张建超+张磊+王进安

摘 要：为解决洗梗机预热时间长、水温波动大和水温过程能力指数低的问题，在洗梗设备上加装混水装置，缩短预热时间；通过优化PID控制参数，得到一组最佳参量：P=0.02，I=1m20s，D=10s；最后，利用DOE实验，找出洗梗流速、洗梗温度和网带速度的最佳组合：29Hz、50℃和32Hz。实验结果：洗梗机预热时间由45分钟缩短到13分钟，水温的过程能力指数由0.87提高到1.34，每年可节约蒸汽640吨，降耗明显。

关键词：洗梗机；混水装置；水温过程能力指数；PID控制；DOE实验

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.231

1 引言

洗梗是烟梗丝加工环节的关键工序之一，其工艺目的在于增加烟梗水分、温度，去除烟梗表面的杂质（尘土、砂石、金属）。以目前烟草行业常用的WQ833A型水槽式洗梗机为例，其工作原理如下：设备清洗系统主要由主水箱、副水箱、循环水泵、S形清洗通道构成。生产时，烟梗经振动输送机送入，在洗梗机内与水充分混合。利用来料中杂质与水的比重差异，可使杂质溶解、沉积，达到清洁目的。主副水箱中的水由于水泵作用循环流动形成水势差，副水箱中的水和烟梗在洗梗机入口处同时进入S型清洗通道，水自上而下流动，烟梗与水充分接触流入下倾的分离槽，沙石、金属等异物随之沉积。烟梗则经网带式振动输送机，与水分离，送至下道工序。

2 存在的问题

洗梗机工作时，通过水箱底部的蒸汽盘管对水加热。为使水温达到工艺要求的标定值，蒸汽流量由气动薄膜阀控制。水温升高到50℃后洗梗机方可工作，此过程俗称预热。日常生产中，常因蒸汽管路隔热层破损、蒸汽盘管内部结垢等原因，导致换热效率低，预热时间长（平均45min，最长可达1h）。另外，若水箱内液面高度低于音叉开关检测值，则补水系统开始注水，补进的冷水与水箱内部50℃的温热水混合，产生较大水温波动，影响烟梗清洗效果，对洗梗过程中质量控制的稳定性也造成了一定的影响。

3 改进方法

3.1 增加混水装置减少预热时间

为了降低洗梗工序的预热时间，在原有换热管路上加装斯派莎克Mk11水混合站，对新补冷水迅速加热。为了控制水—汽混合时蒸汽占比，在混水装置蒸汽入口前加装调压阀，调节蒸汽压力以控制出口热水温度。

試验表明，当蒸汽压力经调压阀稳定在0.6MPa时，洗梗机新进补水温度能达到所需工艺要求（50±5℃）。

3.2 调整PID控制参数

混水装置安装后，由于水箱新进补水温度已从常温增至50℃左右，原始的水箱温度PID控制参数不再适用，我们通过重新计算和实验摸索出一组较为优化的新设定组。

原始设定组：P=0.5；I=40s；D=10s；

更新设定组：P=0.02；I=1m20s；D=10s；

原始设定组，适用于新进补水水温与工艺要求洗梗水温温差较大时，为快速使水箱水温升到要求值所设。原始设定组P值较大，调整幅度大，升温较快。但受热惯量影响，调差大，容易产生波动。其单批（约2小时）洗梗水箱水温过程曲线，如图4所示。

更新设定组，P值小，适用于实际水温与工艺要求洗梗水温温差较小时。采用新的PID参数组合实际生产水箱水温更加稳定，调差小，接近设定的中心值，单批生产水温曲线波动较小，如图5所示。

3.3 优化洗梗机其他性能参数

洗烟梗工序中，洗梗机的洗梗流速、洗梗温度和网带式振动输送机输送速度是影响水洗后烟梗含水率、除沙率的重要因素。通过DOE 实验，以烟梗出口含水率作为响应，优化洗梗流速、洗梗水温和网带速度的最佳参数组合。

洗梗机运行过程中，实时采集洗梗机的洗梗流速、水温和网带速度数据，利用Minitable软件对实验数据进行分析，通过响应优化器获得洗梗流速、洗梗水温和网带速度的最佳参数组合为29Hz、50℃和32Hz，并将优化后的洗梗机参数运用到生产中。

4 结果讨论

改进完成后，随机抽取不同时间段批次烟梗生产数据，进行了预热时间的统计，如表1所示。

生产过程中，洗梗机自动补入温水后，水温波动情况如图7所示。

经数据分析得出：洗梗机的预热时间由原来的平均约45分钟降低到平均约13分钟，水温波动明显减小。通过更改内部PID控制方式，选用现在的PID设置（P=0.02；I=1m20s；D=10s；）和选用优化后的参数组合（洗梗流速=29Hz、水箱温度=50℃和网带速度=32Hz）后，洗梗机生产过程中水温的过程能力指数由0.87提高到1.34。保证洗梗质量的同时，每年可节约蒸汽能源640吨，节约费用约16万元，大大降低了能源消耗，提升了产品质量。

参考文献：

[1]魏广明，王振海，杨寨兴等.洗梗机在COMAS制丝线上的应用[J]. 烟草科技，1997（12）：9-10.

[2]胡平安，朱东风.洗梗机补水和加温系统的改进[J].科技与企业， 2013（06）：342.

[3]苏兴亮.洗梗机加热系统的改进[J].科技风，2010（12）：283-284.endprint