壓力儲罐在日化灌裝中的應用

李海軍，章金宇，倪 麗，牛 鑫

（云南白藥集團健康產(chǎn)品有限公司，云南昆明 650000）

0 引言

壓力儲罐作為常見的物料存儲、轉(zhuǎn)移設備，廣泛應用于化工、能源、醫(yī)藥等各類行業(yè)，在日化行業(yè)也被廣泛使用。本文就壓力儲罐應用于云南白藥集團某生產(chǎn)現(xiàn)場，改進生產(chǎn)灌裝方式，確保生產(chǎn)質(zhì)量等方面進行闡述。

1 壓力儲罐簡介

壓力容器（Pressure Vessel）是指盛裝氣體或液體，承載一定壓力的密閉設備。壓力儲罐即為壓力容器，是承壓容器的一種。完全按照GB 150—2011《壓力容器》進行設計制造，企業(yè)也必須按照特種設備備案使用。主要結(jié)構(gòu)包括筒體、封頭；常用附件包括壓力表、視鏡、進出料口、流量計、液位計等，亦可根據(jù)實際工況進行選配。按照最新TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中劃分，先按介質(zhì)劃分為第一組介質(zhì)和第二組介質(zhì)，然后再按照壓力和容積劃分類別Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。并對每個類別的壓力容器在設計、制造過程，以及檢驗項目、內(nèi)容和方式做出不同的規(guī)定。

2 生產(chǎn)情況概述

云南白藥集團某生產(chǎn)現(xiàn)場于2020 年11 月啟用一臺灌裝速度為60 支/min，灌裝精度為±2%的自動灌裝機。該設備料體輸送流程為：料體通過輸送泵進入進入灌裝機料倉，灌裝機進行灌裝（圖1）。

圖1 料體通過輸送泵直接進入灌裝機

3 灌裝過程中存在的問題

生產(chǎn)現(xiàn)場按照設計之初的工藝進行操作，料體能實現(xiàn)灌裝。但生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)：①料體灌裝量無法穩(wěn)定，需要頻繁調(diào)試，且灌裝過程中，料體內(nèi)氣泡多，雖然產(chǎn)品重量在合格范圍內(nèi)，但是單支重量不夠穩(wěn)定，給生產(chǎn)帶來很大困擾；②料體需通過轉(zhuǎn)子泵進入灌裝機料倉，該過程只能人工觀察控制，每隔15 min 需要手動開啟輸送泵進行送料。此時料倉內(nèi)料體已經(jīng)偏低，料體減少，灌裝的精度難以保證。此外，當新的料體進入料倉時，料倉為敞口狀態(tài)，導致灌裝時帶入氣泡。企業(yè)內(nèi)控標準要求平均凈含量不得小于標識凈含量，且單只凈含量不得有兩支以上超過允許的負偏差要求（表1）。

表1 凈含量及允許負偏差

在生產(chǎn)過程中，企業(yè)內(nèi)部質(zhì)量控制要求較高，下偏差較大的情況下，每一支產(chǎn)品均需要人工稱量挑選，耗費大量人力，生產(chǎn)效率極低，挑選出的不合格品處理困難。且生產(chǎn)過程中需要人員頻繁關(guān)注料體輸送情況，料倉液位過高或過低均會造成不良后果，人員操作頻繁、責任心要求高、產(chǎn)品裝量穩(wěn)定性差。

產(chǎn)品標識標準重量45 g，灌裝機設置標準重量45.5 g，最佳控制范圍45.0～46.0 g，實際灌裝量見表2。

表2 使用壓力儲罐前45 g 產(chǎn)品實際灌裝量 g

產(chǎn)品標識標準重量90 g，灌裝機設置標準重量90.5 g，最佳控制范圍90.0～91.0 g，實際灌裝量見表3。

表3 使用壓力儲罐前90 g 產(chǎn)品實際灌裝量 g

產(chǎn)品標識標準重量100 g，灌裝機設置標準重量100.5 g，最佳控制范圍100.0～101.0 g，實際灌裝量見表4。

表4 使用壓力儲罐前100 g 產(chǎn)品實際灌裝量 g

4 改進方案設計

現(xiàn)場分析原因后，無法穩(wěn)定供料和料倉進料方式是導致灌裝量不穩(wěn)和氣泡量多的主要原因。持續(xù)穩(wěn)定的供料是有效的改進辦法。具體改進方案從以下3 個方面考慮：

