（华东）高温硫化半钢子午线轮胎外观质量缺陷的原因分析及解决措施

(上)橡胶行业节能技术和设备介绍来源:中国化工信息网 2007 年 8 月 3 日0 前言橡胶行业是国民经济中消耗能源较大的行业之一，一个年产 100 万套轮胎的传统轮胎企业每小时消耗蒸汽约 40 t，消耗电量约 7000 kWh。目前轮胎企业用机械式轮胎硫化机硫化 1100R20 子午胎时，根据轮胎硫化机采取节能措施情况，每硫化一条轮胎可消耗蒸汽约 110-180 kg。因此，减少能耗，节约能源，降低生产成本，一直是橡胶企业所关心的问题。研究开发节能型橡胶加工设备及利用节能技术改造设备，提高设备使用性能，是目前降低橡胶行业能耗的主要措施之一。由于我国国民经济整体生产水平比较落后，属国际上能源消耗大国，也是能源浪费大国。为此中央提出在“十一五”期间降低能耗 20%。橡胶行业响应中央号召，为实现中央降耗目标而努力，多年来开发了不少行之有效的降耗节能设备和节能新措施，为橡胶行业的节能降耗工作作出了贡献。为便于了解行业节能技术情况，根据个人水平将有关资料收集汇总如下，供同行参考。1 炼胶设备节能措施炼胶是橡胶加工中消耗电能最多的一道工序，一台 F270 密炼机的装机功率达 1000-1500 kW，因此做好炼胶设备的节能工作极为重要，在设计新机型和提高使用效率方面，出现了许多好经验。1.1 提高密炼机转子转速和压砣压力提高密炼机转子转速和压砣压力可以提高生产效率，节约电能。当采用过去压砣对物料压力0.2 MPa，转子转速 20 r/min的 250 L 低压低速密炼机炼胶时，每千克混炼胶能耗高达 0.25-0.35 kWh；而当采用压砣对物料压力0.45 MPa，转子转速40r/min 的 270L 高压快速密炼机炼胶时，每千克混炼胶耗能 0.1173 kWh。因此，每加工 1000 kg 混炼胶，至少比老式密炼机要少消耗 100 kWh 电能。国内过去大量生产的低压低速密炼机如果不进行改造，就应该淘汰，推广采用高效节能密炼机，以减少电能消耗。1.2 利用智能密炼机控制系统节能青岛高校软控和浙江大学共同开发的两栖智能密炼机上辅机系列利用统计学理论、人工智能和专家系统，解决混炼质量的波动。智能密炼软体由混炼生产过程延模、门尼预报与排胶控制、炼胶工艺优化和混炼专家系统组成。密炼机安装使用该系统后，在正常工作和混炼规程不变，原材料质量稳定条件下，同种胶料门尼值波动2(M 100H4)实现的概率在 95%以上，3(M 100H4)实现的概率在97%以上，5(M 100H4)实现的概率在 99%以上，炭黑分散度提高 1 个等级以上，混炼时间和能耗分别减少约 7%和 11%左右。华南理工大学 MLJ-300 型密炼机微机智能控制系统用于 F270 密炼机时，可提高炼胶效率 20%，并提高胶料合格率。1.3 变速混炼工艺节能将密炼机混炼工艺调整到最佳点，充分利用输入的能量同样可以节能。山东威海三角轮胎公司有 3 台 GK400、5 台 GK255 密炼机，其中 4 台为串轴式 ZZ2 转子直流无级调速密炼机，在智能控制仪自动控制下进行变速混炼，在排胶温度、门尼黏度相当的情况下，可以提高综合效率 22%左右，节能 8%。变速混炼对硫化胶的物理机械性能和硫化性能基本没有影响。因此，采用直流电机变速混炼工艺混炼胶料时，胶料质量稳定，效率高，节能。1.4 采用新型转子提高混炼效率不同结构的转子对混炼效率、混炼质量具有重要影响。目前有一种以分布混炼功能为主设计的凸棱功能型 NST 转子，可使胶料在混炼室内快速轴向变换，增强混炼功能。