多功能集成模塊化散熱裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

林敏，溫延，劉興樂(lè)，王芳，劉勇

湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，武漢市漢陽(yáng)區(qū)龍陽(yáng)大道特5號(hào) 430051

散熱器廣泛應(yīng)用于煙草制絲的烘絲類設(shè)備中，采用蒸汽作為熱交換介質(zhì)，以蒸汽管路在散熱器中的分布和安裝在管路上的散熱片對(duì)進(jìn)入散熱器的空氣等氣體介質(zhì)進(jìn)行加熱形成生產(chǎn)要求的熱風(fēng)[1-9]。烘絲類設(shè)備散熱器破損時(shí)易導(dǎo)致蒸汽外泄，降低熱風(fēng)對(duì)煙絲的干燥能力和除水能力，影響煙絲水分和造成水濕煙團(tuán)，同時(shí)也將會(huì)增加維修成本，影響工序的工藝質(zhì)量以及生產(chǎn)，因此，散熱器的性能一直備受關(guān)注。

黃冬等分析了蒸汽品質(zhì)的指標(biāo)及影響因素，提出了提高蒸汽品質(zhì)的措施[10]；盧衛(wèi)華針對(duì)蒸汽中的含水量，提出了采用不同類型汽水分離器來(lái)提高蒸汽品質(zhì)[11]；朱存行分析研究了蒸汽氣源壓力的穩(wěn)定性，通過(guò)改進(jìn)散熱器壓力控制模式,加裝蒸汽壓力檢測(cè)元件和氣動(dòng)控制薄膜閥,組成蒸汽壓力自動(dòng)控制單元,穩(wěn)定散熱器蒸汽氣源壓力控制[12]。目前，國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)為通過(guò)提高蒸汽的品質(zhì)和穩(wěn)定性來(lái)保障散熱器的性能，對(duì)散熱器裝置的研究設(shè)計(jì)較少。本研究結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況，提出了一種多功能集成模塊化散熱裝置，該多功能集成模塊化散熱裝置能夠?qū)崿F(xiàn)散熱器分區(qū)并且分區(qū)可控，任意一回路泄漏，可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)封閉漏點(diǎn)，保證不停機(jī)，不因泄漏影響產(chǎn)品工藝質(zhì)量，同時(shí)便于查找漏點(diǎn)，縮小檢修范圍。

1 現(xiàn)狀調(diào)查及分析

卷煙行業(yè)的烘絲類設(shè)備熱風(fēng)加工設(shè)備中都通過(guò)一定壓力的蒸汽與工藝干燥風(fēng)在散熱器內(nèi)進(jìn)行熱交換，達(dá)到對(duì)筒體熱風(fēng)溫度控制，帶走煙絲水分的目的?，F(xiàn)有散熱器進(jìn)出接頭為鋼管焊接，當(dāng)散熱器三路進(jìn)出接頭任意一路焊縫破損時(shí)，將導(dǎo)致蒸汽外泄，造成能源浪費(fèi)和工藝總蒸汽壓力下降；若散熱器內(nèi)的三路熱交換蒸汽排管任何位置發(fā)生一處破損泄漏，將導(dǎo)致水蒸汽混入工藝干燥風(fēng)，降低熱風(fēng)對(duì)煙絲的干燥能力和除水能力；同時(shí)由泄漏的蒸汽引起的冷凝水將進(jìn)入工藝風(fēng)管道，導(dǎo)致冷凝水被帶入干燥煙絲，影響煙絲水分和造成水濕煙團(tuán)；若冷凝水在散熱器內(nèi)蒸汽管道內(nèi)積存，將導(dǎo)致高溫蒸汽通過(guò)受阻，阻礙熱交換的進(jìn)行，導(dǎo)致工藝干燥風(fēng)溫度降低。這些異常情況都要停機(jī)維修，并且至少耗費(fèi)4～6小時(shí)維修時(shí)間，這勢(shì)必嚴(yán)重影響本道工序的工藝質(zhì)量以及生產(chǎn)準(zhǔn)時(shí)制的完成[1-2]。

由于上述問(wèn)題的存在，生產(chǎn)設(shè)備及工序需根據(jù)車間工藝現(xiàn)狀及條件進(jìn)行改進(jìn)。為此，提出了多功能集成模塊化散熱裝置的設(shè)計(jì)思想。

