多功能集成模块化散热装置设计及应用

林敏，温延，刘兴乐，王芳，刘勇

湖北中烟工业有限责任公司武汉卷烟厂，武汉市汉阳区龙阳大道特5号 430051

散热器广泛应用于烟草制丝的烘丝类设备中，采用蒸汽作为热交换介质，以蒸汽管路在散热器中的分布和安装在管路上的散热片对进入散热器的空气等气体介质进行加热形成生产要求的热风[1-9]。烘丝类设备散热器破损时易导致蒸汽外泄，降低热风对烟丝的干燥能力和除水能力，影响烟丝水分和造成水湿烟团，同时也将会增加维修成本，影响工序的工艺质量以及生产，因此，散热器的性能一直备受关注。

黄冬等分析了蒸汽品质的指标及影响因素，提出了提高蒸汽品质的措施[10]；卢卫华针对蒸汽中的含水量，提出了采用不同类型汽水分离器来提高蒸汽品质[11]；朱存行分析研究了蒸汽气源压力的稳定性，通过改进散热器压力控制模式,加装蒸汽压力检测元件和气动控制薄膜阀,组成蒸汽压力自动控制单元,稳定散热器蒸汽气源压力控制[12]。目前，国内外研究热点为通过提高蒸汽的品质和稳定性来保障散热器的性能，对散热器装置的研究设计较少。本研究结合生产现场情况，提出了一种多功能集成模块化散热装置，该多功能集成模块化散热装置能够实现散热器分区并且分区可控，任意一回路泄漏，可实现单独封闭漏点，保证不停机，不因泄漏影响产品工艺质量，同时便于查找漏点，缩小检修范围。

1 现状调查及分析

卷烟行业的烘丝类设备热风加工设备中都通过一定压力的蒸汽与工艺干燥风在散热器内进行热交换，达到对筒体热风温度控制，带走烟丝水分的目的。现有散热器进出接头为钢管焊接，当散热器三路进出接头任意一路焊缝破损时，将导致蒸汽外泄，造成能源浪费和工艺总蒸汽压力下降；若散热器内的三路热交换蒸汽排管任何位置发生一处破损泄漏，将导致水蒸汽混入工艺干燥风，降低热风对烟丝的干燥能力和除水能力；同时由泄漏的蒸汽引起的冷凝水将进入工艺风管道，导致冷凝水被带入干燥烟丝，影响烟丝水分和造成水湿烟团；若冷凝水在散热器内蒸汽管道内积存，将导致高温蒸汽通过受阻，阻碍热交换的进行，导致工艺干燥风温度降低。这些异常情况都要停机维修，并且至少耗费4～6小时维修时间，这势必严重影响本道工序的工艺质量以及生产准时制的完成[1-2]。

由于上述问题的存在，生产设备及工序需根据车间工艺现状及条件进行改进。为此，提出了多功能集成模块化散热装置的设计思想。

2 设计方案分析

多功能集成模块化散热装置，通过将散热器分区并且分区可控，保障生产连续性，加强产品工艺质量的可靠性。在实际使用过程中，根据散热器的能力确定散热器的分组。根据车间工艺现状及条件，以三路散热器为例说明其工作原理和实施效果，结构示意图如图1所示。散热器的三路入口和三路出口分别连接带法兰连接的金属软管和截止阀，三路出口的截止阀分别独立依次连接过滤器、单向阀、疏水阀后接入冷凝水回收罐。过滤器、单向阀、疏水阀及冷凝水回收罐组成冷凝水排放系统。较佳的，在每路过滤器、单向阀、疏水阀的两端可都并联一个截止阀，正常状况下截止阀都关闭，散热器可正常使用；一旦疏水阀或过滤器发生故障，可打开截止阀进行疏水，整套装置的使用不受影响。

在实际应用过程中，若散热器中三路蒸汽管道任意一路任意一处破损，可以关闭进出口的两个截止阀，将破损回路单独隔离，由剩余两路蒸汽管路继续维持生产。而若是散热器外部进出接头破损，可关闭该路进出截止阀，拆卸更换金属软管，此时不需停机，不需关闭蒸汽总阀，不影响正常生产，冷凝水排放系统随时排放散热器蒸汽管路产生的冷凝水。

将原散热器三路进出口分别增设截止阀，可单独开启或关闭散热器三路蒸汽回路中的任意一路，实现散热器分区并且分区可控。任意一回路泄漏，可实现单独封闭漏点，保证不停机，不因泄漏影响产品工艺质量，同时便于查找漏点，缩小检修范围。将原散热器三路进出口不锈钢管焊接（硬连接）接头，改为金属软管法兰连接，实现进出口连接距离可调，使得对安装尺寸要求高的硬连接变为方便省时的快速易拆卸活连接，便于检修更换。将原散热器三路蒸汽回路分别配置安装冷凝水排放系统，保障散热器内冷凝水无积留，便于每一路的冷凝水排放，同时便于单独检修，查找故障。

各个部分可集成一体，预留输入输出接口（如图2虚线区域部分所示），可以实现模块化应用。

图1 多功能集成模块化散热装置结构示意图Fig.1 The structure of the multi-function integrated modular radiator device

图2 管路连接示意图Fig.2 The diagram of tube connection

3 实施效果

经过生产跟踪，记录同一类烟丝，改进前后散热器某一路发生故障时，对烘丝机后的烟丝水分的影响如图3所示，图中横坐标生产时间，单位min；图中纵坐标为烘丝后烟丝水分，单位 %；曲线1表示改进前的烟丝水分变化趋势；曲线2表示改进后的烟丝水分变化趋势。

