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提高纺粘法非织造布生产线运行效益的途径及实践

    近年来,无论是从事纺粘法非织造布生产的企业数量,还是生产线的总生产能力,都有了较大幅度的增长,而由于市场的拓展速度小于实际产量增幅,引发了更为剧烈的市场竞争,与2000年初相比较,产品的销售价格大幅下滑,现行产品价格降幅近30~40%,利润空间已所剩无几,有的产品因为缺乏质量优势,其价格更是趋近生产成本,全行业都从原来回报丰厚的轻松大环境进入到了广种薄收,要精打细算的严峻局面。
    如何提高生产线的运行效益,已是摆在每个企业面前的现实课题,从现场管理的角度,经常采取如下措施:
1   提高设备利用率,充分挖掘,发挥生产线的技术能力。
    在企业内,存在着一些与产量无关的固定费用,产量越高,摊派到每吨产品中的固定费用就越少,生产成本就越低。为了提高产量,必须加强设备的维护保养工作,廷长生产线的连续运行时间。在维护、保养工作做得较好的情况下,生产线可以长期无故障运行,每月的正常运行时间比例达97~98%,一块纺丝板的使用周期可长达2个多月,生产线能在十多天时间内连续运行而不停机。生产线能处于良好的技术状态,将为实现高产、优质、低消耗、低成本提供了物质基础。
    一条设计能力为每年3000吨产品的生产线,由于产品结构等原因,正常月产量在240~280吨左右变动,每年有效生产时间可达8400小时,平均每小时能生产3500元左右的产品,因此提高设备利用率,尽量减少停机次数和缩短每次工艺性停机时间,都将产生实实在在的效益。
    提高设备的利用率,不仅仅是要尽量增加设备的有效运行时间,还应包括充分发挥设备的技术能力。设备的技术能力一般是指:产品的规格范围,最大生产能力,最高的运行速度,最佳的产品质量水平,最低的消耗指标,原材料的适应性等技术经济指标。只要将已积累的运行统计资料与这些指标进行对比分析,就可以发现差距,找出持续改进的方向,从而充分挖掘出设备的潜力,创造出最好的综合效益。
    如生产线要求所用的聚丙烯切片熔融指数(MFI)为25~38,实际生产所用的均为30~35左右。在目前国内高熔指切片还不多的情况下,通过试验,采用MFI在22~25范围的本地原料,并添加适量的改性母粒后,已成功替代外地或国外进口的原料,用于正常生产,设备运行状态良好。仅原料成本一项,每吨可节约数百元,年节约成本可近百万元。
    在目前的市场环境下,由于受产品质量,产品结构,营销市场等因素的制约,国内能达到设计能力生产量的生产线不多,普遍在70%~80%左右,而一些设备及管理水平较低的企业,其实际产量还要低一些,因此在充分挖掘设备潜能方面都还存在很大的空间。
2   提高产品质量
    生产线在运行期间,生产不合格的产品与生产合格的产品都消耗同样的资源,但两者所产生的效果截然不同,虽然大部份废次品可回收再生使用,但起码是能源被消耗掉了,加上挤占了正常的生产时间,消费了设备能力,因此每产生一吨废、次品,最少也会给企业造成2000~5000元的损失,要多生产几吨合格品才能弥补,而由此带来的商机贻误及信誉损失更是不言而喻,因此,保证产品的质量应是保证企业经济效益及生存能力的根源所在。
    为了保证产品的质量能符合标准的要求,满足顾客的需求,在企业内部推行全面质量管理,按ISO9000—2000标准建立完善的质量管理体系,是确保产品质量的一项行之有效的科学管理措施。
    目前,由于设备技术水平及管理水平的差异,各企业的产品合格率也相差较大,最高的已达98~99%。
3   提高原料利用率,降低原料消耗
进行产品生产所耗用的物料及能源,几乎占了产品制造成本的70%以上,要降低生产成本,必须严格控制物料及能源的消耗。目前,视生产线的技术水平,原料的利用率(即产出与投入比例),一般在93~95%,高者可达97~98%,在管理完善的企业,甚至能达到更高的水平。这种高效率的生产活动必然带来企业的高效益。为了提高原料的利用率,不少生产线配套有非织造布的边料即时回收系统,除了可以及时将没有使用价值的边料回收、节约切片外,更加重要的是使其中价格昂贵的色母粒再次得到有效利用,其效益更加明显。
3. 1   边料及废料回收
由于市场竞争日益剧烈,如何回收正常生产过程中形成的边料, 及再生利用其他市场价值不高的过渡性产品(如转换产品定量或颜色过程中的产品)已成为企业必须考虑的课题。对于装有在线回收挤压机的生产线,可以根据挤压机的回收能力及对产品质量的影响,有选择性地用人工将这些过渡性产品(甚至废品)投入回收挤压机进行额外回收,从而替代部分原料。一般正常回收的比例约在6~7%左右,而额外回收量视回收螺杆的技术性能,可达10%或更多,一个班次(8小时)的额外回收量可达300~400kg。