2 設(shè)計(jì)方案分析

多功能集成模塊化散熱裝置，通過(guò)將散熱器分區(qū)并且分區(qū)可控，保障生產(chǎn)連續(xù)性，加強(qiáng)產(chǎn)品工藝質(zhì)量的可靠性。在實(shí)際使用過(guò)程中，根據(jù)散熱器的能力確定散熱器的分組。根據(jù)車間工藝現(xiàn)狀及條件，以三路散熱器為例說(shuō)明其工作原理和實(shí)施效果，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。散熱器的三路入口和三路出口分別連接帶法蘭連接的金屬軟管和截止閥，三路出口的截止閥分別獨(dú)立依次連接過(guò)濾器、單向閥、疏水閥后接入冷凝水回收罐。過(guò)濾器、單向閥、疏水閥及冷凝水回收罐組成冷凝水排放系統(tǒng)。較佳的，在每路過(guò)濾器、單向閥、疏水閥的兩端可都并聯(lián)一個(gè)截止閥，正常狀況下截止閥都關(guān)閉，散熱器可正常使用；一旦疏水閥或過(guò)濾器發(fā)生故障，可打開(kāi)截止閥進(jìn)行疏水，整套裝置的使用不受影響。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，若散熱器中三路蒸汽管道任意一路任意一處破損，可以關(guān)閉進(jìn)出口的兩個(gè)截止閥，將破損回路單獨(dú)隔離，由剩余兩路蒸汽管路繼續(xù)維持生產(chǎn)。而若是散熱器外部進(jìn)出接頭破損，可關(guān)閉該路進(jìn)出截止閥，拆卸更換金屬軟管，此時(shí)不需停機(jī)，不需關(guān)閉蒸汽總閥，不影響正常生產(chǎn)，冷凝水排放系統(tǒng)隨時(shí)排放散熱器蒸汽管路產(chǎn)生的冷凝水。

將原散熱器三路進(jìn)出口分別增設(shè)截止閥，可單獨(dú)開(kāi)啟或關(guān)閉散熱器三路蒸汽回路中的任意一路，實(shí)現(xiàn)散熱器分區(qū)并且分區(qū)可控。任意一回路泄漏，可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)封閉漏點(diǎn)，保證不停機(jī)，不因泄漏影響產(chǎn)品工藝質(zhì)量，同時(shí)便于查找漏點(diǎn)，縮小檢修范圍。將原散熱器三路進(jìn)出口不銹鋼管焊接（硬連接）接頭，改為金屬軟管法蘭連接，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出口連接距離可調(diào)，使得對(duì)安裝尺寸要求高的硬連接變?yōu)榉奖闶r(shí)的快速易拆卸活連接，便于檢修更換。將原散熱器三路蒸汽回路分別配置安裝冷凝水排放系統(tǒng)，保障散熱器內(nèi)冷凝水無(wú)積留，便于每一路的冷凝水排放，同時(shí)便于單獨(dú)檢修，查找故障。

各個(gè)部分可集成一體，預(yù)留輸入輸出接口（如圖2虛線區(qū)域部分所示），可以實(shí)現(xiàn)模塊化應(yīng)用。

圖1 多功能集成模塊化散熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 The structure of the multi-function integrated modular radiator device

圖2 管路連接示意圖Fig.2 The diagram of tube connection

3 實(shí)施效果

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)跟蹤，記錄同一類煙絲，改進(jìn)前后散熱器某一路發(fā)生故障時(shí)，對(duì)烘絲機(jī)后的煙絲水分的影響如圖3所示，圖中橫坐標(biāo)生產(chǎn)時(shí)間，單位min；圖中縱坐標(biāo)為烘絲后煙絲水分，單位 %；曲線1表示改進(jìn)前的煙絲水分變化趨勢(shì)；曲線2表示改進(jìn)后的煙絲水分變化趨勢(shì)。

從圖3數(shù)據(jù)可以看出：改進(jìn)前散熱器內(nèi)的三路熱交換蒸汽排管任何位置發(fā)生一處破損泄漏，煙絲水分將會(huì)升高，這是由于水蒸汽混入工藝干燥風(fēng)，降低熱風(fēng)對(duì)煙絲的干燥能力和除水能力；同時(shí)由泄漏的蒸汽引起的冷凝水將進(jìn)入工藝風(fēng)管道，導(dǎo)致冷凝水被帶入干燥煙絲，影響煙絲水分。改進(jìn)后即使任何位置發(fā)生一處破損泄漏，對(duì)煙絲水分的影響也較小。通過(guò)跟蹤生產(chǎn)，該設(shè)備運(yùn)行效果良好，保證了后續(xù)生產(chǎn)的穩(wěn)定。

圖3 改進(jìn)前后煙絲水分變化趨勢(shì)圖Fig.3 The moisture levels of tobacco shred before and after improvement

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)跟蹤，記錄改進(jìn)前后當(dāng)月設(shè)備故障發(fā)生次數(shù)，如圖4所示，圖中橫坐標(biāo)為散熱器改進(jìn)前1、改進(jìn)后2；圖中縱坐標(biāo)為設(shè)備故障次數(shù)，A表示烘絲機(jī)故障次數(shù)，B表示散熱器引起的故障次數(shù)。

從圖4數(shù)據(jù)可以看出：散熱器改進(jìn)后，烘絲機(jī)的故障次數(shù)和散熱器的故障次數(shù)顯著較少，提升了維修效率和成本，保證了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝質(zhì)量。

4 結(jié)論分析

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)跟蹤驗(yàn)證，多功能集成模塊化散熱裝置優(yōu)點(diǎn)如下：

