卷煙工業(yè)制絲設(shè)備對(duì)工藝質(zhì)量的影響

彭 飛

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南寧卷煙廠，南寧 530000）

煙草制絲設(shè)備包括切絲機(jī)、葉片加料機(jī)和烘絲機(jī)。其中：切絲機(jī)用來(lái)保證煙絲有均勻的寬度，使其滿足切絲質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；葉片加料機(jī)用來(lái)滿足消費(fèi)者的口味偏好，只有提升加料機(jī)的精確度、均勻性與穩(wěn)定性，才能在保證加料工藝質(zhì)量的同時(shí)提高物料的使用率，降低生產(chǎn)成本；烘絲機(jī)可通過(guò)精確控制溫度、濕度提高煙絲填充值，從而確保其工藝質(zhì)量達(dá)到市場(chǎng)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，只有優(yōu)化與改進(jìn)煙草制絲設(shè)備，才能最大程度提升煙絲制造的工藝質(zhì)量。

1 煙草制絲設(shè)備現(xiàn)狀概述

目前，煙草制絲生產(chǎn)已經(jīng)全面趨于全自動(dòng)化，很多企業(yè)都已經(jīng)開始完善自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以此加強(qiáng)對(duì)各煙草制絲設(shè)備的故障檢測(cè)和質(zhì)量監(jiān)測(cè)。但是，因?yàn)楝F(xiàn)在制絲工藝設(shè)備使用時(shí)間較長(zhǎng)，很多重要制絲設(shè)備都已出現(xiàn)老化、銹蝕、磨損等問(wèn)題，再加上車間除塵、通風(fēng)、照明、消防和弱電配置等都存在老化的問(wèn)題，如電子皮帶秤的計(jì)量精度因?yàn)槔匣陆?，無(wú)法承受高頻次的校驗(yàn)，大大降低了制絲質(zhì)量[1]。同時(shí)，現(xiàn)在部分老牌制造企業(yè)的制絲設(shè)備還未完全實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化、智能化、信息化生產(chǎn)，設(shè)備質(zhì)量的控制仍以現(xiàn)場(chǎng)使用對(duì)講機(jī)和電話為主，只是起到了簡(jiǎn)單監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的作用，不能與制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（Statistical Process Control，SPC）等管理系統(tǒng)有效對(duì)接，導(dǎo)致設(shè)備精確度、故障排查、經(jīng)濟(jì)效益等的監(jiān)測(cè)與分析不到位，直接影響了制絲工藝的質(zhì)量[2]。

2 煙草制絲工藝質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)分析

制絲工藝中，質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)體現(xiàn)在4個(gè)階段，即葉片處理、葉絲處理、加料處理以及烘絲處理。每個(gè)階段都有各自質(zhì)量控制參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具體如表1所示。

2.1 煙葉回潮工藝（葉片處理）

煙葉物料本身存在水分且具有較強(qiáng)的吸水性，真空回潮時(shí)難以精準(zhǔn)控制煙葉的水分與溫度質(zhì)量。因此，現(xiàn)在卷煙廠都開始選擇直接回潮筒這種工藝設(shè)備進(jìn)行回潮控制。直接回潮筒能夠連續(xù)負(fù)擔(dān)大產(chǎn)量、高頻次的回潮工序，且工藝操作更加簡(jiǎn)單，無(wú)論是質(zhì)量還是成本控制方面都備受各廠家的青睞。同時(shí)，因?yàn)榻獍鼨C(jī)操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化水平較高且運(yùn)行較為穩(wěn)定，而且一些先進(jìn)的解包機(jī)具有回收片煙紙箱的功能，能夠減少人力成本與工人的工作強(qiáng)度，所以大多數(shù)企業(yè)普遍采用直接回潮筒與解包切片設(shè)備組合進(jìn)行回潮。

切絲設(shè)備逐漸趨于自動(dòng)化能夠使煙絲加工更加精準(zhǔn)、便捷，從而提升了工藝效率。切片機(jī)的工作質(zhì)量會(huì)影響回潮后的葉片結(jié)構(gòu)和下游工序的質(zhì)量。該設(shè)備不僅能夠減少葉片的破碎率，而且有助于加強(qiáng)葉片的松散度和回潮性。此外，有很多企業(yè)采用的是橫片切片機(jī)，最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠在線對(duì)配方與工藝參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

在整體回潮工序中，通過(guò)精確控制溫度、濕度、切絲寬度、長(zhǎng)度等參數(shù)，能夠改善卷煙的口感和觀感，從而提高卷煙在市場(chǎng)消費(fèi)中的競(jìng)爭(zhēng)力。該工序中，主要通過(guò)控制松散回潮機(jī)內(nèi)回風(fēng)溫度的參數(shù)來(lái)穩(wěn)定葉片含水率，同時(shí)使用正交設(shè)計(jì)法來(lái)調(diào)節(jié)相關(guān)工藝參數(shù)，從而降低葉片的造碎率[3]。

2.2 加料工序控制關(guān)鍵點(diǎn)

