干冰噴射技術在線清洗切絲機銅排鏈的可行性分析

(江西中煙工業有限責任公司廣豐卷煙廠 江西 廣豐 334600)

引言

切絲機銅排鏈清洗的重要性

切絲機是制絲車間的關鍵設備，技術含量高，操作復雜，它性能的好壞直接影響整體煙絲的質量。切絲機銅排鏈是切絲機進料機構的核心部件在煙葉切絲加工過程中，煙葉以設定的速度進入由上、下銅排鏈構成的楔形通道，并在輸送過程中以恒定的壓力逐步壓實，形成一定密度的煙餅[1],過程中切絲機銅排鏈上會逐漸累積一定的碎煙雜質、煙油，如清理不及時，則會引起煙料打滑，進而影響切絲精度，甚至造成銅排鏈跑偏安全螺釘切斷、系統停機，進而影響生產進度。所以銅排鏈需要定期清洗維護。

切絲機銅排鏈現有清洗方案

人工清洗法

目前基于切絲機銅排鏈的清洗方法應用最普遍的還是采用人工清洗的方式。銅排鏈拆下后通過熱水浸泡、高壓水沖洗、鋼刷刷洗等方式來達到清洗的效果。采用此種清洗方式的優點是清洗銅排鏈技術含量較低，無需額外的附件設備清洗效果較為理想可實現對銅排鏈的全方位清洗；缺點為費時費力，對排鏈本身有一定的損害，人工拆卸、清洗、安裝一次銅排鏈需要10～20個工時，同時頻繁的拆卸還會對銅排鏈造成損傷影響使用壽命。

切絲機銅排鏈清洗機清洗[2]

在一定體積的水箱內，通過電機轉動帶動滾輪上銅排鏈旋轉配合熱水浸泡，蒸汽噴射、高壓水沖洗以及毛刷清掃來實現銅排鏈自動清洗。優點是有一定的自動化，但未能實現在線清洗，還是需要拆卸銅排鏈，同時清洗后的水還可造成二次污染。

干冰噴射清洗技術的發展

干冰最早出現于1930年的美國實驗室,上世紀四十年代美國海軍首先利用干冰作為清洗介質,用來清洗油脂[3],取得了理想的效果，上世紀六十年代到七十年代涌現出了像雷金納德·瑞德(Rdginald Lindall)、,埃第溫·瑞斯(Echvin Rice)、卡爾文·馮(Calwin Fong)等一批優秀學者，他們在干冰清洗領域進行了探索性的嘗試，這些人的成果為以后干冰清洗技術的成熟推廣做出了巨大的貢獻。

清洗的重要性伴隨著整個清洗行業的發展，得到不斷的完善，并逐漸地被總結概括出來，提升到全新的理論的高度，指引著二氧化碳在整個清洗行業的飛速發展。

隨著干冰市場化的日益活躍，國內的干冰清洗設備也有了長足的發展，這與大批相關學者不懈的理論研究與實際研發息息相關:

在干冰清洗設備的開發研究方面戰江濤等人做出了較大貢獻[4],將干冰生產的全自動化變化現實，實現了干冰顆粒的無級調節。

陸國維[5]在提高干冰生產率方面作出了較大貢獻，充分的利用了節流膨脹技術使得干冰產量有了較大幅度提升。

G.SPUR[6]闡述了干冰的除污機理，同時計算了清洗射流與被清洗物體表面的相互作用情況。同時提出了最佳噴射壓力，最優噴射角度，以及最理想的噴射距離等等。

大連理工大學的孫洪孟[10]利用顆粒干冰作為清洗介質，采用雙喉管噴槍技術對不同污染物進行了清洗測試最終發現，顆粒干冰適用于清洗有機油污，且對清洗物體表面損傷較小。

2008年哈爾濱工業大學的史金海[7]使用干冰噴射槍進行工頻耐壓試驗，同時發現干冰冷噴射技術可以實現高壓或者是低壓的帶電設備在帶電帶負載的情況直接進行無損清洗而又不會發生觸電，表明該技術可應用于高壓輸變電網線路的清洗。

2006 年，Sheng-Chung Yang 等人優化了微粒干冰清洗MOS的方法(如圖1所示)，通過研究發現當噴嘴的出口尺寸為0.30mm，夾角為15度，以50MS均勻發送脈沖信號，距離40MM效果最佳[8]。