F270 密炼机使用 NST 转子后，可以提高混炼均匀性，如以合成胶为主及以天然胶为主的胎面混炼胶的 ODR 值标准偏差分别降低 28%和 69%左右，生产能力分别提高 14%和 10%左右。另一种新结构 6WI 型转子具有 6 条凸棱、3 条长棱、3 条短棱，在 3 条长棱的前、中、后部位交替开有缺口，使胶料流动复杂化，可减少炼焦时间 12%，增加填充量 1.2%，提高生产效率 13%。2 高效节能新设备2.1 销钉机筒冷喂料挤出机作热炼供胶橡胶挤出机从普通热喂料挤出机和冷喂料挤出机发展到销钉机筒冷喂料挤出机是橡胶挤出机发展史上的一项重大成就。由于销钉机筒冷喂料挤出机具有节能、产量高、胶温低、总体投资省等诸多优点，目前已在许多挤出生产工艺中取代了热喂料挤出机和一般冷喂料挤出机，并取代开炼机热炼焦料用作压延机供胶方向推广应用。根据山东泰山轮胎公司改造 6101730 压延机供胶系统的经验，当用 2 台 15012D 销钉机筒冷喂料挤出机加一台 560开炼机取代 5 台 560 开炼机时，每班可减少 5 名操作人员，每班可节电 800 kWh，年可节约人工费和电费 40 余万元。传统的钢丝帘布压延机供胶系统用 4 台 6602130 开炼机供胶。2003 年青岛黄海橡胶集团和安徽合肥佳通公司采用内蒙古富特橡塑机械公司的销钉冷喂料挤出机取代开炼机作为钢丝压延机的供胶系统。该系统由混炼胶片供料系统和 2 台 200 销钉冷喂料挤出机等组成，必要时可另加 1 台 6602130 开炼机出片供胶。2 种不同供料方式的对比数据如表 1 所示。表 1 用销钉冷喂料挤出机和开炼机向钢丝压延机供胶时的比较项目 200 销钉冷喂料挤出机 6602130 开炼机台数 2 4单台设备功率/kW 280 280合计总功率/kW 560 1120单机外形尺寸/mm 580016001820 7240340021602 台销钉冷喂料挤出机可由 1 人操作，而 4 台开炼机则要 6-8 人操作，占地面积大，投资费用高出 30%-40%。二者相比，采用销钉冷喂料挤出机可减少装机功率 560 kW，若添加 1 台开炼机，仍可减少装机功率 280 kW。根据德国 Berstorfs 公司资料，用 2 台 200 销钉冷喂料挤出机取代 4 台 6602130 开炼机向 7001800S 型四辊纤维帘布压延机供胶时，得出了可节能 40%和减少占地面积 75%的结论。由此可以看出，用销钉冷喂料挤出机取代开炼机向压延机供胶具有明显节能的优点，但目前国内由于存在工艺方面的分歧，推广使用有限，应予研究解决。2.2 高效工程胎胎面挤出缠绕成型机在成型工程轮胎时采用传统方式贴合胎面时是一项繁重而复杂的操作，不但劳动强度大，效率低，且贴合质量差。采用工程胎胎面计算机仿型挤出缠绕生产线挤出缠贴胎面节能高效。以山东泰山轮胎公司为例，在成型 23.5-25 工程胎时，若用整条胎面贴合成型，每班 4 人成型 7-8 条胎，而用仿型挤出缠绕成型胎面时，每班 3 人成型，12-14 条胎，劳动效率提高 1 倍以上，能耗少，人员少，产品合格率提高 2.5%，降低了产品生产成本。2.3 高效六角形钢丝挤出缠绕生产线传统的子午胎六角形钢丝圈挤出缠绕生产线一次只能缠卷成型 1 个六角形钢丝圈，效率较低。天津赛象和上海康旭公司在吸取引进技术的基础上生产了可同时缠卷成型 2 个六角形钢丝圈的双工位六角形钢丝圈挤出缠卷生产线，生产效率提高了 70%。