目前,用于回收的挤压机螺杆直径多在φ70~90之间,功率≥30kw。
进行额外回收时要对产品,原料,过渡性产品,废品的价格及市场等进行必要的技术,经济可行性分析,以期能获得合理的回报。
    在一些没有配套在线回收挤压机的企业,较为常用的方法是利用一台螺杆挤压机将所有的待回收边料、废料、次品、熔融造粒,然后再作为原料重新投入生产线料斗使用,这个方法的不足之处是其中的着色剂难于得到充分利用。
3. 2   进行回收对工艺过程的影响。
    但是无论采用哪种方案进行回收,都必须注意因额外回收给工艺过程所带来的影响。因为所回收的产品在再经过一次(或二次)加热熔融后,熔融指数会有所增加,当回收量较大时,这些二次(或三次)熔融的熔体与新的熔体在流变性能上的明显差异,会对工艺过程的稳定性产生负面影响。较为突出的是当回收量超过一定比例后,会引起主螺杆的平均转速明显降低,而随着回收量的变化,容易造成主螺杆熔体压力波动,特别是用人工喂料进行额外回收,其波动幅度更大,当回收量突然从最大值急剧减少时,主螺杆在短时间内无法弥补这部分减少了的熔体,因而导致压力下降,如果此时主螺杆已在接近最高转速状态运行,当超过设定时间仍无法恢复正常压力时,主螺杆就会发生跳停。
    另一个值得注意的问题是因回收的物料中,不可避免地存在更多的杂质,这些杂质进入系统后,会缩短熔体过滤器的使用周期,明显增加了更换过滤网的次数,同样也会使纺丝板组件中滤网的堵塞速度加快,使纺丝过程异常,最终也缩短了纺丝板的使用周期。
    还有一个问题是额外回收对非织造布颜色的影响,当投入回收物料的颜色与在产的产品颜色有差异时,必然会引起产品颜色产生变异。即使回收物料的颜色与产品相同,但对一些热稳定性较差的着色剂,由于经过多次加热熔融,其色调也可能产生变化,从而对产品的颜色产生影响。因此,在进行额外回收时,一定要尽量选择与产品颜色相同的回收物,并要保持回收速度及数量的均匀一致,若果加入了其他颜色的回收物料,即使数量不多,也会对产品的主体颜色产生影响,与没有加入回收物料的产品相比较,仍会出现较为明显的色差,有可能影响产品的正常使用。
4   降低产品的能耗及影响能耗的主要因素。
    在纺粘法生产线中,能源消耗也占产品成本一个不小的比重, 按目前的产品价格及电能价格,根据生产线纺丝拉伸方式的差异,如负压拉伸生产线,每吨产品的最低能耗可在800~900kwh,而不同机型的采用正压拉伸工艺的生产线,其平均能耗会增加0.5~2倍,可达1500kwh,甚至更高,电费开支有可能占产品直接成本的7~20%,因此对高能耗的生产线,降低电耗将是一件大有作为的事情。
4.1  生产线的用电概况
    由于生产线的电力拖动设备都要按长时间在较高工作环境温度下连续运转的工作制度,并能在额定产品定量规格范围内安全运行的条件来配套其功率。因此,正常使用的功率会小于其额定功率,并留有安全余量,大部分电机都是处于轻负荷状态运转,根据对一些生产线运行状态进行实测,除了主螺杆电机的最大功率可达额定功率的80%左右外,其他电机仅在20%~60%之间,有相当大的功率裕量。
    而生产线中的各个加热系统(主要是熔体加热保温及热轧机轧辊加热),虽然其装机功率很大,但由于采用了带PID调节功能的自动控温系统,虽然在冷态起动时投入的加热功率会较大,但在到达温度设定值后,实际耗用的保温功率会较小。尽管生产不同的产品时,会有不同的工艺要求及相适应的工作温度,但其变化幅度并不大,特别是熔体加热温度,其设定值变动更小,在这种情况下,系统实际耗用的功率也会远小于加热器的功率。
    另一方面,生产线里的各种用电设备的实际使用情况也各有差别,有的是长期同时运转,有的使用率并不高,特别是一些配套的附属设备(如纺丝板清洗系统,后处理设备等),平时用得较少,运行时间也较短暂(如起重设备)。就是一些同时使用的设备,也不一定都是在最大功率状态下运行,由于这些原因,也会造成生产线的实际使用功率小于其设备装机容量。
    环境因素对能耗有一定的影响,但影响并不特别明显。室外气温高时,用于纤维冷却的能量会增加,但由于加热设备与环境的温差缩小,散失的热量也会降低,加上物料的温度也较高,因此,用于加热的总消耗会减少。当气温较低时,情况则刚好相反,由于加热与冷却两个系统对环境变化所呈现的互补性,使产品的能耗与环境温度之间并不出现很明显的关系。 
    设备的负荷较轻,可为生产线能在各种环境下安全、可靠运行提供了基础,各种电力设备也体现出了很高的可靠性;主要驱动电机在近十年的连续运转过程中,尚未发生过正常使用情况过负荷损坏现象。但负荷率过小也会带来弊端:
    其一:负荷率过小,浪费了供电设备的容量,因为如果简单地按装机容量来直接确定供配电系统的电源容量,则其容量会明显过大,而按目前的用电法规,电费中有一部分是按电源容量收取的,也就是说企业要为过大的供电容量负担不必要的电费,即使是企业自备电源(如用柴油机发电),也会因机组容量过大而增加投资规模,增大运行及管理费用。
