设备技术改造在降本增效中的应用

袁新，周少华

(铜陵国星化工有限责任公司，安徽 铜陵 234000)

0 引言

全球经济下行叠加新冠肺炎疫情的常态化，给企业的生产经营带来严重的挑战。因此，企业需要不断进行内部挖潜，降本增效，提高经济效益，才能在已趋白热化的市场竞争中保有立锥之地。在复合肥加工企业生产过程中，设备是企业资产的重要组成部分，如何使企业各类设备高效正常运行，挖掘设备潜力给企业降本增效，逐渐成为重要的课题。设备管理是企业生产经营中的重要一环，设备技术改造及创新是设备管理的重要手段，可以为企业降本增效，提升产品质量，降低劳动强度等为企业经济效益。

笔者整理了近年来自身在生产设备管理实践过程中的一些实践，介绍了企业设备管理及技术创新的具体做法，给企业降本增效管理活动提供一些借鉴。

1 不断推进机械设备自动化改造

1.1 码垛机器人在包装产品码盘中的应用

复合肥产品在生产加工后，一般是散装颗粒，为便于销售，需要进行包装，包装规格主要是为40 kg每袋或50 kg 每袋，也有极少量其他规格的包装需求。包装后的袋装产品，为便于转运、储存，往往需要进行码盘，即将包装后的袋装产品在托盘上以“五花”或“六花”的形式码放，每托盘码放数量为2 t，码放层数为8 层(50 kg/袋)或10 层(40 kg/袋)。

企业原系人工作业码垛，由2 名作业人员将包装好的肥料人工码垛在托盘上，然后用叉车将码好的托盘插走入库储存，劳动强度大，人工费用高。后经多方考察，了解到机器码垛设备主要是高位码垛机及机械手码垛机，而机械手码垛机应用较为广泛，使用综合评价较高，公司最终上马了码垛机器人，代替了人工码垛作业方式，减少了生产作业人员，节约了人工费用，也给企业的人员安全管理减轻了负担。如原人工码垛方式，每班需要2 人，企业采用“四班三运转”模式，合计需要8 人，每人每月工资及保险约5 000 元，每年人工费用约48 万元。码垛机器人设备及安装调试费用约30 万元，一年就可以收回投资成本，每年可为企业节约人工费用48 万元左右。

1.2 袋装产品振散机在处理结块产品中的应用

复合肥产品由于原料组成复杂、吸湿性强等原因，包装后若未及时销售，在库房内长期存储易结块。随着耕作方式机械化及科技化程度的提高，种肥同播逐渐成为主流的肥料施用方式，有研究表明[1]，将玉米种肥同播条件下氮肥、磷肥、钾肥的肥料利用率分别为40.7%、20.8%、48.0%，较常规施肥利用率有所提高。耕作方式的进步，对肥料产品的质量提出了更高的要求，产品结块会影响种肥同播机械的正常运行，会损害企业的形象，危及企业的正常生产经营。因而，对储存周期较长的产品，出现不同程度结块现象的，发货前需要进行摔包处理，使板结的肥料变得松散，以便于销售和施用。振散机投用前，企业原采用人工摔包方式对结块产品进行处理，两名工人将肥料抬至1 m 左右高度，自由落体摔下，然后翻一面重复一次；这种作业方式，工人劳动强度大，且效率低下，费用也很高。振散机主体结构是皮带输送机，输送机中部上方设置一弹性压辊，工人将结块肥料放在皮带机上一侧，肥料随皮带机运动，运动至压辊下方时，压辊对结块肥料产生向下的压力，将肥料变得松散，然后从皮带机另一侧输送出去。振散机投用后，工人只需将袋装肥料放在振散机上，机器会自动对板结的肥料进行振动按压，使其松散。

如原人工摔包处理结块产品，每吨人工费用约15 元，使用振散机后，每吨产品人工费用约为9 元，按年处理30 000 t 结块产品计算，该项措施可节约人工费用18 万元左右。

1.3 自清理滚筒筛在肥料筛分中的应用

肥料从生产线上下来是散装颗粒，为便于销售需要进行包装。为进一步提高肥料质量，在包装前需要进行最后一次筛分，以去除颗粒中粉末、机械杂质及大颗粒。企业包装工段筛分装置原为平面振网筛，平面振网筛为双层结构，上下层各五块条形筛网，上层筛网孔径为4.5 mm，下层筛网孔径为2.5 mm，筛网的振动通过布置在筛体上方的振动电机实现。然而振网筛随着使用时间延长，筛网上会结料，影响筛分效率，进而影响产品质量，此时需要对筛网表面结料进行清理。因振网筛两层之间间隙较小，约200 mm，振网筛结料不便清理，且清理频次较高，平均每班次需要清理5～8 次，每次清理20 min 左右，人员劳动强度较大。同时，随着环保要求逐渐提高，振网筛扬尘较明显的不足已不能满足使用要求。因振网筛若完全密封，则筛网清理不便；若采用快开式密封门，随着开关次数增多，密封门会很快损坏，从而失去密封效果。

