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日产200 t聚酯短纤维数字化成套工艺技术装备的研发和成长
2015-03-18 16:33:14   来源:   评论:0 点击:

——访恒天重工股份公司
吴永升

      聚酯短纤维生产的工艺技术装备可能出现两种发展趋势。一种是适应纤维品种、性能、发展的变化,单线产能不宜过大,但工艺技术装备的水平在不断地改进提高。另一种是为适应聚酯装置发展的大型化、聚酯连续纺丝工艺技术已经成熟,市场竞争的情况下,纺丝的成套工艺技术装备在提高水平的同时,必须实现连续化、大型化和智能数字化。
       这两种发展趋势都必须是围绕服务市场、服务生产、实现产业优化升级的发展。连续化、大型化和智能数字化成套工艺技术装备就是在这样的大环境下应运而生。
       由恒天重工公司分别为江苏翔盛和福建正麒公司生产的大型聚酯装置配套的6条日产200 t聚酯短纤维成套生产线,都是一次投料开车成功,设备运转正常。

 

        恒天重工公司的前身是原来的郑州纺织机械公司、邵阳第二纺织机械公司和邯郸纺织机械公司。几十年来,这些企业一直从事化纤机械生产,特别是聚酯短纤维工艺技术装备的生产。从日产几吨的小型装备开始,历经日产十几吨、25 t、50 t、70 t。近年来,日产100 t、150 t的生产线已经产出近40套。现在生产日产200 t的成套技术装备线,可以说是一步一个台阶地走到今天,这既是一个曲折的发展历程,也是这个过程通过实践不断巩固提高的过程,也是一项创新驱动的成果。

 
       实践是检验真理的唯一标准。资源配置市场起决定作用。耳听是虚眼见为实。用户接受并且经过实践的考验,同时产生了实际的企业效益和社会效益,才能对这个项目的成功与否得出科学的评价。
       从江苏翔盛高新材料公司和福建正麒高纤科技公司的生产现场情况来看,单条生产线日产可达200 t~230 t,额定产量指标已经达产。与传统的生产线相比,在同样的建筑面积上,单线产能提高到200 t,这是硬碰硬的现实。这一条生产线的产能增加,而现场的管理人员和操作人员并不增加,这证明劳动生产力的提高。不只是单一的产能增加,有关经济技术指标也发生了变化。产能增加,单位占地面积减少,耗电减少28%,蒸汽消耗降低13%,每吨纤维聚酯熔体耗量控制在1 009 kg,同比也是先进水平。产品的物理指标按照国家规定标准的26项指标中,均已达到优秀标准。正常生产的产品,合格品率达到99.99%,一等品率达到99%。
       一些行业的专家、学者们现场看了之后,也实事求是地进行了对比分析,一致认为,在这些生产线中,有不少创新之处,工艺技术具有国际先进水平。
 
       都知道,聚酯纤维的生产有通过切片间接纺丝的和聚酯直接纺丝的。科技发展至今,聚酯直接纺丝工艺技术已经比较成熟,已被多数企业采用,特别是新建项目都是规模比较大的,所以都采用聚酯直接纺丝工艺,其优点是缩短工艺流程,生产效率高,产能增加,同时,实现节能、降耗和减排,而它的工艺技术和难度也相应增加。从合格的聚酯到纺丝、后处理直到成品包装,流程很长,需要上下左右的密切配合,实际上是一项庞大的系统工程。
       从建筑物的4层楼上聚酯熔体开始,通过三通阀、增压泵、熔体管道和过滤器,进入SLHV600型40位或者48位的纺丝联合机的纺丝箱,通过120 cc/r计量泵,通过纺丝组件中的4845孔或者7000孔的喷丝板进行纺丝,再经过环吹风冷却、纺丝融道纺成丝束,进行卷绕、牵伸、进入喂入机,从楼上到楼下,使丝束进入设有往复装置的盛丝筒,在车间内稍时停留,进行中和处理。
       经中和处理的丝束进入ZLHV909型后处理联合机,从集束架使丝束总纤度达到670万特,进入导丝机浸浴槽,进入第一牵伸机进行初步牵伸。再通过水浴牵伸槽进入第二牵伸机进行二次牵伸,再通过蒸汽加热箱进入由20个牵伸辊组成的紧张热定型机,经过冷却喷淋箱进入第三牵伸机、叠丝机、三辊牵伸机,通过张力架进入卷曲预热箱进行丝束纤维的卷曲,再经过铺丝机进入松弛热定型机。
       丝束的后处理完成之后,通过曳引张力架输送到打包机的高楼上进行丝束切断,再进入LHV809A型打包联合机进行打包,通过成包的称量、检测,输送到成品仓库。
       从4层高的楼房上到地面长约100 m的面积上,聚酯短纤维和纺丝后处理工艺技术,最终成为纤维,成为合格的纺织工业的中间产品,可以说算是告一段落。
       为什么说是一项庞大的系统工程呢?聚酯短纤维纺丝只是一条主要工艺技术生产线,还需要有许多为工艺生产线相配套和服务的系统装置,诸如电力、动力、蒸汽、空气、供水系统,熔体管道和纺丝中的热媒系统。纺丝后处理的油剂调配与供应、回收系统。打包机还有一项专用的液压控制系统。在一些单机上装有控制系统,还有工艺流程中的前后总线控制与监测系统,还有多种不同用途的公共工程管道。整条工艺技术生产线可以说是一项庞大的系统工程,从总体构思到主机、辅机、工程成套,都要经过周密的安排。
 
