疏水閥在半鋼輪胎硫化機的節能應用

趙璞，李楠

(1.韓泰輪胎有限公司，浙江 嘉興 314003;2.大禾產機（嘉興）有限公司，浙江 嘉興 314003)

隨著中國經濟的飛速發展，人民的生活水平顯著提高，汽車作為代步工具逐漸普及進入大眾生活，中國的汽車銷售額已經連續10年位于世界第一。相應而言，作為汽車消耗品的輪胎的使用量也隨之上漲，輪胎市場的競爭也愈發激烈。這種情況下，對輪胎企業來說，如何節能減排、降低成本，成為企業發展的重要課題。而作為輪胎生產中能源消耗大戶的蒸汽，如何優化使用效率，減少使用量，降低單位能耗具有重大的意義。

1 半鋼液壓式熱板硫化機蒸汽冷凝水排放現狀及問題點

半鋼液壓熱板式硫化機是輪胎行業占比較高的硫化生產設備。半鋼輪胎指的是轎車用輪胎，英文簡稱為PCR，液壓指的是硫化機的開閉動力是采用液壓油的方式，熱板式指的是硫化加熱是蒸汽通過熱板和模套來間接加熱模具，半鋼液壓熱板式硫化機常見的分為天平式（圖1）和框架式（圖2） 。

半鋼液壓熱板式硫化機的輪胎加熱部分由上下熱板和活絡模具的模套組成，如圖3所示。

輪胎硫化三要素：溫度、壓力、時間，是指在硫化機上通過模具、膠囊用高溫蒸汽和高壓氮氣對成型生產的胎坯在一定時間內進行加熱加壓的化學反應過程。半鋼液壓硫化機的熱板及模具蒸汽加熱管道如圖4所示，1.0 MPa飽和蒸汽通過控制閥來調節滿足輪胎生產工藝的溫度，通過活塞切斷閥排放冷凝水。實際在蒸汽從硫化主管路和冷凝水回收管路還有上升的管路，中間通過金屬軟管來連接。

圖1 天平式

圖2 框架式

圖3 硫化機上下熱板及模具示意圖

圖4 硫化機熱板及模具蒸汽管道圖

蒸汽在輪胎硫化過程中換熱后變成冷凝水，然后通過時控活塞切斷閥排入專門回收管路?；钊袛嚅y的結構和排水工作原理圖5所示，活塞切斷閥排冷凝水的工作原理是通過PLC控制電磁閥通斷供給壓縮空氣來實現切斷閥的開閉。

圖5 活塞切斷閥示意圖

PCR液壓熱板式硫化機雖然可以通過活塞切斷閥定時開啟來排除冷凝水，但活塞切斷閥只是通過經驗來控制開啟的時間，而且要保證每臺硫化機都要把冷凝水排干凈。 在實際情況下各個輪胎工廠蒸汽主管道長短、蒸汽來源的質量的不同（如過熱或飽和蒸汽）、冬夏季等環境溫度變化影響蒸汽管道散熱造成蒸汽質量差異、硫化機安裝位置不同造成每臺硫化機的蒸汽質量也存在差異（通常情況下管末對比管初硫化機溫度低：2～3 ℃）等各種因素造成每臺硫化機活塞切斷閥前的冷凝水量是不同的，為了保證每臺硫化機的熱板和模套內的冷凝水都徹底排完，活塞切斷閥的開啟關閉時間是按蒸汽質量最差的末端硫化機的排完水的時間來確定的。目前在PCR輪胎生產企業普遍采用的標準是切斷閥每關閉20～25 s后開啟0.25 s定時排放冷凝水，在冷凝水排出的過程中，同時也帶來蒸汽的排出，造成蒸汽能源的浪費；在前期的試驗階段，大約有5%～10%左右的蒸汽浪費。另外，由于硫化機別的管道安裝位置及溫度控制閥等差異因素造成熱板及模套內冷凝水未排放干凈，造成硫化機溫度波動或偏低導致輪胎欠硫化，在這種情況下會調整切斷閥定時排放時間（如每10 s開啟0.5 s）甚至直接打開直排，造成蒸汽能源更大的浪費，同時也增加員工的設定難度及造成現場的非標作業。部分輪胎企業對這樣定時排放方式也進行改善，如在切斷閥前端增加存水灌，雖然減少了蒸汽排放，但還是存在一定浪費。

2 使用疏水閥替代切斷閥，降低蒸汽單耗

從現有的切斷閥使用方法上無法保證準確排完冷凝水而又不泄漏蒸汽造成能源浪費；具有自動排放冷凝水和不凝性氣體且可以阻斷蒸汽泄漏的蒸汽疏水閥正是我們需要的代替品。溫度是輪胎硫化三要素之一，對輪胎品質影響至關重要，需要把硫化機的熱板及模套內的蒸汽換熱后產生的冷凝水及時的排出，確保硫化機溫度在標準范圍內，免除硫化機熱板和模套內積存冷凝水影響輪胎換熱不足而帶來的輪胎欠硫不良。在本次改造方案中采用有水即排的TLV硫化專用型自由浮球疏水閥。它具有以下特點：