经过系列考察，公司决定将该振网筛改为自清理式滚筒筛。滚筒筛结构为回转圆筒，直径约1 500 mm，长度6 000 mm，从进料口到出料口一共布置10 块筛网，筛网为方孔筛，前6 块筛网孔径为2.0 mm，将筛下粒径小于2.0 mm 的肥料颗粒返回生产系统二次造粒，后4 块筛网孔径为5.0 mm，将筛下粒径在2.0～5.0 mm之间的肥料颗粒，作为最终产品进行包装，最后粒径大于5.0 mm 的肥料颗粒由筛体尾部排出，返回造粒系统二次加工。改为滚筒筛后，筛分设备有较好的密封效果，现场扬尘改善显著，生产环境有很大改善。且经过技术创新，滚筒筛设置了有效的从动式毛刷自清理装置，基本不用人工清理，既能保证密封性能又能满足筛分需求。该举措可减少4 名清筛作业的作业人员，每年可节约人工费用20 余万元。

1.4 振动电机在清理管道结料中的应用

复合肥生产过程中有大量的设备连接溜槽、除尘管道，由于复合肥原料(尿素、磷酸一铵、氯化铵、硫酸铵等)品种较多，原料溶解度各异，按生产配方配伍后混合溶解度更低，粘性更强，特别容易粘结在溜槽及除尘管道上，若不及时清理会造成堵塞，造成停产及跑冒滴漏，影响装置连续稳定运行，造成生产现场环境较差。清理则需要停车，一般每周需停车清理3～4 次，每次停车1～2 h，一则损失产量，二则增加人工清理费用。

经周密设计，在易结料处安装振动电机，并将所有振动电机控制系统集成在一起，设置为自动振动模式，每隔10 min 10 s，管道上粘附的物料就会脱落，不会造成越结越多的情况，也避免了频繁停车造成的产量损失，减少了人员清理费用。据统计，该措施实施后，每月非计划停车时间可减少20 h 左右，可增加产量500 t 左右。

2 积极采用新型设备

随着复合肥行业的发展，复合肥配套设备也日新月异，新设备在节能降耗、减员增效方面无不产生积极作用。

2.1 粉体流冷却器在复合肥冷却过程中的应用

复合肥生产原料为氯化钾、氯化铵、硫酸铵、磷酸一铵、尿素等，上述原料吸湿性均较强，混合制作成复合肥颗粒后，其吸湿性更强，导致肥料颗粒具有较强的吸湿结块现象。为缓解产品结块现象，就需要在其他方面做得更好，以抵消吸湿性造成的结块倾向。比如降低产品的包装温度，特别是夏季，较低的包装温度可以明显改善产品结块情况。

企业原有成品冷却装置是两级流化床冷却器，每一级冷却器配备一台鼓风机，使肥料颗粒在流化床内达到流化状态，同时进行热量交换，降低颗粒温度，同时配备一台引风机，对颗粒进行除尘，并带走换热后多余的热量。因为肥料吸湿性较强，在鼓风机进口需要设置空气加热装置，一般需要将空气温度加热到高于环境温度5 ℃左右，降低空气相对湿度，避免流化床内肥料颗粒吸湿潮解。如此，冷却系统配备两台引风机、两台鼓风机，及空气加热装置，电能及蒸汽消耗较高，且高温季节由于空气需要加热以降低相对湿度，冷却效果不理想(不能控制产品包装温度小于40 ℃)。

随着技术进步，越来越多的新型冷却设备被研发出来并用于肥料产品的冷却，粉体流冷却器就是一种新型的冷却设备。粉体流冷却器自上而下设置进料仓、冷却板组(根据实际产能及冷却需求设置冷却板组数量，我公司经设计采用了两层冷却板束)、放料皮带机，肥料颗粒自上而下通过冷却板组，冷却水自下而上在换热板内部流动，进行间壁逆流传热，将肥料颗粒温度降下来，同时设置有冷却水循环系统及粉体流料位控制系统。冷却水循环系统主要是将冷水输送至传热板，与肥料颗粒进行间壁换热，降低肥料颗粒温度，并将热交换后温度上升后的水送至冷却塔降温，便于再次输送至传热板给肥料颗粒降温。粉体流料位控制系统是在进料仓设置料位传感器，将其信号与底部放料皮带机连锁，根据料位传感器信号控制放料皮带机速度，使冷却器内物料均匀通过传热板，获得较为理想的冷却效果。将流化床冷却器改为粉体流冷却器后，冷却效果显著降低，同时节约大量电能。技改前后工艺路线如图1 所示。

