硫化機外溫疏水方式分析及優化應用

黃秀華，江杰，賴騰敏(杭州中策橡膠有限公司，浙江 杭州 310009)

硫化機外溫疏水方式分析及優化應用

黃秀華，江杰，賴騰敏
(杭州中策橡膠有限公司，浙江 杭州 310009)

輪胎硫化是輪胎生產工藝中的關鍵環節，實際生產中外溫蒸汽的供熱量占總供熱量的70%左右，通過對熱板式硫化機外溫的蒸汽疏水方式進行研究分析，做好對輪胎硫化機的外壓蒸汽高精度的溫度控制和蒸汽的高效利用，能有效降低企業的能源消耗。

輪胎；硫化；蒸汽；控制；能源消耗

橡膠硫化是橡膠大分子在加熱下與交聯劑硫磺發生化學反應，交聯成為立體網狀結構的過程，輪胎硫化工藝是輪胎生產工藝中的關鍵環節，它所需的熱量由蒸汽通過兩種方式傳遞給胎坯，一種通過熱板（模套）或蒸鍋傳遞給模具，然后模具直接加熱胎坯，該種熱交換蒸汽稱之為外溫蒸汽；另一種通過膠囊間接傳遞給胎坯，該種熱交換蒸汽稱之為內溫蒸汽。外溫蒸汽如何做到高效利用涉及很多方面，除做好保溫、蒸汽供給的飽和度、蒸汽疏水等方面外，我們著重對熱板式硫化機外溫的蒸汽疏水方式進行全面的研究分析，比較各類方式的利弊，確保蒸汽的高效利用。

1 實施背景

實際生產中，硫化中使用的蒸汽量約整個蒸汽量的70%，如何改善、優化硫化過程對節省能源，改善環境，進一步減少蒸汽用量是降低成本的有利途徑。在現有技術中，熱板式輪胎硫化機所采用的疏水方法有小孔排疏水、定時疏水和疏水閥疏水（通常采用倒吊桶疏水閥），不及時的將冷凝水進行排出，會使外溫的溫度降低，影響輪胎質量。為此優化冷凝水疏水方式，對降低蒸汽的損耗，提高外溫蒸汽利用效率，降低蒸汽的消耗顯得尤為重要。

2 現有硫化機熱板蒸汽疏水形式利弊分析

2.1 現有硫化機熱板蒸汽疏水形式比較

（1）小孔排疏水，熱板末端安裝一個節流孔（通常節流孔為2~3 mm），該節流孔與熱板直接連通，蒸汽和冷凝水通過節流孔不間斷直接排放。

（2）定時疏水，熱板末端安裝一個切斷閥+節流孔（通常節流孔為4~6 mm），節流孔與熱板之間加裝了一個切斷閥，切斷閥是通過PLC進行時間延遲交替的通斷控制，蒸汽和冷凝水通過節流孔間斷性地排放。

（3）倒吊桶疏水閥疏水，熱板末端安裝一個倒吊桶疏水閥，根據該疏水閥的工作原理，對冷凝水進行間斷性排放。參見表1。

2.2 蒸汽耗費量實驗比較

通過三種疏水方式理論層面的分析比較，我們著重對蒸汽耗費量較小的定時疏水和倒吊桶式疏水進行實驗對比。

（1）實驗方法：要監測蒸汽耗費量，通常我們是要求對熱板前端蒸汽供給側的流量的統計，考慮到蒸汽屬于高溫介質，常規流量計難以計量，所以我們實驗時采用間接測量方式，即通過對熱板末端排出的冷凝水和蒸汽的收集稱重，收集方式為將末端管路插入裝有常溫水的冷凝集水桶，稱重計算收集前后冷凝集水桶重量差值，間接計算蒸汽消耗量。

表1 三種疏水方式理論層面比較

（2）實驗工具：精度為0.1 g的電子秤、10 L冷凝集水桶、溫度無紙記錄儀、帶磁鐵接觸式熱電偶、PT100鉑熱電阻。

（3）熱板測溫取樣點說明：將4個測溫探頭（熱電偶）安裝在上下熱板對稱處（A、B、C、D 4個點）、A、C距離熱板內孔外圓15 cm，B、D距離熱板內孔外圓25 cm，示意圖如圖1。

圖1 熱板測溫點示意

（4）度記錄方式：將4個測溫熱電偶和右熱板回管鉑熱電阻一起連接到無紙記錄儀上，實時記錄溫度變化，黃色線為熱板末端蒸汽溫度，棕色、紫色、藍色、紅色線分別為熱板表面接觸式A、B、C、D測量溫度。