       从这些工艺生产线中可以看到许多创新点,这些创新点经过实践证明又比较实用,凸显其技术优势。
       在江苏翔盛和福建正麒公司等“开明用户”的大力支持下,搭建了项目发展的平台,使工艺技术装备的设计制造,不但能与使用工艺相结合,而且还能够适应市场不断变化的诉求。
       实现“一机多用”,适应多品种柔性化生产是凸显的科技特色。就是说可以在这些大型工艺生产线上,除了可以大批量的生产传统的高强低伸或者低强高伸纤维的同时,当市场需求变化时,对设备和工艺参数适当进行调整,可以生产高强棉型、高强细特纤维和缝纫线。同时可以生产中长纤维和毛型纤维,还可以生产包括抗菌、远红外、吸湿排汗功能性纤维。还可以生产三角形、扁平型、哑铃型异性纤维和有色纤维。还可以生产中空纤维或者其他PTT、PBT等新型聚酯纤维。具有广泛的实用性。
       从四层楼上接收合格聚酯到纺丝、后处理,到纤维打包成品入库,长约100 m的流程中,凭人工前后去考察是不现实的,必须要实现各种单机的自动控制和全流程的数字化、自动化检测与控制技术,这也是凸显的技术特色。在这些整条工艺生产线中,采用多单元变频调速系统,PLC集中控制系统和网络通讯系统,使整条生产线实现自动化、数字化控制的具有国际先进水平的数字控制系统。
       可曾记得,当年从国外引进技术,实现日产50 t聚酯短纤维后处理生产线时,多单元的长边轴,齿轮箱传动时,螺旋伞齿轮的制造和传动箱的噪音曾经是难以解决的课题,如今采用上述的变频调速和自控技术之后,一切迎刃而解。
       如今,在多单元变频调速系统中,采用高性能、变频器驱动电机运行,运用共母线技术。采用带过度传感器的变频电机矢量闭环控制系统,控制精度可达0.1%,PLC集成控制系统是现场总线与生产线的各种变频器,联机现场通讯。设置友好的人机界面,通过组合,使整个系统具有工艺参数设计、运行控制、工况显示、报警显示、运行和显示记录以及查询打印等功能。通过网络通信技术将生产线上的所有设备进行联网,并与整个工厂信息化系统联网,使企业的管理者及时掌握生产现状。
       所谓数字化成套工艺技术装备,除了设备设计制造技术之外,自动检测、控制、显示、处理与管理的奥妙就体现在这里。
       在项目的实施过程中, 突破了不少产品技术和过程技术中的难题。实现了国家授权而且得到国家保护的专有技术32项,申请发明专利3项,这些创新成果都体现了生产线中凸显的科技特色。
 
       产品技术指的是通过市场调研分析到产品生产以及企业效益和社会效益分析的构思,直至产出完成的工艺图纸技术资料。
       在构思这项产品设计时,把节能、减排、增效、环保、安全和适用放在首位,产品有好的适用性,有高的技术水平,实现连续化、数字化、智能化生产。所以,在整个构思与设计中,要坚持创新,体现创新思维。
       在纺丝机中,设计了紧凑型纺丝箱,可以减少首位和末位纺丝位的丝束张力差异,在纺丝组件设计中,科学地计算了熔体分配技术,科学地设计了直径358 mm和410 mm的喷丝板。纺丝组件中采用了强制性密封,纺丝液不能泄露,并且采用上装式,拆装方便。在纺丝机中,研制设计了每位有7000孔~9000孔的环吹风冷却装置,环吹头采用多层不锈钢网绕制而成,采用自动闭环控制风量,保证了吹风的均匀性,周向低于6%。原丝的断面不匀率DVC值保证在1.15以下。
       纺丝采用双道唇式上油,提高丝束质量。环吹风冷却梳理采用外唇溢式上油盘,提高纤维抗静电性能,提高纤维的后加工能力。
       在纺丝卷绕机上,有一套生头推丝器,生头方便,每8个纺丝位都有一套网络生头器,可以实现快速自动生头并丝。
       喂入轮的设计结构也进行了改进,优化设计,降低噪音。每个盛丝筒的重量有20 t,辊道式盛丝筒往复装置,采用先进的伺服控制系统,自动化程度高,设置有接近开关、光电开关和红外开关,运动位置精确控制,而且安全、平稳、可靠。
        纺丝后处理设备是从集束、牵伸、定型直至叠丝、卷曲到松弛定型,共有22种单元机组成。产品设计根据工艺流程要求,合理配置,满足温度、流量、压力和各种工艺的要求。满足高负载的丝束装置要求,丝道的光滑耐磨和运转的可靠。实现节能、减排、操作方便,整条工艺生产线从前到后的数字化控制。
       在后处理生产线设备配置中,也有不少创新技术,比如,集束架中采用牛角棒集束式导丝辊。浸浴槽中的导丝辊采用滚动形式,表面喷涂陶瓷。浸油槽液位温度的自动控制技术。牵伸机采用悬臂式牵伸辊,钢板焊接结构的箱体。传动齿轮采用优质低合金钢和齿形的特殊设计。紧张热定型机定型棍的新型夹层设计结构,配置蒸汽闪蒸系统,实现蒸汽的再利用。在机幅2.8 m的烘干机中,对热风的风量、风速、风压的使用进行了精确计算,实现风道循环设计,实现温度均匀,热效率高等的要求。
       纤维切断之后分别进入两台日产100 t打包机,除了机械设计之外,还有专用液压系统。打包机的油缸制造、密封、自动计量,推料箱推断,双向回转,直到打包后提箱的自动控制和成包的输送。
 
