面粉厂如何运用TPM促进节能降耗

2020-10-29许长友

粮食加工 2020年1期

许长友

（中粮利金（天津）粮油股份有限公司，天津 300112）

在目前激烈的面粉市场竞争中，面粉加工企业受到原粮价格上涨、麸皮价格下跌等因素的影响利润越来越小，有的甚至出现亏损。对于面粉加工成本而言，除了小麦成本、人员成本以外，能耗则是最大的成本。如何控制这一方面的成本，降低电能、热能以及其它能源损耗，是国内各面粉企业一直努力的方向。总体来说，在面粉厂节能降耗涉及到工艺设计、电力配备、生产管理、技术管理、设备管理、生产操作等诸多方面，大多数的能耗都是设备产生，做好设备的管理、维护、操作、调整以及改造等，则会取得明显的节能效果，从而提高企业的经济效益。以一个日处理小麦1 000 t面粉厂为例计算，吨粉电耗降低1 kW·h电，则1年可以降低费用10万元以上。不同面粉车间之间，或者一个面粉厂管理的不同，吨粉电耗相差在10 kW·h以上，电耗费用就会每年相差100万元以上，甚至更多。

1 面粉厂电耗定义和现状

面粉车间电耗一般指吨麦电耗或者吨粉电耗，即加工1 t小麦或者生产1 t面粉发生的电耗。

本文统一为吨粉电耗。目前，各家面粉车间的工艺不同、设备不同或管理不同，一般的吨粉电耗在75～98 kW·h之间，计算考核范围为原粮初清至成品打包入库，即小麦加工面粉的整个过程。专用粉厂因有面粉后处理的粉仓均质、散粉发放和配粉等工序，吨粉电耗相对较高。

2 面粉厂设备节电的思路和方法

对于如何降低设备电耗，本文是以“5S-TPM”为手段，进行焦点课题攻关。TPM （Total Productive Maintenance）的意思就是“全员生产维修维护”，这是日本人在20世纪70年代提出的，是一种全员参与的生产维修方式，其主要点就在“生产维修维护”及“全员参与”上。通过建立一个全系统员工参与的生产维修活动，使设备性能达到最优。降低吨粉电耗是个涉及面广、周期长的行动过程，适合利用TPM的管理思路和方法，设立焦点课题，不断改善和提升，从而降低电耗。主要措施如下：

2.1 统一认识，明确目标，成立课题攻关小组

公司上下高度重视，不但公司领导、中层生产管理人员要清楚，生产班组长和基层员工也都要知道行动的目标、计划和方法。发动全体员工参与，调动大家的积极性，汇聚集体力量和智慧。自2010年以来，某公司推行“5S-TPM”活动，面粉车间作为5S的试点标杆。为此，面粉车间申请立项，并成立了“降低吨粉电耗”焦点课题攻关小组。小组成员中有总工、也有制粉师、电气师和机械师，包括生产班组长。

确定电耗攻关目标为：90 kW·h/t粉；理由为自2011年以来，面粉车间的吨粉电耗居高不下，年平均达到了92 kW·h以上，最高达到了95 kW·h以上，扣除麸皮烘干等增加设备功耗，吨粉电耗比3年以前也高出5 kW·h左右，也比同行业同类企业高约2～3 kW·h。图1所示为某公司2008～2014年A+B线合计平均电耗图。

图1 2008～2014年A+B合计平均电耗对比图

确定90 kW·h/t粉的目标，具有可行性和挑战性。较高的电耗不但增加了生产成本，而且也不利于环境保护和绿色生产，故一直是面粉车间乃至公司近年努力改善的绩效指标。选题的逻辑关系如图2。

图2 改善绩效指标逻辑关系图

2.2 制定活动计划

课题攻关小组成立后，召开小组会议，制定课题攻关计划表。计划表如图3。

图3 课题攻关计划图

2.3 原因分析

一般情况下，当工艺设备配置和产品基本相同的两个厂的电耗相差较大时，或者一个厂不同时段电耗相差较大时，电耗较高的面粉车间或电耗较高的时段主要存在以下几个方面的问题：