（5）PLC設定熱板溫度為183℃，疏水方式為定時疏水，時間交替為：斷開120 s，排放1.5 s。無紙記錄儀記錄溫度曲線如圖2所示。

圖2 無紙記錄儀溫度曲線圖

從記錄曲線可以看出熱板表面實測溫度稍有波動，熱板末端蒸汽溫度波動厲害，說明熱板末端有過多的冷凝水積聚，疏水間隔時間太長，需縮短間隔時間。

排放時間1.5 s不變，逐步減小斷開時間，直至各項溫度都趨于穩定，調整結果為斷開40 s，排放1.5 s。

等待溫度穩定30 min后，對排出的冷凝水和蒸汽進行收集，收集時常為7 min，重復三次收集。

（6）將熱板蒸汽管路原理圖中點畫線框內的切斷閥和節流片更換為倒吊桶式疏水閥（進口品牌），PLC設定溫度為183℃。

等待溫度穩定30 min后，同樣對排出的冷凝水和蒸汽進行收集，收集時常為7 min，重復三次收集。

（7）對兩種疏水方式監測的溫度、排出的冷凝水和蒸汽量統計如表2、表3。

由表2、3可以看出，從監測的溫度來看，兩種方式的疏水對溫度波動影響不大，但排出的冷凝水和蒸汽的總量兩者相差1.07 kg，該1.07 kg的量也是蒸汽供給側多消耗的1.07 kg蒸汽。這僅僅是7 min相差的差值，按一天24 h運行計算，一天疏水差異，定時疏水就要多消耗蒸汽量T定時多耗=24×60/7×1.07 kg=220 kg。

表2 各點平均溫度。C

表3 7 min收集水量 kg

（8）通過實驗對比，倒吊桶式疏水方式比定時疏水節能，同時對溫度控制也滿足工藝要求。然而，實際生產工作中，倒吊桶式疏水方式也存在以下不少問題：

內泄漏問題：通常疏水閥出口均由管路連接至冷凝水回總管，這樣導致無法直接觀察疏水閥通斷情況，也就無法判斷疏水閥是否存在內泄漏，當疏水閥密封面磨損或有異物卡住時，無法及時發現，使疏水狀態類似于小孔排放，這樣導致蒸汽浪費更大。

內堵塞問題：疏水閥內部排放孔很小，通常只有3 mm左右，當管路中有異物堵住排放孔時，導致疏水不暢，會引發外溫報警，生產出不合格輪胎。

停機后冷模升溫慢問題：當計劃停產等因素停機后，熱板溫度降低至常溫，如需再次加熱時，由于熱板溫度低，產生的冷凝水量大，疏水閥3 mm的排放孔不能快速地排出熱板內的冷凝水，熱板升溫慢。

針對倒吊桶式疏水閥存在的問題，我們利用硫化機上現有的PLC控制器，開發一種液位檢測反饋，智能型的液位疏水方式。

3 采用智能型液位疏水

3.1 智能型液位疏水方式3.1.1 冷凝桶設計

冷凝桶設計是將原管路上管徑133 mm的冷凝桶更改為管徑57 mm的冷凝桶，將冷凝桶做成細長型，可以放大單位體積冷凝水量的液位高度的變化，提高電極點對液位檢測的靈敏度。冷凝桶頂部有連接BS-1電極點A的接頭，與電極點A連接有延長桿，延長桿的作用為增大電極點A與蒸汽或冷凝水的接觸面積，防止水垢包裹電極點，導致電極點失靈。冷凝桶側面有連接BS-1電極點B的接頭，該電極點作為公共端COM使用。

3.1.2 冷凝桶工作原理

控制回路中，連接電極點A和B的是導電式液位開關（歐姆龍K8AK-LS），通過導電式液位開關檢測A、B兩點之間電阻值的變化，來判斷A、B兩點間充滿的介質是水還是蒸汽（通常工業用水、自來水的電阻值在10 kΩ和40 kΩ之間，水蒸汽電阻值在150 kΩ之上），當A、B兩點均接觸冷凝水時，導電式液位開關觸點閉合，將信號輸入給PLC，PLC控制冷凝桶后切斷閥的打開，液位下降，A點脫離冷凝水，導電式液位開關復位斷開，PLC控制切斷閥關閉。參見圖3。

交替四、五兩個步驟，使冷凝水的產生量和排出量達到交替平衡，達到疏水的目的。

3.1.3 熱板蒸汽管路疏水設計

圖3 冷凝桶工作原理

熱板末端出口連接管徑57 mm冷凝桶，冷凝桶出口處由兩個切斷閥并聯控制通斷，切斷閥1后裝有3 mm節流孔，切斷閥2后裝有8 mm節流孔。切斷閥1用作正常疏水功能，切斷閥2用作冷模預熱和緊急升溫用。原理圖如下圖4。