       把产品技术中的设计、构思,通过物化过程,形成产品,变成商品,有许许多多的关键技术需要攻坚克难。为了实现产品设计的要求,只有一条路,就是不畏困难,敢于担当,敢于攻坚克难。
       为纺丝机环吹风的改进提高解决多层不锈钢丝绕制和焊接。针对喂入轮高速运转产生的噪音,对喂入轮齿峰的加工、热处理以及动平衡,实行了特殊处理,以降低噪音。对单个20 t的盛丝筒辊道进行特殊处理,提高了耐磨性。
       针对后处理设备承受高负载的光滑耐磨的处理要求,对牵伸机的牵伸辊等关键部位,采用优质合金钢材,对孤形齿轮加工,大圆弧滚刀以及抛光、喷丸、滚压等强化处理工艺,有效提升设备的可靠性。记忆犹新,想当年的进口设备中,牵伸机齿轮老出故障的难题,通过自己的探索和创新工艺而得到了解决。记忆犹新的第三牵伸机,进口时是整体牵伸机,当时厚25 mm、宽3 m、长6 m的锅炉钢板要靠进口,13辊的箱体焊接后,无法精加工,向各地求援协作,现在20辊的牵伸定型机,箱体焊接进行有限元分析,采用分段焊接,更加优化组合,有了自己的大型落地镗床,加工工艺问题迎刃而解。
       热定型机的定型辊是夹套式,施工难度更大,但为了实现定型辊内的流体阻力小,传递热效率高,自己解决了加工工艺技术的难题。还有多种滚筒的表面喷涂陶瓷工艺技术,镀硬铬技术,烘干机链板电抛光等工艺技术难题,都通过自己动手,攻坚克难得到解决,达到产品设计要求。过程技术中也有不少自己的专有技术。
 
       从签订供货合同到交货到现场,这项大型设备的生产周期大体只有约10个月。按照传统的老办法进行组织是不能实现的。为什么会实现在短周期内交货呢?就是靠科学的组织技术,靠信息化技术、网络化管理。
       每一条工艺生产线都是由3种联合机31种单元机组成,这些单元机又是由成千上万种零部件组成,主机制造企业又分别地处在河南、湖南和河北省,设备制造当中还有许多协作配套的零部件,涉及到国内外的单位更多,而基本建设项目的地点又在另一个省份。涉及的多个方面如何组织起来,可确实是一项庞大的系统工程。实施这项系统工程只有靠信息技术、网络化的组织技术。
       联合机是由单元机组成,单元机又是由零部件组成,在组织生产中,各生产承担单位都要统一按照总的交货目标,安排自己承担任务的具体完成时间。从作业计划到零件出产、部件总装、产品的总装、调试周期统一进行组织协调、有序的同步进行。
       需要从境外进口的配套件,也同样按照总体要求安排进度。
       总之,各个分项目、子系统都能统一围绕和服务于总体目标。围绕总目标通过资源管理系统的统一管理、科学调度,在规定的生产周期内完成任务,实现效益的最大化。
       实践证明,实施以信息、网络化技术为手段的组织管理,是一种科学技术,是一只无形的手,可以不花钱或者少花钱,而求得高效益的有形技术。


       成就只能说明过去,成就只是一个起点,不能证明未来。不断创新,继续发展才是未来。企业的各项工作通过市场的竞争,又能促进科学技术的进步。
       日产200 t的聚酯短纤维成套设备虽然已经批量生产,但经过实践考验,还有不少技术需要进一步改进提高。针对聚酯短纤维连续化生产的特点,要继续在做好、做细、做精方面下功夫,需要继续提高产品的可靠性,实现额定的时间内连续生产不停车,实现无故障的目标值。
       成熟的先进工艺技术推广和移植,对传统的工艺技术装备进行技术改造,实现存量技术提升的产业优化升级,不仅可以扩大内需市场服务范围,也是一项新的重要任务。
       面对国内外科技发展趋势和市场发展的需求,随着聚酯装置单项的更大容量、产能更大,需要继续研发日产250 t和日产300 t更大的聚酯短纤维生产线,赶超国际先进水平。
       这些可能是今后发展的新任务。

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