从图3数据可以看出：改进前散热器内的三路热交换蒸汽排管任何位置发生一处破损泄漏，烟丝水分将会升高，这是由于水蒸汽混入工艺干燥风，降低热风对烟丝的干燥能力和除水能力；同时由泄漏的蒸汽引起的冷凝水将进入工艺风管道，导致冷凝水被带入干燥烟丝，影响烟丝水分。改进后即使任何位置发生一处破损泄漏，对烟丝水分的影响也较小。通过跟踪生产，该设备运行效果良好，保证了后续生产的稳定。

图3 改进前后烟丝水分变化趋势图Fig.3 The moisture levels of tobacco shred before and after improvement

经过生产跟踪，记录改进前后当月设备故障发生次数，如图4所示，图中横坐标为散热器改进前1、改进后2；图中纵坐标为设备故障次数，A表示烘丝机故障次数，B表示散热器引起的故障次数。

从图4数据可以看出：散热器改进后，烘丝机的故障次数和散热器的故障次数显著较少，提升了维修效率和成本，保证了产品的生产工艺质量。

4 结论分析

经过生产跟踪验证，多功能集成模块化散热装置优点如下：

1）散热器多路分区独立可控，保障生产连续性，加强产品工艺质量的可靠性。

图4 改进前后设备故障次数对比图Fig.4 Comparison of frequency of equipment failure before and after improvement

2）提高了设备检修效率，提高了设备可靠性，降低了由散热器故障引起的烘丝机停机率。

3）优化了整个散热器冷凝水排放系统工作性能，多路蒸汽回路独立可控排放冷凝水。

[1]机械工程师手册编委会. 机械工程师手册：第3版[M]北京：机械工业出版社，2007：23-88.Handbook of Mechanical Engineers Committee. Mechanical Engineers' Handbook：the third edition[M]Beijng：CHINA MACHINE PRESS，2007：23-88.

[2]上海卷烟厂. 卷烟制丝设备[M]上海：中国烟草总公司上海卷烟厂，1988.Shanghai Cigarette Factory. Tobacco Processing Plant[M]Shanghai：Shanghai Cigarette Factory，1988.

[3]郭兵. SH6型顺流式烘丝机[M].北京: 中国科学技术出版社 ,2001:29-95.GUO Bing. The SH6 type of A flow dryer [M]Beijing：Science and technology of China press, 2001:29-95.

[4]胡建军, 周冀衡, 熊燕, 等. 烘丝工艺参数对烘后叶丝质量影响的研究[J]. 中国烟草学报, 2007, 13（6）: 24-29.HU Jianjun, ZHOU Jiheng, XIONG Yan, et al. Effects of drying parameters on quality of cut tobacco[J].ACTA TABACARIA SINICA, 2007, 13（6）: 24-29.

[5]司丙喜, 王瑞华, 郭宏敏, 等. 烘丝工序工艺技术研究[J]. 中国烟草学报, 2001, 7（1）: 6-8.SI Bingxi, WANG Ruihua, GUO Hongmin, et al. Technical study on the cut tobacco drying process [J].ACTA TABACARIA SINICA, 2001, 7（1）: 6-8.

[6]陈文, 华一崑, 李水荣, 等. 不同加工设备与烟叶分组模块对异地加工卷烟质量的影响[J]. 中国烟草学报, 2008, 14（3）: 13-19.CHEN Wen, HUA Yikun,LI Shuirong, et al. Effects of different processing equipments and leaf grouping module on cigarette quality manufactured in different locations[J].ACTA TABACARIA SINICA, 2001, 7（1）: 6-8.

[7]丁康钟, 邓国栋, 何蓉, 等. 不同热风流向对烟丝滚筒干燥加工质量影响研究[J]. 中国烟草学报, 2010, 16（3）: 33-35.DING Kangzhong, DENG Guodong, HE Rong, et al. Effects of hot air flow direction on quality of quality of cut tobacco dried with cylinder dryer[J].ACTA TABACARIA SINICA, 2010, 16（3）: 33-35.

[8]张强, 董高峰, 李红武, 等.. 滚筒烘丝机工艺参数对烤烟感官质量的影响 [J]. 烟草科技, 2011, 11: 10-13.ZHANG Qiang, DONG Gaofeng, LI Hongwu, et al. Effects of Technical Parameters of Cylinder Drier on Sensory Quality Flue cured Tobacco[J]. Tobacco Science& Technology, 2011, 11: 10-13.

[9]丁美宙, 熊安言, 马宇平, 等. 叶丝滚筒干燥工艺参数对卷烟香气风格的影响[J]. 烟草科技, 2015, 48（5）: 10-13.DING Meizhou, XIONG Anyan, MA Yuping, et al. Effects of Technical Parameters in Cylinder Drying on Aroma Style of Cigarette[J]. Tobacco Science& Technology, 2015, 48（5）: 74-79.

[10]黄冬, 宋长华, 崔文智. 烟草工业中蒸汽品质保证与输送过程分析[J]. 重庆电力高等专科学校学报, 2004, 9（4）: 16-19.HUANG Dong, SONG Changhua, CUI Wenzhi. Analysis of Steam Quality Assurance and Transportation Process in Tobacco Industry[J].Joural of Chongqing Electric Power College, 2004, 9（4）: 16-19.

[11]卢卫华. 提高蒸汽品质，降低生产成本[J]. 化学工程与装备,2009, 9: 106-107.LU Weihua. Improve steam quality, reduce production costs [J].Chemical Engineering ＆Equipment, 2009, 9: 16-19.

[12]朱存行. 薄板烘丝机散热器蒸汽压力控制研究及应用[J]. 科技传播, 2014（3）: 172-173.ZHU Cunxing. Research and Application of Steam Pressure Control on Radiator Device [J]. Public Communication of Science& Technology, 2014（3）: 172-173.