2006 年年初，无锡第一橡塑有限公司与普利司通合作，生产了可以同时成型 6 个钢丝圈的 6 工位六角形钢丝圈挤出缠卷生产线，其生产效率至少是单工位的 4 倍。轮胎企业在达到相同产量条件下，高效生产线可节约设备投资，减少占地面积，节能。6 工位生产线目前仅用于普利司通惠州工厂。2.4 子午胎高效多鼓成型机为提高子午胎成型效率，子午胎一次法成型机从两鼓机发展到三鼓机和四鼓机。天津赛象、桂林橡机、北京航空制造工程所、青岛高校软控和沈阳蓝英等企业的三鼓成型机的台班产量可从两鼓机的 50-60 条胎提高到 120 条胎，但价格是两鼓机的 1.7-2 倍。四鼓机的成形效率为 130 条胎左右。国产全钢载重子午胎四鼓成型机由于观点和技术等原因，发展迟缓，目前国内轮胎企业使用的主要从 VMI 公司进口的四鼓机。VMI 公司的轿车子午胎四鼓成型机 35 s 即可成型 1 条单层帘布、冠包侧结构的轿车胎，台班产量可达到 700 多条胎。2.5 新型高效内胎接头机绍兴精诚橡塑机械公司在生产传统内胎接头机的基础上开发了新型 LNJ-D320 内胎接头机，改进了切割方式和模口结构。机器切刀从前向后呈水平切割，切割后切刀下降，内胎胎体进行对接，在对接过程中切刀复位，节省了切割和接头的时间，保证切割面新鲜，提高接头强度。经过改进的模口使内胎胎坯在模口内有一定的舒展空间，保证足够的接头压力。新型接头机可使产品合格率达到 99.2%以上，班产量从普通接头机的 400 条左右提高到 6-00 条，生产效率提高了 50%。2.6 纸塑再生利用平板机由于纸塑包装材料的大量应用，给环保工作提出了如何再生利用废纸塑材料的问题。上海迪胜橡塑机械有限公司研究成功了可将废纸塑生产成取代木材的包装、家具及装潢用材料的成套生产设备，其中 10-15 层、800-1600t 的油压热平板机和冷压机是关键设备。该设备的研发成功，可推进废纸塑包装材料的回收利用，有利于环保和节能。(下)橡胶行业节能技术和设备介绍3 轮胎硫化系统的节能硫化轮胎是轮胎生产过程中消耗蒸汽能源的主要工序。轮胎硫化机蒸汽能源的消耗受硫化机结构及硫化工艺的制约，且轮胎硫化机是定型产品，因此硫化机本身的节能潜力有限，但硫化机在轮胎企业的使用中，通过不断摸索，积累了不少节能经验。3.1 新硫化工艺3.1.1 氮气硫化所谓氮气硫化是蒸汽加氮气硫化，蒸汽加热提供热能，氮气保压节能。因此，氮气硫化高效节能，降低生产成本，提高胶囊使用寿命，减少设备维护修理费用。采用氮气硫化轿车子午胎时，先用 0.13-0.3 MPa 蒸汽定型，而后充入 1.4-1.8 MPa 高压蒸汽提供热量进行硫化，数分钟后充入 2-2.5 MPa 高压氮气，在正硫化期间保持压力至硫化结束。北京首创轮胎公司 20 台硫化机采用氮气硫化 1 年以来，多产轮胎 16万条，新增产值 3400 万元。四川川橡公司在子午胎充氮硫化的基础上，在轻载斜交胎的硫化中也使用了氮气硫化，但根据子午胎与斜交胎胎圈宽度和冠厚的差异，需调整硫化工艺参数。采用该工艺硫化 7.50-1616PR 轻载斜交胎时，在不回收氮气的情况下，硫化每条胎至少可以节约1.79 元。氮气硫化技术日趋成熟，桂林橡机厂和北京合众创业技术公司等可提供适用氮气硫化的轮胎硫化机和供氮系统，并可提供老机改造服务。目前，氮气硫化虽具有节能等诸多优点，但主要用于胎体较薄的轿车子午胎的硫化。在载重子午胎硫化中如何推广使用尚需继续摸索和研究。