设备的产能没有达到设计要求，存在一定的空运转；

设备故障率高，维护不到位；

设备配置过大，存在“大马拉小车”现象；

设备性能参数不符合；

设备落后，能耗高，效率低；

设备操作或调整不当；

设备未做到合理使用和运行；

小麦入磨研磨水分控制过低或过高；

其它的设备问题。

上述问题如果不能进行合理地解决或优化，都会对电耗升高产生影响。

这里以鱼刺图进行罗列，如图4：

图4 吨粉电耗原因分析鱼刺图

通过课题攻关小组的对照梳理，发现以上问题基本都存在，且维护不到位，故障率和设备调整不当是主要原因。表现如下：

设备老化：面粉车间设备磨损老化，维修维护不到位，不但故障率高，而且工艺效果和效率也大大降低，比如打麦机、精选机等磨损严重；由于生产紧张磨粉机换辊周期长，高方筛的拆检周期也长，导致磨辊磨光，高方筛筛网“糊”住，由此磨不透、筛不净，又严重的降低了工艺效果，导致出粉率降低，生产流量降低和磨粉机等电耗成倍增加。

备品备件不足：由于考虑费用问题，一直以来在备品备件的购置和更换上与设备的老化不匹配，所以设备的维护维修不能保证设备的良好运行状态；另外，由于选用了质量不能保证的备品备件，导致工艺效果和质保期降低，使得故障率频发，如面粉筛绢，并没有购置进口SEFAR筛绢，破筛率高。

操作不规范、不正确：随着人员的更替和流失，规范的操作规程没有得到很好地执行，车间工艺技术人员没有形成规范统一的正确方法，以致于磨粉机轧距过紧或过松，物料分配不平衡，不但电耗增加，而且堵料等工艺故障频发；工艺维护不到位，如高方筛内壁通道粘面粉结块，影响了物料通道的通畅性，影响了生产流量……。

2.4 对策措施

2.4.1 车间电耗计量平衡图

针对面粉车间的总体电耗情况，课题小组进行梳理，制作面粉车间电耗计量平衡图（见图5）。

图5 电耗计量平衡图

（1）从电耗计量平衡图中可以清楚知道哪一工序用电最多；在面粉车间，制粉加工工序是电耗产生的主要部分，约占总电耗的70%，因此制粉工序电耗的降低应是课题小组的主攻方向。其中，制粉加工主要电耗是在磨粉机研磨和负压气力输送部分产生。

面粉加工各部分耗电情况如图6所示。

图6 小麦加工电耗构成

（2）做到总体电量消耗的平衡，总电表数应该等于各分表数的总和；如果出现差异，说明有漏电或者损耗较大，就要查找原因。

（3）对于每一部分的电量消耗进行监测，作出检测曲线。如图7为某一电柜1个月的用电监控情况，对于高点或超过平均值日期进行分析和查找原因。

图7 M10进粮线日电柜变化曲线

2.4.2 针对具体问题采取专项的改善措施：

（1）设备故障率高，维护不到位；措施为：坚决推行TPM，进行明确分工，责任落实到人，实行生产考核和激励。

设备部（专业保全部门）负责设备的专业维护，较大设备的备件更换、停机检修和减速机等润滑、换油由设备部完成，同时要求每班值班人员进行日常巡检和处理临时机械故障或设备问题。另外，设备部做到：对于故障、瞬间停车、还有其它不良数据进行记录，研究改善对策，对依赖事项进行改善。对面粉车间自主保全活动的专业指导、支援。

（2）面粉车间（操作运转部门）负责自主维护，每班各个岗位人员要做到：

A.防止设备发生问题的活动：

（a）设备的操作要遵守操作规程，比如磨辊轧距调整遵照一定的剥刮率和物料平衡来进行。

（b）设备操作要满足基本条件，不能违规操作，野蛮操作；设备不能过载运行。

面粉车间负责磨辊定期更换和高方筛的拆检。

（c）故障、瞬间停止、还有其它不良数据要及时记录，以提供给主管或者设备管理部门进行分析和处理。

（d）协助其它部门（设备部门）对车间工艺进行改善。

B.测定劣化的活动：日常清洁点检是定期点检的一部分（通过5感的点检）。

C.恢复劣化的活动

（a）简单备件的更换或应急处理，如磨粉机刮刀；设备的紧固螺栓等。

（b）基本条件的正确操作。

（c）支援突发修理，特别是中夜班时突发性故障处理。

（3）每年制订设备的大修计划，作出预算费用，购置具有合格质量标准的足够的备品备件；根据计划对于一些设备作出检查或维修更换，如斗提机皮带、畚斗；磨粉机电机轴承更换；打麦机筛网、打板和精选机的滚筒更换；绞龙的叶片更换；刮板机的刮板更换等等；每月根据故障和设备运转记录，制定月度的停机检修计划，一般8～24 h。主要是对在点检过程中发现的设备异常进行处理和快速维修。

（4）制订全厂设备润滑表，包括每个设备的减速机、每个轴承的加油量、油品和加油周期；面粉车间根据润滑表，负责全厂减速机及轴承的润滑。

（5）建立考核机制和激励政策，部门相互考核，落实到人。面粉车间考核设备部的机械故障率，设备部作为设备管理部门又考核面粉车间的自主保全是否到位，是否正确操作设备。每班故障率与点检机电人员的绩效工资挂钩。

