篩為雙層結構，上下層各五塊條形篩網，上層篩網孔徑為4.5 mm，下層篩網孔徑為2.5 mm，篩網的振動通過布置在篩體上方的振動電機實現。然而振網篩隨著使用時間延長，篩網上會結料，影響篩分效率，進而影響產品質量，此時需要對篩網表面結料進行清理。因振網篩兩層之間間隙較小，約200 mm，振網篩結料不便清理，且清理頻次較高，平均每班次需要清理5～8 次，每次清理20 min 左右，人員勞動強度較大。同時，隨著環保要求逐漸提高，振網篩揚塵較明顯的不足已不能滿足使用要求。因振網篩若完全密封，則篩網清理不便；若采用快開式密封門，隨著開關次數增多，密封門會很快損壞，從而失去密封效果。

經過系列考察，公司決定將該振網篩改為自清理式滾筒篩。滾筒篩結構為回轉圓筒，直徑約1 500 mm，長度6 000 mm，從進料口到出料口一共布置10 塊篩網，篩網為方孔篩，前6 塊篩網孔徑為2.0 mm，將篩下粒徑小于2.0 mm 的肥料顆粒返回生產系統二次造粒，后4 塊篩網孔徑為5.0 mm，將篩下粒徑在2.0～5.0 mm之間的肥料顆粒，作為最終產品進行包裝，最后粒徑大于5.0 mm 的肥料顆粒由篩體尾部排出，返回造粒系統二次加工。改為滾筒篩后，篩分設備有較好的密封效果，現場揚塵改善顯著，生產環境有很大改善。且經過技術創新，滾筒篩設置了有效的從動式毛刷自清理裝置，基本不用人工清理，既能保證密封性能又能滿足篩分需求。該舉措可減少4 名清篩作業的作業人員，每年可節約人工費用20 余萬元。

1.4 振動電機在清理管道結料中的應用

復合肥生產過程中有大量的設備連接溜槽、除塵管道，由于復合肥原料(尿素、磷酸一銨、氯化銨、硫酸銨等)品種較多，原料溶解度各異，按生產配方配伍后混合溶解度更低，粘性更強，特別容易粘結在溜槽及除塵管道上，若不及時清理會造成堵塞，造成停產及跑冒滴漏，影響裝置連續穩定運行，造成生產現場環境較差。清理則需要停車，一般每周需停車清理3～4 次，每次停車1～2 h，一則損失產量，二則增加人工清理費用。

經周密設計，在易結料處安裝振動電機，并將所有振動電機控制系統集成在一起，設置為自動振動模式，每隔10 min 10 s，管道上粘附的物料就會脫落，不會造成越結越多的情況，也避免了頻繁停車造成的產量損失，減少了人員清理費用。據統計，該措施實施后，每月非計劃停車時間可減少20 h 左右，可增加產量500 t 左右。

2 積極采用新型設備

隨著復合肥行業的發展，復合肥配套設備也日新月異，新設備在節能降耗、減員增效方面無不產生積極作用。

2.1 粉體流冷卻器在復合肥冷卻過程中的應用

復合肥生產原料為氯化鉀、氯化銨、硫酸銨、磷酸一銨、尿素等，上述原料吸濕性均較強，混合制作成復合肥顆粒后，其吸濕性更強，導致肥料顆粒具有較強的吸濕結塊現象。為緩解產品結塊現象，就需要在其他方面做得更好，以抵消吸濕性造成的結塊傾向。比如降低產品的包裝溫度，特別是夏季，較低的包裝溫度可以明顯改善產品結塊情況。

企業原有成品冷卻裝置是兩級流化床冷卻器，每一級冷卻器配備一臺鼓風機，使肥料顆粒在流化床內達到流化狀態，同時進行熱量交換，降低顆粒溫度，同時配備一臺引風機，對顆粒進行除塵，并帶走換熱后多余的熱量。因為肥料吸濕性較強，在鼓風機進口需要設置空氣加熱裝置，一般需要將空氣溫度加熱到高于環境溫度5 ℃左右，降低空氣相對濕度，避免流化床內肥料顆粒吸濕潮解。如此，冷卻系統配備兩臺引風機、兩臺鼓風機，及空氣加熱裝置，電能及蒸汽消耗較高，且高溫季節由于空氣需要加熱以降低相對濕度，冷卻效果不理想(不能控制產品包裝溫度小于40 ℃)。

隨著技術進步，越來越多的新型冷卻設備被研發出來并用于肥料產品的冷卻，粉體流冷卻器就是一種新型的冷卻設備。粉體流冷卻器自上而下設置進料倉、冷卻板組(根據實際產能及冷卻需求設置冷卻板組數量，我公司經設計采用了兩層冷卻板束)、放料皮帶機，肥料顆粒自上而下通過冷卻板組，冷卻水自下而上在換熱板內部流動，進行間壁逆流傳熱，將肥料顆粒溫度降下來，同時設置有冷卻水循環系統及粉體流料位控制系統。冷卻水循環系統主要是將冷水輸送至傳熱板，與肥料顆粒進行間壁換熱，降低肥料顆粒溫度，并將熱交換后溫度上升后的水送至冷卻塔降溫，便于再次輸送至傳熱板給肥料顆粒降溫。粉體流料位控制系統是在進料倉設置料位傳感器，將其信號與底部放料皮帶機連鎖，根據料位傳感器信號控制放料皮帶機速度，使冷卻器內物料均勻通過傳熱板，獲得較為理想的冷卻效果。將流化床冷卻器改為粉體流冷卻器后，冷卻效果顯著降低，同時節約大量電能。技改前后工藝路線如圖1 所示。