3.1.2 等压变温硫化工艺由桂林橡机厂提出的等压变温硫化工艺与上述氮气硫化具有异曲同工之处，其工艺是在轮胎用定型蒸汽定型后，在 1min 内缓慢充入 1.4-1.6 MPa 高压蒸汽，保持若干分钟后充入一次过热水，将热水与高温蒸汽混合，热水循环若干分钟，内温和内压达到过热水的温度和压力，开始硫化。此时关闭热水回水阀，热水停止循环，轮胎逐渐达到正硫化，保压至硫化结束。关闭热水循环后，内温渐降。由于在轮胎硫化过程中大量减少过热水循环运用时间，通过节约热水而节约热能和电能，降低生产成本。用该工艺硫化10.00R20 轮胎时，消耗过热水由原来 5.25 m3/锅降为 2.5m3/锅，电能消耗仅为原来的 30%。此外，由于调整了硫化工艺，从而可提高产品硫化质量。据统计，行驶里程可提高 5%-10%，生产能力提高 10%-15%。该工艺在上海载重轮胎厂等单位推广使用。3.2 B 型轮胎硫化机改用真空泵抽真空通常 B 型轮胎硫化机的胶囊用 0.8-0.9 MPa、200过热蒸汽通过喷射器抽真空，根据河南风神轮胎公司对 1613(63.5)硫化机的测定，每台硫化机用于抽真空的蒸汽消耗量约为 0.03 t/h，36 台硫化机共消耗 1.08 t/h，年抽真空耗汽量达 9000 多吨。每吨蒸汽按 55 元计算，年耗蒸汽费用 50 多万元。为节约蒸汽，公司对该车间硫化机胶囊蒸汽抽真空系统进行了改造，在热水除氧站增设 1 套由 1 台 37 kW 水环式真空泵(一台备用)，1 台 3 m3 真空罐和 1 台自吸式真空罐排水泵组成的抽真空系统，以取代原胶囊蒸汽喷射抽真空系统。新的抽真空系统可将表压抽至 0.4-0.7 MPa，将胶囊中抽除的汽、水送至真空罐经排水泵送到锅炉除氧器。项目改造费用 27.5 万元，年需电费 10 万元。改造后每台硫化机日耗蒸汽从 110.35 t 减至 73.46 t，36 台硫化机年节约蒸汽16000 t，计 88 万元。减去 10 万元电费，年降成本 78 万元。3.3 改造硫化机外压蒸汽冷凝水外派方式和冷汽利用目前轮胎硫化机外压蒸汽冷凝水排放有针形阀排放、传统输水器排放、节流孔板排放和 PLC 定时排放等多种方式。根据重庆佳通轮胎公司资料，该公司 63.5老硫化机用阿姆斯壮疏水器排放冷凝水，一些 65新硫化机用有无节流孔板由 PLC 无定时(常通)排放冷凝水。根据公司的计算和实测，利用有孔板无定时排放冷凝水比无孔板定时排放冷凝水更浪费蒸汽。当无孔板作常通排放时，浪费蒸汽更多。通过摸索确定排放时间，最后统一为 AV 3#电磁阀排 12 s 停 5 s 的程序，满足工艺要求。通过对公司 B 区 18 台硫化机冷凝水排放系统的统一改造，可节约约 30%的蒸汽。根据广州华南橡胶轮胎公司的经验，在生产规模扩大后，将数量庞大的轮胎硫化机群外排冷汽用作溴化锂吸收式制冷机的能源。该公司大胎硫化机外温蒸汽排放量为 8-10 t/h，压力 0.3-0.35 MPa，用于单效溴化锂制冷机。小胎硫化机外温蒸汽排放量为 6-8 t/h，压力 0.6-0.7 MPa，用于双效溴化锂制冷机。制冷机的冷凝水回收利用。2 台溴化锂制冷机每年可节电 535 万 kWh，节约电费约 300 万元，改造投资回收期约为 1.5 年。3.4 新型节能轮胎硫化设备3.4.1 电动螺旋式轮胎硫化机青岛科技大学一改传统轮胎硫化机的结构形式，提出了电动螺旋式轮胎硫化机设计方案，通过 42工业中式样机后开发了63.5电动螺旋轮胎硫化机，经生产考核满足生产要求。硫化的子午胎经山东橡胶轮胎质量检验测试中心检验测试，各项指标符合要求。