（1）工藝負荷變化時，自動調節型的自由浮球可提供連續、平穩和低速的冷凝水排放；

（2）高精磨加工的浮球，持續的水封及三點支座式密封設計，即使在無負荷的工況中也能確保完美的密封；

（3）只有一個運動部件-浮球，避免了集中磨損，減少故障，延長使用壽命；

（4）具有“故障常開”功能的熱靜力膜盒（X-元件）自動排放低于飽和蒸汽溫度的空氣；

（5）內置大流通過濾網，保證無故障工作；

（6）可在線更換內部元件，清理簡便，減少維修成本。其結構示意圖如圖6所示。

圖6 自由浮球疏水閥結構示意圖

自由浮球疏水閥工作原理：在蒸汽進入設備之前，設備溫度較低，X-元件處于收縮位置，閥孔(A)打開,當蒸汽開始供應，空氣通過閥孔(A)排放，同時冷凝水通過打開的閥嘴（B）排放，如圖7所示。當初始空氣和冷凝水排放完畢后，蒸汽進入閥體導致X-元件膨脹，膨脹導致閥孔（A）自動關閉排放空氣功能；浮球根據流入閥體的冷凝水量向上提升，此時冷凝水通過閥嘴連續排放，如圖8所示。在運行過程中當熱空氣進入閥體，X-元件立即感受到閥體內部溫度的降低，自動打開閥孔（A），快速排放空氣，如圖9所示。當空氣完全排放后，溫度重新上升，X-元件里面自動排空氣的閥孔（A）關閉；如果閥體內沒有冷凝水流入，浮球回落跟閥嘴緊密密封，主閥嘴（B）的閥孔關閉，疏水閥處于關閉狀態，水位形成的液封在閥嘴之上，確保沒有蒸汽泄漏，如圖10所示。

圖7 排出初始的空氣和冷凝水

圖8 排出冷凝水

圖9 排出熱空氣

圖10 閥門關閉

本次改造采用TLV不銹鋼自由浮球疏水閥主要參數如下：工作壓力1.0 MPa，工作溫度Max.220 ℃, 1.0 MPa 壓差下排水量670 kg/h，0.7 MPa壓差下排水量580 kg/h，蒸汽自耗為0.1kg/h，閥體選用304不銹鋼，法蘭連接方式，水平方式安裝，如圖11所示。疏水閥安裝要點如下：

（1）安裝時前后左后水平度要求小于5°；

（2）注意疏水閥門進、出口安裝方向；

（3）疏水閥前端加過濾器（防止全廠頻繁停檢修時，蒸汽管道的產生異物進入疏水閥）；

（4） 疏水閥后端，冷凝水主管道前端加止回閥（防止單臺設備蒸汽管道停機檢修時，主管的冷凝水道回竄）；

（5） 過濾器前端加汽水分離罐（防止水珠直接擊打疏水閥內部的浮球，造成疏水閥密封不良，并且還可作為硫化機測溫點）；

（6） 為了點檢疏水的工作狀態，可在疏水閥后端加裝窺視鏡等。

初期我們在2臺硫化機上安裝TLV 疏水閥，進行熱板模套溫度波動技術指標評價，結果完全滿足工藝要求±3 ℃（實際溫度波動：±1.5 ℃以內）；在熱板和模套的管道上安裝流量計，進行蒸汽節能效果測試，疏水閥對比活塞切斷閥節能 11.97%，如表1所示。

圖11 疏水閥安裝簡單示意圖

最終韓泰嘉興工廠267臺硫化機疏水閥改造完成后每噸重量的輪胎生產蒸汽平均用量（包含熱板和模套中壓的蒸汽用量、膠囊內部高壓蒸汽用量）2019年對比2018年下降：6.1% (下降：0.12 t/t，2018年：2.112 t/t，2019年:1.991 t/t) ，如表2所示。2019年度對比2018年蒸汽節儉效果386萬元/年[(0.121 t/t×147 489 t（2019年生產重量）×217元/t（蒸汽單價）]。267臺硫化機疏水閥改造投入費用：449萬，投資回收期：1.2年。

表1 初期熱板及模套、節能效果對比

表2 2018/2019年蒸汽用量原單位對比

3 結語

蒸汽是輪胎生產過程中大量使用的能源，在成本中占有一定比例。從工作原理來看，在硫化機上使用蒸汽疏水閥代替時控活塞切斷閥具有良好的節能效果。在韓泰輪胎嘉興工廠硫化機蒸汽冷凝水外排活塞切斷閥改疏水閥的技改項目中，輪胎產品的噸當蒸汽單耗下降了6.1%（2019年：1.991 t/t對比2018年:2.112 t/t）；并且2019年生產、品質水準與2018年基本保持一致，產量維持在：51,500個/日左右（重量：500 t/日），輪胎欠硫化不良發生：20 PPM左右；本次節能減排效果顯著，生產及品質穩定是值得推廣擴散的技改方案。