（1）料倉問題。灌裝機自帶的料倉較小，能裝的料體量有限，但灌裝設備已無空間加大料倉，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)料倉底部與灌裝機進料管僅為Φ35 mm 的快卡連接，可以直接取消料倉，管道直接連在轉(zhuǎn)子泵出料后端，可減少料倉中空氣的帶入。

（2）料體穩(wěn)定供給問題。現(xiàn)在使用的為敞口儲罐，不帶壓，罐內(nèi)料體僅通過轉(zhuǎn)子泵轉(zhuǎn)移，當儲罐內(nèi)料體較少時，轉(zhuǎn)子泵無法輸送，不僅造成料體浪費，還會吸入空氣，導致轉(zhuǎn)子泵空轉(zhuǎn)?，F(xiàn)場結(jié)合前期經(jīng)驗，考慮將敞口儲罐更換為帶壓儲罐，帶壓儲罐為密閉式，進料口可直接連接前段進料管道。出料口在底部，通過潔凈壓縮空氣穩(wěn)定罐內(nèi)壓力，穩(wěn)定料體輸出。

（3）人工啟停輸送泵問題。目前的輸送泵啟停都是人工觀察后操作，經(jīng)驗時間為15 min，人工操作存在較大不可控因素（操作時間準確性、及時性等）?？紤]設計自控系統(tǒng)，通過安裝在壓力儲罐上的液位計和灌裝出料的量的對應關(guān)系，系統(tǒng)自動啟停供料，提高穩(wěn)定性。

5 現(xiàn)場改進實施

改進后的進料工藝如圖2 所示。

圖2 接入壓力儲罐后供料

（1）前段的供料管道直接進入壓力儲罐，并接入潔凈壓縮空氣。

（2）壓力儲罐側(cè)面安裝壓力變送器。該壓力變送器為底側(cè)式安裝，即儲罐底部安裝一感應，儲罐側(cè)面安裝一側(cè)，通過上下壓力變化控制料體進出。

（3）壓力變送器設置上下限位，自控系統(tǒng)采集壓力變送器的信號值，當壓力變送器信號值低于下限值時，系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)子泵開啟；當壓力變送器信號值高于上限時，系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)子泵停止。

（4）通過轉(zhuǎn)子泵的料體輸送管直接安裝在灌裝機的進料管內(nèi)，取消灌裝機料倉，確保管內(nèi)充滿料體，不僅防止了空氣的帶入，還能穩(wěn)定輸送料體。

6 使用情況

改造后的進料工藝運行已經(jīng)超過1 年，使用壓力儲罐后料體輸送更加穩(wěn)定。由系統(tǒng)根據(jù)壓力變送器進行自動控制供料控制，無需再人工每隔15 min 進行觀察，且能保證料體均勻輸送。料體能均勻穩(wěn)定進入灌裝機，不會再帶入空氣，有效減少了灌裝過程中氣泡多的問題。灌裝機灌裝過程中裝量穩(wěn)定，裝量超出最佳范圍的產(chǎn)品大大減少（表5～表7）。減少人工干預操作，能保證設備穩(wěn)定運行，提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量（圖3～圖5）。

圖3 45 g 產(chǎn)品最佳灌裝數(shù)對比

圖4 90 g 產(chǎn)品最佳灌裝數(shù)對比

圖5 100 g 產(chǎn)品最佳灌裝數(shù)對比

表5 使用壓力儲罐后45 g 產(chǎn)品實際灌裝量

表6 使用壓力儲罐后90 g 產(chǎn)品實際灌裝量

表7 使用壓力儲罐后100 g 產(chǎn)品實際灌裝量

對比使用壓力儲罐前后，對應設定灌裝量的產(chǎn)品最佳灌裝數(shù)情況見表8，灌裝穩(wěn)定量明顯增加，且最佳灌裝合格數(shù)也明顯增加。

表8 使用壓力儲罐前后最佳灌裝范圍數(shù)量對比

7 結(jié)語

壓力儲罐可用于各種流體物料的儲存和運輸。在日化生產(chǎn)企業(yè)中，增加灌裝機自動加膏、灌膏自動穩(wěn)壓，以保證牙膏支重穩(wěn)定將是生產(chǎn)過程的重中之重，采用壓力儲罐供料可以最大限度的節(jié)約人力、物力，提高生產(chǎn)效率，保證了生產(chǎn)運行的可靠性和穩(wěn)定性。