圖1 微粒干冰脈沖噴射法簡圖

切絲機銅排鏈進行干冰清洗的可行性

1.理論分析

常規顆粒固態CO2(俗稱干冰)噴射清洗法通過固態CO2制造設備制造直徑為3-16mm的固態CO2顆粒。干冰顆粒與壓縮空氣混合形成的高速射流通過文丘里噴嘴高速噴出，集中射向被清洗物體表面，如圖2所示。利用固體顆粒之間的摩擦碰撞、高速氣流的沖擊力，并通過動力學、熱力學、化學反應等幾種因素的綜合作用，將污垢剝離物件表面，能夠實現工業模具、化工設備等硬質表面污染物的清洗。

圖2 微粒干冰除污示意圖

縱觀國內外研究現狀，干冰噴射清洗技術已然成為一種主流的清洗方案，在遺跡修復、印刷行業、鑄造行業、塑料行業、食品與飲料、汽車行業乃至航空航天都有著廣泛應用，但在煙草設備清洗領域目前還是空白。

汽車行業 印刷行業 電器行業

圖3干冰噴射應用領域

2.優勢分析

與其他清洗方法相比，干冰噴射法清洗切絲機銅排鏈的技術優勢主要體現在如下幾個方面：

傳統清洗干冰清洗設備停工需拆卸、降溫、重新組裝能清洗到肉眼看到傳統無法清洗的地方,清洗后立即恢復生產,無需拆卸,可在線清洗污染問題清洗物會形成二次污染物無二次污染,干冰從接觸表面升華工時傳統的清洗、打磨、浸泡等方式費時費力是傳統清洗的四分之一時間或更快清洗效果一般優秀對設備的危害會磨損及污染被清洗區域無危害、有利于環保安全危害環境及人體、不能在帶電的環境中使用標準的安全預防,可在帶電環境中使用費用額外的清洗產品費用及二次處理費用少量的干冰費用

3.技術可行性分析

以我廠為例，我廠目前有四臺SQ313型切絲機，每臺切絲機每天生產結束后進行人工鏟除保養1小時左右，每月進行一次接卸高溫水清洗保養，耗時20小時左右。

(1)清洗效率提升

采用干冰噴射清洗法清洗時間按銅排鏈兩個運行周期計算僅需六分鐘清洗效率提升900%。

(2)節省勞動力

4臺*1人*200次(全年保養約200次)/年=800人次/年。

(3)節省蒸汽

4臺*140m3*(12-2)次*1元/ m3=5600元。

(4)節約回收煙絲

可回收煙絲約360kg，平均每公斤煙絲約72元，共節約煙絲費用360元/kg*72元=25920元

(5)推廣價值高

干冰噴射清洗法可實現切絲機銅排鏈在線清洗，填補行業內切絲機銅排鏈在線清洗技術空白，同時還可推廣應用到其他關鍵煙機設備的清洗，例如制絲線加料噴嘴內部積垢的清洗、加料管道的清洗除垢、卷包設備ZB45及ZJ17膠水桶的在線清洗等。

4.實施面臨困難

(1)與銅排鏈轉速匹配。要實現切絲機排鏈在線清洗，需專門設計一種匹配銅排鏈轉速的自動移動往復機構，最好可根據銅排鏈轉速實現速度自動調節。同時在實際運用中，噴射干冰的用量也會與噴射距離、噴射角度、噴射壓力等參數的影響而有較大差異。

(2)溫降的影響。由于干冰本身的低溫特性，常態下為-78.5℃，干冰噴射清洗法必然會對銅排鏈表面產生一定的溫降，銅排鏈與煙葉直接接觸會對煙葉溫度產生影響。溫度與水分是煙絲質量的兩個關鍵參數，為了避免溫降影響需要采取額外的補溫措施。

(3)雜質飛散。干冰噴射是由高速氣流帶動，沖擊污垢后瞬間氣化膨脹體積膨脹800多倍，造成雜質飛散不易收集。

5.可采取的補償措施

(1)利用干冰噴射清洗技術實現切絲機排鏈的在線自動清洗需要自動往復移動機構來匹配銅排鏈的轉速，推薦采用plc控制模塊接入切絲機轉速單元實現速度匹配。

(2)為了防止銅排鏈溫降可能對煙絲品質產生影響，可采用如下對策：在清洗過的表面上同時采用熱空氣吹掃，將銅排鏈溫降控制在合理的范圍內。

(3)在線清洗裝置安裝在一個封閉的容器內，內部設有噪音消除裝置，防止高速噴射產生噪音，采用大流量負壓管道將清洗產生的塵垢排走并收集。

結論

通過對干冰噴射清洗法清洗切絲機銅排鏈的技術優勢分析與可行性分析，認為可以把干冰噴射清洗技術引入到切絲機排鏈在線清洗中。