圖1 冷卻系統技改前后工藝流程圖

技改前流化床冷卻系統有兩臺鼓風機、兩臺引風機，合計功率為480 kW，技改后改為粉體流冷卻器，僅一臺循環水泵及涼水塔風扇耗能，功率約60 kW。按電機效率80%，開車率85%，電費0.7 元/kW·h，則每年可節約電費：(480-60)×0.8×0.85×365×24×0.7=1 751 299.2 元，即175 萬元左右。

3 優化作業流程

3.1 廢料返料系統

復合肥產品琳瑯滿目，品種繁多，企業生產過程中需根據市場需求不斷進行產品品級轉換(如將NPK養分配比由16-16-16 轉換為25-10-5)，轉換過程中會產生部分不合格品(主要是養分不合格，距轉換前后產品養分均不合格，養分合格指標見GB/T 15063—2020《復合肥料》[2])，不合格品統一儲存在半成品庫內獨立區間，以免造成成品質量不合格，這些不合格品需要返料再加工，形成合格品后再包裝銷售。不合格品再加工，需要將不合格品由半成品庫轉運至原料庫，在原料庫內通過相應設備返料進生產系統。我司半成品庫和原料庫距離有200 多米遠，每次將不合格品轉運到原料庫都需要用車輛進行短倒，這就產生了大量短倒運輸費用。經過合理規劃，在半成品庫增加料斗、皮帶機和斗提機，將不合格品直接輸送至包裝工段返料皮帶機上(利舊)，直接回爐再加工，省去了不合格品在半成品庫和原料庫之間短倒運輸的過程。具體流程如圖2 所示。

圖2 廢料返料系統示意圖

效益測算：每月轉換產品次數為8～10 次，按平均9 次計算，每次轉換會產生不合格品40～60 t 不等，按平均50 t 計算，則每年轉換產品產生不合格品約5 400 t。每噸短倒費用約5 元，則每年可節約短倒費用27 000 元。

3.2 產品直包系統

3.2.1 直包系統

企業復合肥包裝流程原為：生產系統加工的肥料顆粒經過皮帶輸送機，分布至半成品庫相應庫區，有產品包裝需求時，根據工藝師要求，將不同庫區的顆粒用鏟車上料至加料斗，再由加料斗下方皮帶輸送機輸送至包裝車間進行包裝。

產品直包指生產系統加工的復合肥顆粒不再落入半成品庫配包，而是進入包裝車間直接包裝。直包改造具體流程是，在入半成品庫皮帶機上增加了二分閥，在包裝工段增加了一臺斗提機，生產的散裝產品通過二分閥進入新增斗提機，直接輸送至包裝工段料倉進行包裝作業，不再進入半成品庫。該措施一方面節約了大量的鏟車費用及人力資源費用，另一方面也減少了半成品庫鏟車上料過程中潑灑浪費的產生，杜絕了上料過程中的揚塵，改善了半成品庫的現場環境。此外，該措施可以避免肥料在半成品庫內長期散裝堆放，從而免于產品吸潮粉化，改善了產品質量。流程打通后，企業制定了合理的產品直包管理制度，狠抓落實，該措施實施以來，生產狀態穩定，產品質量能得到有效控制。

3.2.2 效益核算

(1)鏟車費用

原包裝流程需鏟車上料，按年包裝量20 萬噸計，鏟車上料噸成本2.7 元，此項成本約為44 萬元，施行直包作業后，該部分費用基本可節省下來。

(2)多產生廢料成本

原包裝流程，半成品入散裝庫，半成品在庫內因吸潮、潑灑、粉化等原因，每年會產生廢料1 000 t 左右。廢料如果變為成品，按100 元/t 計利潤，多創造利潤約10 萬元；同時廢料產生的二次加工費用為122.5 元/t(水電汽、防結劑/粉、維修成本等)，則二次加工成本=122.5×1 000=12.25 萬元。

少產生廢料帶來的經濟效益約為22.25 萬元。

(3)其他效益

直包后包裝返料為各班當班產生，不存在扯皮現象，可鞭策班組用心操作，提高產品產量和質量；規避了產品在散裝庫吸潮粉化易引起包裝后產品結塊的情況。

4 結語

隨著市場經濟的發展，化肥生產企業已進入微利時代，降低成本等于利潤已得到廣泛共識?？茖W技術進步推動著設備的更新換代，設備技術創新代表了更高的生產效率，代表著更低的生產成本，代表著核心競爭力的提高。設備技術創新及改造是設備管理，乃至企業管理的重要環節。我們要向管理要效益，就要加強生產經營每一環節的管理，要堅持設備技術創新，不斷降低企業成本，提高企業競爭力。