（6）对面粉车间的磨粉机、高方筛和清粉机三大制粉关键设备，面粉车间培养和鼓励厂内员工进行主动维护，设立“专家奖“；每台主要设备都有人负责清洁、检查和简单维修。

（7）设立部门奖励基金，安全运转率超过98.5%，则奖励部门一定额度的奖金。

（8）同岗位设立TPM标杆，每月评比模范标兵，并给予奖励和表扬。

通过以上一系列设备保全和管理等措施，面粉车间设备安全运转得到明显提升，如图8：

图8 设备安全运转率曲线

2.4.3 常见电耗偏高问题分析

（1）设备空运转或者大马拉小车现象。在面粉车间，各种设备的选型和动力配备是按照设计产能进行确定的，一般考虑20%左右的余量，但有的也不是完全匹配。每个面粉车间应该对现有的设备进行一次必要的全面普查和测定。测定每台设备电机的实际运转电流，看是否高效运行或者设备达到满负荷，防止电机配置过大，存在“大马拉小车”现象，一般实测电流为额定电流的50%～60%或者更低时，应该就是存在着“大马拉小车”现象。解决这一问题的措施为：

更换额定功率与实际功率匹配的电机；

适当降低电压；

使用变频器；

提高生产流量，加大负荷。

如果把设备负荷从60%提高到90%，则可以节约30%的空载电耗，这对于一个面粉车间的电能节约是非常可观的效益。例如，我们发现某条线30 kW刮板机的额定电流为58 A，而实测只有25～30 A；75 kW的粉碎机的额定电流为139 A，但是实测只有55 A。无论是该设备是否达到满负荷，电机配备上就是在浪费电能。

对于各个生产线，也应该进行测定流量或者产能。我们曾测定面粉倒仓的输送能力，结果发现设计能力为38 t/h，但是实测只有26 t/h，而且还经常堵料故障，给生产造成较大的麻烦和工作量。经过不断地现场观察和测定，最后发现是管道的弯头过多，阻力过大，同时，正压关风器漏风，导致输送压力不足所致。一处生产能力没有达产，会有多个设备的电机处在“大马拉小车”状态，造成多处浪费电能。

（2）设备操作或者调整不当。这一问题在各个面粉车间都不同程度的存在，尤其是管理落后、操作人员素质较低的工厂。一般体现在：

磨粉机喂料不均、系统不平衡，研磨不透和空转都白白浪费电能；有的磨粉机，轧距过紧，碾磨过重，不但不出好粉，而且电耗会成倍地增加。有的面粉车间对每台磨粉机的电流作出限定电流红线以控制磨粉机电耗。

清粉机“筛枯”或者物料层过厚，没有发挥提纯作用。

打麦机没有做到充满物料而等同于空转。

制粉车间负压提料的风量没有进行合理调整，有的开启过大，则会大大增加电耗。

对于以上问题的解决措施，要培养设置专业的技术人才（粉师），建立规范的正确的操作规程，积极向布勒公司以及先进同行交流和学习。

（3）设备没有得到正确使用或合理运行。指的是某种设备应该在特定的加工批次运转或者特定时期运转，比如杀虫机、麸皮烘干机和擦皮机等。作为生产组织和调度人员要根据生产产品以及质量不同，进行及时调整和控制，减少不必要的电耗。

（4）设备的参数不适合，没有得到优化。这一问题或现象主要指的是面粉车间磨粉机的磨辊参数和高方筛的筛网孔径配置。对于这两个关键设备的参数选择，一方面要考虑产量，一方面还要考虑质量。对电耗有较大影响的磨粉机的参数有：

转速。磨辊的转速高，则有利于提高产量，降低电耗，但不利于提高面粉加工精度。建议适中的转速为450～550 r/min。

速比。一般皮磨系统的速比在2.5:1（快辊：慢辊），速比大，有利于提高剥刮率，从而提高产量，降低电耗；心、渣、尾磨系统速比在1.25:1（快辊：慢辊），速比相对较小，挤压的作用更强，利于出粉或松渣，但电耗相对较高。

齿数。一般皮磨从前向后齿数逐渐增加，1B在250～300齿；2B在425齿。

齿角。皮磨的前路齿角较小，后路相对较大。一般 1B 齿角 30°/65°、2B 齿角 35°/65°、3B 齿角 40°/70°、4B 齿角 50°/70°；齿角对电耗的影响要结合磨齿排列。