    其二:对电动机类设备,负荷率过小,其机械效率会降低,基本损耗所占比例增大。负荷率下降后,其电气功率因数(cosф)也会跟着下降。另外在电气控制系统中大量使用的电力电子器件及换流设备,也对供电系统产生不利的影响,当cosф小于电业部门规定的0.9后,企业就要多交电费。如cosф=0.7时,就要多交10%的电费,必然会增加生产成本。
4.2  降低产品耗电量的主要措施。
    为了解决以上问题, 不能简单地用普通解决所谓“大马拉小车”的常规方法来解决,如:更换接线方法,使电机降功率运行;更换功率较小的电机,调整传动系统速比等方法。因为在纺粘生产线中,各种动力装置在机械特性,调速性能,控制方式,安装型式等方面都有比普通的单台设备更为严格的要求,还要充分考虑对系统性能,可靠性及其他设备的协调性等方面可能产生的不利影响。
    对于电动机的容量是否过大,一定要作客观的分析,特别要分清是因管理水平偏低,未能充分发挥设备的能力,还是原来配套的电机容量的确偏大,否则在更换较小的电机后,将成为制约生产线能力(产量和质量)发挥的技术障碍。
    目前,作为较为有效的措施包括:
4.2.1  更换较小功率电动机
    对经过实际运行测试,证实电机功率确实偏大,有可能用较小功率的电机代替的设备,则可采用更换电机的方法,如某生产线原抽吸风机为2台90kw的轴流风机,换用2台75kw风机后,装机容量减少了30kw(但不是节电30kw)。
    一般情况下,对生产线中其他功率较小的电机,要综合考虑其改装费用,回报、技术风险等因素,不一定进行更换改装。
4.2.2  使用变频调速技术
    各类型的风机在纺粘生产线中是长期连续工作的设备,而且功率都较大,减少风机电耗将得到可观的效益。在一些早期生产线,风机由普通异步电动机驱动,用控制风门的方式来调节流量,损耗较大。如采取变速传动方案(如变频调速)代替风门调节流量,不仅可以大大减少了电能损耗,更加灵活地满足工艺要求,而且由于变频系统具有软起动性能,能较为容易解决大惯性风机难以起动要配用较大功率电机的问题,还可以换用功率较小的电机,使节能效果更为显著。如将电机功率为200kw的拉伸风机改为变速传动后,可将吨产品耗电减少10%,改造费用能在半年~1年内收回。
4.2.3  推广无功功率补偿技术
    另一种较为实用的方案是对供电系统进行无功功率补偿。就是对生产线的设备不作任何改动,仅根据供电系统的实际功率因数偏低的现状,加装无功补偿的电容器,使系统的功率因数恢复到较为合理的水平(>0.90),在较为理想的状态,除可免除全部罚款外,还可以扣减部分电费(最多为0.75%),而且还降低了用电负荷,生产线的电费支出(不是耗电量)有可能节约10%,收益良好。
4.2.4  优选运行参数,降低质量成本
    根据对一些负压拉伸生产线的能耗情况进行统计,在总的能耗中,用于熔体加热的电能约占25%~30%,而动力驱动的电能约占70%~75%。因此要根据合理的质量成本,而不是盲目追求“最好”的产品质量,而不考虑产品的具体用途及所付出的代价,优选运行工艺参数,如适当降低熔体温度,提高冷却风温度,降低熔体压力,降低风机转速等,在实现优质高产的同时,取得相应的节能效果。
4.2.5  更新供电设备
    对于一些发展规模已基本稳定、而仍然使用旧式高能耗变压器的工厂,在采取以上的措施后,如果实用功率大大小于变压器的容量,则可以探讨改用较小容量的新型低损耗变压器供电的可行性,一旦可行,会收到一次投资,长期受益的效果。如前述的两条生产能力共9000吨的生产线,总装机容量近2200kw,原来的供电变压器容量共2500(1250×2)kvA,但经过对无功补偿后的负荷计算分析,发现其实用总功率仅在783kw(824~870KVA)左右,便将变压器容量减少为1250 kvA,到目前为止,已在各种工况及气侯环境下安全运行了五年多时间,平均每年节省包括固定电费开支,罚款在内的电费支出达四十多万元,效益非常显著。
4.2.6  提高实物产量
    提高实物产量是降低产品电耗的一个最有效方法,因为生产线中的各种基本损耗,如加热设备向环境的散热量,电机冷却损耗,辅助设备能耗等基本保持不变。随着产量的增加,传动设备的有功部分会增加,使其效率提高,虽然总的能耗会随着产量的增加而增加,但单位产品所消耗的电能则必然会减少。根据一些生产线运行情况统计,生产线满负荷生产时的单位产品能耗仅为半负荷时的85%左右,可见,提高产品产量是降低能耗的一个十分有效的措施,而且当实际产量超过财务上的保本产量后,会带来很大的综合经济效益。
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