3.2 實驗對比

在相同時間段內，依次對液位疏水方式和倒吊桶式疏水方式進行了實驗對比，實驗方法同上述方法一致，結果如下：

（1）倒吊桶式疏水閥方式(采用進口品牌)， PLC設定溫度為183℃，待溫度趨于穩定后，無紙記錄儀記錄以下曲線，如圖5。

圖4 熱板蒸汽管路疏水原理圖

圖5 倒吊桶式疏水閥方式下的溫度曲線

（2）液位疏水方式，PLC設定溫度為183℃，冷凝桶內冷凝水排放時，為了盡量減少熱板內過多的過熱水帶出，將疏水排放形式進行了更改，采用間斷式排放形式，降低流速，減少過熱水的帶出?？刂菩问饺鐖D6。

圖6 PLC控制方式

（3）等待溫度穩定30 min后，對排出的冷凝水和蒸汽進行收集，收集時常為7 min，重復三次收集，對兩種疏水方式監測的溫度、排出的冷凝水和蒸汽量統計如表4、表5所示。

3.3 數據統計分析

從上述統計數據來看，當倒吊桶式疏水方式和液位疏水方式正常工作時，溫度控制精度能滿足工藝要求，同時疏水量非常接近，簡單地比較兩者哪種更節能，也是不分伯仲，但由于液位疏水方式具有液位監測和PLC控制功能，所以在實際應用中，能做到智能控制。

表4 改進后各點平均溫度。C

表5 改進后7 min收集水量 kg

(1)內泄漏報警功能：當冷凝桶出口的切斷閥出現內泄漏時，就會導致冷凝桶內冷凝水不能積聚，電極點A或B始終無法接觸冷凝水，導電式液位開關不能閉合，PLC輸入信號無效。所以在PLC程序設計：當外溫蒸汽進時，PLC對應液位開關的輸入點連續兩次在3 min內沒有輸入信號，PLC觸發報警信號，同時在觸摸屏顯示“外溫疏水觸發故障，檢查切斷閥內泄漏”，在硫化完成當前胎坯后，在該問題沒有解決之前，可不允許后續胎坯進行硫化。

(2)內堵塞報警功能：當切斷閥出口3 mm節流孔出現堵塞時，就會導致冷凝桶內冷凝水過多積聚，電極點A和B始終接觸冷凝水，導電式液位開關不能斷開，PLC輸入信號有效。所以在PLC程序設計：當外溫蒸汽進時，PLC對應液位開關的輸入點在連續排放5 min內還有輸入信號，PLC觸發報警信號，同時在觸摸屏顯示“外溫疏水復位故障，檢查切斷閥堵塞”，在硫化當前胎坯時，防止出現報警胎，可通過PLC緊急開啟切斷閥2，通過8 mm節流孔進行定時疏水，確保輪胎合格。對在該問題沒有解決之前，可不允許后續胎坯進行硫化。

（3）停機后，冷?？焖偕郎毓δ埽河捎跓岚迨浅?，當蒸汽進入熱板時，回水被熱板大量吸熱，產生大量的冷凝水，在熱板升溫時，可通過熱板末端的鉑熱電阻監測末端蒸汽溫度，在溫度低于120℃時，控制切斷閥2打開，通過8 mm節流孔進行強制升溫，同時排出初期預熱熱板內的空氣，快速升溫。

4 結束語

智能型液位疏水方式可以對整個疏水過程進行實時監測，具有內泄漏報警、內堵塞報警、冷?？焖偕郎氐裙δ??？梢员苊庖騼刃孤┒鴮е碌恼羝薮蠛馁M，以及內堵塞導致的報廢胎的產生，相比其他幾種疏水方式是一種柔性可控的疏水方式，是一種間接節能的疏水方式。

[1] 王世田，劉銳.全鋼子午胎蒸汽室式硫化機采用不同疏水方式的利弊分析.橡塑技術與裝備，2014，(15).

[2] 張小霞.熱板式蒸汽硫化機欠硫缺陷淺析.中國高新技術企業.2013，(25).

Press the temperature drain water analysis and optimization applications

Outer temperature drain water analysis and optimization applications for curing press

Huang Xiuhua, Jiang Jie, Lai Tengmin
(Hangzhou Zhongce Rubber Co., LTD., Hangzhou 310009, Zhejiang, China)

Tire is a key link in tire production, actual temperature steam production at home and abroad about 70% of the heating volume is the total amount of heat through the outer temperature of the hot plate curing press analyzes the steam trap, on curing press of tire-pressure steam high accuracy temperature control and effi cient use of steam, can effectively reduce the energy consumption.

the tyre;curing; steam; control; energy consumption

TQ330.47

：1009-797X(2016)15-0045-05

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.15.010

（R-01)

黃秀華（1961-），女，高級工程師，長期從事設備管理工作。

通訊郵箱：13819106660@139.com

2016-06-07