加料工序是凸出每個(gè)品牌卷煙口味特色的重要工序，其質(zhì)量會(huì)直接影響消費(fèi)者的口感，因此加料工序的質(zhì)量是煙草制絲工藝質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐和專家研究，增溫模式對(duì)加料工序的質(zhì)量影響較大。在工序前進(jìn)行增溫可以保證加料的均勻性和料液的利用率，從而改善消費(fèi)者對(duì)卷煙的視覺(jué)感受。同時(shí)，滾筒物料的填充系數(shù)也會(huì)影響料液均勻性和葉絲含水量。研究證明：填充系數(shù)保持在0.13～0.25時(shí)，不僅能夠降低對(duì)葉絲含水量的影響，而且能夠保證料液布設(shè)的均勻性；當(dāng)填充系數(shù)低于0.13時(shí)，會(huì)影響葉絲的含水量，從而影響煙卷的口感。一直以來(lái)，各卷煙廠都面臨著加料工序出口煙絲含水量不穩(wěn)定的情況。目前采取的解決辦法是在料尾階段調(diào)節(jié)蒸汽閥門的開閉順序和時(shí)間，以確保含水量的CPK能夠大于1.33，從而滿足質(zhì)量精度和生產(chǎn)成本效益[4]。此外，還可以通過(guò)改進(jìn)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)降低蒸汽對(duì)葉絲含水量的影響，從而保證出口煙絲的合格率。實(shí)踐研究證明，優(yōu)化熱風(fēng)加熱器等設(shè)備后，含水量的合格率提高到80.0%～99.8%。最后，還可以添加自動(dòng)清潔系統(tǒng)來(lái)改進(jìn)霧化料液系統(tǒng)，從而精確控制加料含水量的穩(wěn)定性。

2.3 烘絲工序質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)

烘絲質(zhì)量是衡量煙絲彈性與填充性指標(biāo)的關(guān)鍵所在。現(xiàn)在使用的一般都是氣流式烘絲機(jī)，其中HT噴嘴是決定烘絲溫度、濕度是否均勻達(dá)標(biāo)的重要裝置，對(duì)煙絲含水量是否穩(wěn)定、填充值是否合格起著決定性作用。目前，在以HT噴嘴噴出的蒸汽對(duì)梗絲進(jìn)行增溫增濕的過(guò)程中，煙絲通過(guò)HT的時(shí)間不一致會(huì)導(dǎo)致HT出口煙絲的溫濕度不均勻。經(jīng)過(guò)CTD烘絲機(jī)后，出口煙絲水分波動(dòng)大。同時(shí)，煙絲在通過(guò)HT的過(guò)程中，受HT噴嘴噴出蒸汽的影響，部分梗絲會(huì)滯留在HT內(nèi)部，并與冷凝水結(jié)合而粘附在HT內(nèi)壁上，最終造成梗絲損耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，制絲線中每月有240 kg的煙絲損耗。

造成煙絲水分大的根本原因在于HT噴嘴噴射方向混亂。因此，HT噴嘴噴射的過(guò)程中要滿足兩個(gè)方面的要求：一是增溫增濕效果要保證沒(méi)有梗絲粘附；二是噴嘴的孔徑不能低于烘絲質(zhì)量對(duì)蒸汽流量的要求。不同噴射方向的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表2所示。

表2 不同噴射方向的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

按照噴射質(zhì)量要求，可選擇花灑式噴射方向進(jìn)行噴射。同時(shí)，通過(guò)用正交試驗(yàn)的方式尋找最佳噴嘴的噴孔數(shù)量、噴孔的水平面夾角以及噴孔的豎直面夾角。實(shí)踐證明，當(dāng)噴嘴的噴孔數(shù)量為2個(gè)、噴孔的水平面夾角為180°、噴孔的豎直面夾角為45°時(shí)，HT的增溫增濕效果最佳，且無(wú)煙絲粘附。

目前，烘絲HT生產(chǎn)時(shí)要求蒸汽流量為450 m3·h-1，在蒸汽壓強(qiáng)必須固定在0.6 MPa的情況下，噴嘴孔徑過(guò)小無(wú)法達(dá)到450 m3·h-1蒸汽流量，孔徑過(guò)大則會(huì)影響噴射壓力，從而影響梗絲的懸浮效果。經(jīng)過(guò)用黃金分割點(diǎn)法進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噴嘴孔徑為0.8 mm時(shí)，烘絲HT生產(chǎn)時(shí)能達(dá)到蒸汽流量為450 m3·h-1的要求。改進(jìn)噴嘴后，烘絲后出口的煙絲水分非常穩(wěn)定，能夠滿足工藝要求，同時(shí)能夠滿足產(chǎn)量的需求，而且損耗率可以低至0.000 1%。