电动螺旋轮胎硫化机的钢材消耗和生产成本分别比曲柄连杆式硫化机降低 65%和 35%，比液压硫化机降低 25%和 65%。机器运转平稳，对中度高，维护检验方便。3.4.2 轮胎硫化机组轮胎硫化机组具有许多技术经济优越性，原苏联 BIIM-2-200 硫化机组与 55，轮胎硫化机相比，设备投资减少 24.5%，节约钢材 66.2%，减少占地面积 40%，电机总功率减少 80%，操作人员减少 50%，节能 50%。目前，上海精元机械公司正在开发 63.5轮胎硫化机组，若能投产成功，将为轮胎硫化闯出一条书能新路子。3.4.3 节能轮胎硫化机目前轮胎硫化机外温加热有热板加热和蒸锅加热 2 种形式，而设计良好的热板加热的轮胎硫化机，在开模时可减少热能损耗。因此，轮胎硫化机有向采用热板加热的方向发展的趋势。最近桂林橡机厂为普利司通生产的 117大型轮胎硫化机也采用了热板加热的形式，打破了热板加热只适用于小胎硫化机的传统观念。据介绍，采用热板加热可节约热能 50%。此外，在硫化轿车子年胎时，建议采用液压硫化机，在提高轮胎硫化机质量的同时，也可节约、提效 10%以上。3.5 热电联产橡胶工厂将每吨生胶制成成品轮胎，需消耗电能 1400-2200 kWh，消耗蒸汽 4-12 t。对于规模相当的轮胎企业经分析，可以采用热电联产技术节能。热电联产是热能梯形利用技术，将锅炉产生的高压蒸汽通过汽轮发电机发电，发电后的蒸汽变成适合硫化轮胎所需的低压蒸汽供轮胎硫化机使用。目前已有部分轮胎企业采用了热电联产技术，安徽佳通轮胎公司在 5 年前安装了 1 台 6000 kW 背压式发电机组和 1 台 6 000 kW 抽汽凝汽式发电机机组，每天发电 17.5 万 kWh，按当时情况每天可减少 7 万元生产成本，全年减少 2450 万元左有，而发电机投资仅为 2000 万元，可见效益明显，节约能源。目前，南京、青岛等地产热电联产汽轮机可供选用。根据轮胎硫化机供汽锅炉供汽量的变化，河南风神轮胎公司对 1 台 20 t/h 链条锅炉的控制系统进行了改造。改造方案采用了上、下位机控制模式，通过工业以太网相连。鼓风量、引风量、给煤量通过变频器控制。燃烧控制系统分为鼓风控制、蒸汽压力控制、炉膛负压控制 3 个部分。锅炉机组控制系统经过改造后，年节电节煤费用约 50 万元，若全部改造节能更可观。采用变频器控制给煤机、炉排电机速度可有效提高燃烧性能而节能。4 高效节能力车胎设备我国是一个力车胎生产大国，2005 年生产自行车外胎 5 亿条，内胎约 6 亿条，摩托车外胎 1 亿条，摩托车内胎 1.2 亿条。因此，研究生产高效节能力车胎设备满足市场需要具有重要意义。近些年来，无锡第一橡塑机械有限公司等单位做了大量工作，开发了一套高效节能型换代力车胎设备，其中主要是成型和内胎生产设备。4.1 力车胎(摩托车胎)弹簧反包成型机这种成型机利用设在成型鼓左右两侧的弹簧反包机构可在 2-3 s 时间内交叉完成帘布反包操作，速度快，帘布反包平整无褶皱，成型质量好，劳动强度低。当成型 261.95 车胎时，台班产量可达 800 条。成型 2 层帘布摩托车胎时台班产量约达 500 条。4.2 丁基内胎接头机经过改进设计的丁基内胎接头机采用水平走刀切割方式和新型模口结构，增大接头压力，从而可提高接头强度 30%-50%，一次可接头 4 条自行车内胎，与一次接头 2 条自行车内胎的机器相比，提高效率 1 倍，降低能耗 50%。一种新型三工位旋转式内胎接头机，3 个工位程序工作。1 条内胎的综合接头时间为 6-7 s，其间约有 4 s 的对接时间，使接头处橡胶彼此进一步溶合而提高接头质量。