图1 冷却系统技改前后工艺流程图

技改前流化床冷却系统有两台鼓风机、两台引风机，合计功率为480 kW，技改后改为粉体流冷却器，仅一台循环水泵及凉水塔风扇耗能，功率约60 kW。按电机效率80%，开车率85%，电费0.7 元/kW·h，则每年可节约电费：(480-60)×0.8×0.85×365×24×0.7=1 751 299.2 元，即175 万元左右。

3 优化作业流程

3.1 废料返料系统

复合肥产品琳琅满目，品种繁多，企业生产过程中需根据市场需求不断进行产品品级转换(如将NPK养分配比由16-16-16 转换为25-10-5)，转换过程中会产生部分不合格品(主要是养分不合格，距转换前后产品养分均不合格，养分合格指标见GB/T 15063—2020《复合肥料》[2])，不合格品统一储存在半成品库内独立区间，以免造成成品质量不合格，这些不合格品需要返料再加工，形成合格品后再包装销售。不合格品再加工，需要将不合格品由半成品库转运至原料库，在原料库内通过相应设备返料进生产系统。我司半成品库和原料库距离有200 多米远，每次将不合格品转运到原料库都需要用车辆进行短倒，这就产生了大量短倒运输费用。经过合理规划，在半成品库增加料斗、皮带机和斗提机，将不合格品直接输送至包装工段返料皮带机上(利旧)，直接回炉再加工，省去了不合格品在半成品库和原料库之间短倒运输的过程。具体流程如图2 所示。

图2 废料返料系统示意图

效益测算：每月转换产品次数为8～10 次，按平均9 次计算，每次转换会产生不合格品40～60 t 不等，按平均50 t 计算，则每年转换产品产生不合格品约5 400 t。每吨短倒费用约5 元，则每年可节约短倒费用27 000 元。

3.2 产品直包系统

3.2.1 直包系统

企业复合肥包装流程原为：生产系统加工的肥料颗粒经过皮带输送机，分布至半成品库相应库区，有产品包装需求时，根据工艺师要求，将不同库区的颗粒用铲车上料至加料斗，再由加料斗下方皮带输送机输送至包装车间进行包装。

产品直包指生产系统加工的复合肥颗粒不再落入半成品库配包，而是进入包装车间直接包装。直包改造具体流程是，在入半成品库皮带机上增加了二分阀，在包装工段增加了一台斗提机，生产的散装产品通过二分阀进入新增斗提机，直接输送至包装工段料仓进行包装作业，不再进入半成品库。该措施一方面节约了大量的铲车费用及人力资源费用，另一方面也减少了半成品库铲车上料过程中泼洒浪费的产生，杜绝了上料过程中的扬尘，改善了半成品库的现场环境。此外，该措施可以避免肥料在半成品库内长期散装堆放，从而免于产品吸潮粉化，改善了产品质量。流程打通后，企业制定了合理的产品直包管理制度，狠抓落实，该措施实施以来，生产状态稳定，产品质量能得到有效控制。

3.2.2 效益核算

(1)铲车费用

原包装流程需铲车上料，按年包装量20 万吨计，铲车上料吨成本2.7 元，此项成本约为44 万元，施行直包作业后，该部分费用基本可节省下来。

(2)多产生废料成本

原包装流程，半成品入散装库，半成品在库内因吸潮、泼洒、粉化等原因，每年会产生废料1 000 t 左右。废料如果变为成品，按100 元/t 计利润，多创造利润约10 万元；同时废料产生的二次加工费用为122.5 元/t(水电汽、防结剂/粉、维修成本等)，则二次加工成本=122.5×1 000=12.25 万元。

少产生废料带来的经济效益约为22.25 万元。

(3)其他效益

直包后包装返料为各班当班产生，不存在扯皮现象，可鞭策班组用心操作，提高产品产量和质量；规避了产品在散装库吸潮粉化易引起包装后产品结块的情况。

4 结语

随着市场经济的发展，化肥生产企业已进入微利时代，降低成本等于利润已得到广泛共识。科学技术进步推动着设备的更新换代，设备技术创新代表了更高的生产效率，代表着更低的生产成本，代表着核心竞争力的提高。设备技术创新及改造是设备管理，乃至企业管理的重要环节。我们要向管理要效益，就要加强生产经营每一环节的管理，要坚持设备技术创新，不断降低企业成本，提高企业竞争力。