1）散熱器多路分區(qū)獨(dú)立可控，保障生產(chǎn)連續(xù)性，加強(qiáng)產(chǎn)品工藝質(zhì)量的可靠性。

圖4 改進(jìn)前后設(shè)備故障次數(shù)對(duì)比圖Fig.4 Comparison of frequency of equipment failure before and after improvement

2）提高了設(shè)備檢修效率，提高了設(shè)備可靠性，降低了由散熱器故障引起的烘絲機(jī)停機(jī)率。

3）優(yōu)化了整個(gè)散熱器冷凝水排放系統(tǒng)工作性能，多路蒸汽回路獨(dú)立可控排放冷凝水。

[1]機(jī)械工程師手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)械工程師手冊(cè)：第3版[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：23-88.Handbook of Mechanical Engineers Committee. Mechanical Engineers' Handbook：the third edition[M]Beijng：CHINA MACHINE PRESS，2007：23-88.

[2]上海卷煙廠. 卷煙制絲設(shè)備[M]上海：中國(guó)煙草總公司上海卷煙廠，1988.Shanghai Cigarette Factory. Tobacco Processing Plant[M]Shanghai：Shanghai Cigarette Factory，1988.

[3]郭兵. SH6型順流式烘絲機(jī)[M].北京: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社 ,2001:29-95.GUO Bing. The SH6 type of A flow dryer [M]Beijing：Science and technology of China press, 2001:29-95.

[4]胡建軍, 周冀衡, 熊燕, 等. 烘絲工藝參數(shù)對(duì)烘后葉絲質(zhì)量影響的研究[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào), 2007, 13（6）: 24-29.HU Jianjun, ZHOU Jiheng, XIONG Yan, et al. Effects of drying parameters on quality of cut tobacco[J].ACTA TABACARIA SINICA, 2007, 13（6）: 24-29.

[5]司丙喜, 王瑞華, 郭宏敏, 等. 烘絲工序工藝技術(shù)研究[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào), 2001, 7（1）: 6-8.SI Bingxi, WANG Ruihua, GUO Hongmin, et al. Technical study on the cut tobacco drying process [J].ACTA TABACARIA SINICA, 2001, 7（1）: 6-8.

[6]陳文, 華一崑, 李水榮, 等. 不同加工設(shè)備與煙葉分組模塊對(duì)異地加工卷煙質(zhì)量的影響[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào), 2008, 14（3）: 13-19.CHEN Wen, HUA Yikun,LI Shuirong, et al. Effects of different processing equipments and leaf grouping module on cigarette quality manufactured in different locations[J].ACTA TABACARIA SINICA, 2001, 7（1）: 6-8.

[7]丁康鐘, 鄧國(guó)棟, 何蓉, 等. 不同熱風(fēng)流向?qū)熃z滾筒干燥加工質(zhì)量影響研究[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào), 2010, 16（3）: 33-35.DING Kangzhong, DENG Guodong, HE Rong, et al. Effects of hot air flow direction on quality of quality of cut tobacco dried with cylinder dryer[J].ACTA TABACARIA SINICA, 2010, 16（3）: 33-35.

[8]張強(qiáng), 董高峰, 李紅武, 等.. 滾筒烘絲機(jī)工藝參數(shù)對(duì)烤煙感官質(zhì)量的影響 [J]. 煙草科技, 2011, 11: 10-13.ZHANG Qiang, DONG Gaofeng, LI Hongwu, et al. Effects of Technical Parameters of Cylinder Drier on Sensory Quality Flue cured Tobacco[J]. Tobacco Science& Technology, 2011, 11: 10-13.

[9]丁美宙, 熊安言, 馬宇平, 等. 葉絲滾筒干燥工藝參數(shù)對(duì)卷煙香氣風(fēng)格的影響[J]. 煙草科技, 2015, 48（5）: 10-13.DING Meizhou, XIONG Anyan, MA Yuping, et al. Effects of Technical Parameters in Cylinder Drying on Aroma Style of Cigarette[J]. Tobacco Science& Technology, 2015, 48（5）: 74-79.

[10]黃冬, 宋長(zhǎng)華, 崔文智. 煙草工業(yè)中蒸汽品質(zhì)保證與輸送過(guò)程分析[J]. 重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào), 2004, 9（4）: 16-19.HUANG Dong, SONG Changhua, CUI Wenzhi. Analysis of Steam Quality Assurance and Transportation Process in Tobacco Industry[J].Joural of Chongqing Electric Power College, 2004, 9（4）: 16-19.

[11]盧衛(wèi)華. 提高蒸汽品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本[J]. 化學(xué)工程與裝備,2009, 9: 106-107.LU Weihua. Improve steam quality, reduce production costs [J].Chemical Engineering ＆Equipment, 2009, 9: 16-19.

[12]朱存行. 薄板烘絲機(jī)散熱器蒸汽壓力控制研究及應(yīng)用[J]. 科技傳播, 2014（3）: 172-173.ZHU Cunxing. Research and Application of Steam Pressure Control on Radiator Device [J]. Public Communication of Science& Technology, 2014（3）: 172-173.