3 煙草制絲設(shè)備的優(yōu)化策略

3.1 加強(qiáng)對(duì)老舊設(shè)備的技術(shù)升級(jí)與改造

優(yōu)化與改造制絲設(shè)備、提升制絲設(shè)備的全自動(dòng)化水平不僅能明顯改善煙草制絲質(zhì)量，而且能降低單箱耗葉量、焦油含量以及物料濫用率，從而達(dá)到精細(xì)化控制質(zhì)量與成本的目的。隨著時(shí)代發(fā)展和市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求逐漸升高，各大卷煙廠必須要淘汰一些磨損嚴(yán)重、能耗較大、工藝質(zhì)量低下的老舊設(shè)備，加快設(shè)備的更新?lián)Q代，同時(shí)升級(jí)工藝技術(shù)與能耗功率等指標(biāo)，使制絲工序全面趨于自動(dòng)化、智能化與信息化，從而使企業(yè)效益最大化。以膨脹工藝處理煙絲為例，若沿用老舊設(shè)備，工藝水平比較落后，且設(shè)備購(gòu)置成本較高，生產(chǎn)效率與質(zhì)量低下。因此，需要改造升級(jí)煙絲的膨脹技術(shù)和干燥定型技術(shù)，如優(yōu)化管道式烘干機(jī)（SH9611型），通過(guò)增加管道的長(zhǎng)度與調(diào)節(jié)氣料比參數(shù)提升煙絲的質(zhì)量[5]。

3.2 優(yōu)化輔聯(lián)設(shè)備工藝

輔聯(lián)設(shè)備的工藝水平不僅會(huì)直接影響生產(chǎn)的良品率，而且有助于提升整體工序的生產(chǎn)效率。因此，改進(jìn)升級(jí)輔聯(lián)設(shè)備的工藝水平非常必要。制絲車間中的輔聯(lián)設(shè)備包括貯柜、電子秤、金屬探測(cè)儀等。其中，貯柜能夠嚴(yán)格控制關(guān)鍵工藝的相關(guān)信息，如任務(wù)號(hào)、批次號(hào)等，從而避免發(fā)生混料等基礎(chǔ)工藝事故。通過(guò)對(duì)這些輔聯(lián)設(shè)備的工藝進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化，能夠提升整體制絲工序的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。例如：根據(jù)切片機(jī)設(shè)備的缺點(diǎn)，若紙箱開包機(jī)的夾臂運(yùn)轉(zhuǎn)速度過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致煙葉碎片率過(guò)高，從而使原料成本與勞動(dòng)成本大大增加，而且會(huì)導(dǎo)致電流斷開，甚至影響設(shè)備與人員安全。同時(shí)，紙箱折疊碼垛機(jī)容易導(dǎo)致煙箱卡阻，使設(shè)備出現(xiàn)斷流的情況，從而增加勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，需要改進(jìn)這兩種輔助設(shè)備，如調(diào)整變頻器參數(shù)、優(yōu)化夾臂升降的加減速參數(shù)，使其能夠更精準(zhǔn)地控制速度，從而降低對(duì)質(zhì)量的影響。對(duì)于碼垛機(jī)的優(yōu)化，可以通過(guò)使煙箱向下運(yùn)動(dòng)，并在其上方、側(cè)方分別增加一對(duì)導(dǎo)流罩來(lái)拉大與其他輔助機(jī)器的安裝距離。

3.3 加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化、智能化、信息化管理

與現(xiàn)場(chǎng)人工控制相比，自動(dòng)化、信息化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和智能化故障報(bào)警能夠更加高效、準(zhǔn)確、及時(shí)地控制設(shè)備。因此，為了順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展和科技化競(jìng)爭(zhēng)要求，要實(shí)現(xiàn)對(duì)制絲設(shè)備的全系統(tǒng)化控制。隨著5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能元器件、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等新技術(shù)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的研究和應(yīng)用，企業(yè)可以采取統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（Statistical Process Control，SPC）技術(shù)、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術(shù)進(jìn)行全過(guò)程在線設(shè)備監(jiān)測(cè)。SPC技術(shù)能夠快速及時(shí)排除設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題，并且智能地采取相應(yīng)措施來(lái)降低損失或者消除問(wèn)題。目前，PLC技術(shù)已經(jīng)成為了制絲設(shè)備工藝參數(shù)的關(guān)鍵控制技術(shù)，是一種自動(dòng)化控制裝置，能夠完成對(duì)參數(shù)的自動(dòng)采集、精確分析和智能化控制。該技術(shù)具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，如適應(yīng)力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、性價(jià)比高、維護(hù)成本低和能耗小等，受到了相關(guān)行業(yè)的廣泛應(yīng)用與推廣。

4 結(jié)語(yǔ)

煙草制絲設(shè)備的質(zhì)量直接決定了卷煙的品質(zhì)，也決定著卷煙廠的經(jīng)濟(jì)效益和口碑效應(yīng)，同時(shí)影響著成本控制的精細(xì)化水平。煙卷生產(chǎn)過(guò)程中，制絲工藝中的質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)較多。從煙葉回潮工藝、加料工序、烘絲工序中可以看出，設(shè)備升級(jí)改造、參數(shù)精確控制對(duì)煙絲口感、觀感、填充度、含水率等品質(zhì)參數(shù)影響巨大。因此，需要加強(qiáng)對(duì)老舊工藝設(shè)備的技術(shù)改造和升級(jí)，全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，從而保證制絲工藝的質(zhì)量，為企業(yè)帶來(lái)最大的經(jīng)濟(jì)效益。