排列。磨辊的排列有D-D、F-D、F-F和D-F四种，其中，F-F剪切率高，产量高，电耗低，但是麸皮容易破碎，面粉加工精度低，灰分高；D-D电耗较高，但对麸皮破碎小，面粉加工精度高；一般前路B磨选用D-D，后路选用F-F。软麦生产线的B磨选用F-F较多。

斜度。斜度越大，对麦粒或者麸皮的破碎就越强，电耗则相对较低，但是会造成面粉加工精度低。一般 1B 4%、2B 6%、3B 8% 、4B 10%。

齿顶宽度。齿顶是为了延长磨辊寿命，在磨齿上面留有一定的宽度。齿顶宽越大，则磨齿破碎能力弱，电耗高；齿顶宽越小，则破碎能力强，电耗低，但是磨辊寿命短。一般1B 0.25～0.3 mm；2B 0.20～0.25mm；3B 0.15～0.20 mm；4B 0.15 mm 。

粗糙度。指的是为了提高光辊的研磨效果，用高压空气将硬度极高的金刚砂粗粒喷到磨光后的光辊表面，使其成为表面比较粗糙的麻面辊，其表面粗糙程度为粗糙度。一般在40～60 μm。粗糙度越大则取粉率高，电耗低。有的面粉车间为了节电和提高出粉率，在前路心磨或者渣磨选用细齿磨。

对于高方筛的筛网孔径配备，也直接影响电耗。前路粉筛配备过细，物料就会后推造成重复研磨，从而使电耗增加，面粉中破损淀粉就会增加；前路粉筛配备略粗，则前路出粉较多，减少了重复研磨，面粉破损淀粉低，电耗低，但如果清粉机提纯效果差就会影响前路粉的加工精度。一般粉筛配置从100～150μm。

（5）设备落后，能耗高，效率低。这一问题主要指制粉设备就如汽车一样，也会有不断地升级换代，新产品不但性能优越，而且能耗也会有降低。比如近两年在面粉车间推行的“振动打麸机”，已经逐步替代原打麸机，不但打麸效率高，而且电耗也未增加；再比如布勒原MDDK磨粉机，需要人工调节喂料和松紧轧距；现在的MDDP磨粉机可以实现变频喂料和自动调节轧距；近期在推行的德国振动润麦设备，代替了原有的强力着水机，缩短了润麦时间，润麦效果更好。某面粉车间2013年进行的提高前路粉出率的改造，增加装机容量120多千瓦，但是实际运行总体电耗反而降低，并未升高。

（6）小麦水分控制不当，过高或过低都会影响耗电量。这一问题主要是当入磨研磨小麦水分过低时，特别是硬麦，小麦籽粒较硬，破碎或研磨需要功率提高，从而电耗增加；入磨研磨水分过高时，会造成流动不畅，以及“糊筛”而筛不透，生产流量受到影响而降低，因而电耗就会增加。一般入磨麦水分控制在15.0%～15.5%（软麦）、15.5%～16.5%（半硬麦、硬麦）。

2.5 效果验证

经过课题小组不断地努力，解决生产中各种设备问题，优化设备参数和配置，进行设备改造和升级，精心操作，使得每年电耗在稳步下降，每年为公司平均节约电费50万元。年度吨粉电耗曲线如图9所示：

图9 年度吨粉电耗曲线

2.6 巩固措施

为了保证降低电耗措施的长期有效落实，企业建立了标准化作业指导书，进行了岗位职责梳理和强化学习，定期培训和考试检查；以生产考核为依托，推动设备维护、产能达标和技术创新；每年进行交流和学习，更新先进设备和吸纳先进的管理经验。

3 其它能源的利用和节约

热能。磨粉机研磨和高压风网的空气压缩都会产生热量，对于北方工厂冬季取暖可以加以利用。一般面粉车间在设计和建厂时都会考虑回风装置，出口气流温度在30℃左右。缺点是，该回风气流中湿度较大，控制不当就会造成车间湿度过大使物料发霉，微生物不易控制。

水。面粉车间用水一般并不多，主要用于润麦着水，大概比例为加工小麦量的3%～5%，以一个1000t的面粉车间计算，每年用水约9 000～15 000 t，那么加工过程中损耗的水分一般在1.5%～2.5%左右，平均按照2%计算，也有6 000 t水。虽然损耗的总体水费并不是很多，但是作为资源浪费是可惜的。所以，节约的主要方法有：合理化润麦方式和控制好入磨加工水分值，避免加多了还要降水分；磨粉机轻碾细磨，降低物料的研磨温升；减少面粉和麸皮的气力输送，利用先进高效节能的输送方式；保持制粉后路的湿度，车间在秋冬季适当补湿。