4.3 液压框式双层内胎硫化机组力车内胎的硫化历来采用电动蚌壳式单接电动硫化机，噪音大，能耗高，维修量大。而后来开发的气动单模硫化机也无明显优越性。液压框式双层内胎硫化机组具有节能高效的明显优点。机组由 6 台双层硫化机和 1 个液压站组成，共有 12 副模具，可同时硫化 12 条内胎。内外压均用 0.6-0.8 MPa 蒸汽，以提高硫化速度。该机组是蚌壳式电动硫化机和气动式硫化机的节能替代产品，与蚌壳式电动硫化机相比具有无可比拟的优点：减少耗能63%；减少占地面积 50%；年维修工作量小，可节约维修费用 90%；节约蒸汽 30%；减少操作人员 17%；减少设备材料消耗 60%。此外，由于机组硫化工艺采用机内定型，硫化内压以蒸汽取代压缩空气，一个硫化周期可减少到 105 s，提高了效率。5 导热油加热技术的应用导热油取代蒸汽、电加热硫化橡胶制品具有明显的节能效果。导热油的最佳应用温度为 100-380，完全可以满足橡胶制品的硫化要求，目前已在少数橡胶制品生产企业应用，双得了良好的效果。根据青岛橡胶工业设计院资料，当导热油用于中型平板硫化机加热硫化时，与蒸汽加热相比，可节能 60%左右，生产效率可提高 20%。此外，由于导热油在低压下运行，运行成本低，安全可靠。用导热油加热平板硫化机加热时，可控温差为2，温度比较稳定。最近内蒙古立诚橡塑机械公司生产的 12000240 桥式橡胶水坝接幅平板硫化机采用了 3 条热油加热，其热运行成本比蒸汽或电加热降低约 1/3。导热油加热技术比较适用于平板硫化机热板的加热。6 橡胶驱动系统节能措施6.1 节电器的运用橡胶加工中大功率炼胶设备属变载运行的设备，驱动电机在变载条件运行时容易造成瞬流而产生谐波，造成瞬态高电压高电流，降低功率因素，增加损耗，降低效率。目前解决这一问题的主要方法是在驱动电机控制系统中采用节电器。杭州朝阳橡胶公司在F270 密炼机上(电机型号 YROSB1000/500-6/12，1000-500kW，6 kV)使用 HS-6K 节电器后，抑制了瞬流，消除了谐波，净化了电源，产生了良好节电效果。该公司 F270 密炼机在末用节电器时，每吨终炼胶的平均耗电量为 66.21 kWh，而在使用节电器后每吨终炼胶的平均耗电量为 60.16 kWh，减少电量消耗 6.05 kWh，节电约 10%。6.2 交流变频调速的运用国内橡胶企业中仍有大量热喂料挤出机在使用，这类挤出机大都采用整流子电机驱动，这种电机在使用中当机器有余胶重新启动时会产生大电流而烧坏电器。此外，整流子电机调速精度差，维修复杂。贵州前进橡胶内胎公司为了改造旧设备，利用交流变频调速技术改造整流子电机调速，在电机功率为 200 kW 的 XJ-200 挤出机上应用成功，可节约电能消耗 30%左右，运行稳定，几乎无维修费用。7 小结本文内容大都为有关企业实施节能措施的经验之谈，可供参考。目前我国整体能源利用率是很低的，根据参考消息的报导，我国每 1000 美元 GDP 的能源消耗量是日本的 9 倍，劳动效率仅为美国的 1/29。因此，我们尽管采取了许多节能措施，-但要达到国际先进水平，任重而道远。作为国民经济中能源消耗大户之一的橡胶行业，有责任继续开发和推广应用节能技术和节能设备，进一步降低能耗，为发展国民经济作出应有的贡献。轮胎行业气动节能技术随着我国经济的快速发展和世界范围能源危机的不断加剧，一方面，我国将进一步加强能源消耗管理，采取一系列措施限制高能耗产业，这无疑会增加轮胎企业的生产成本；另一方面，国内轮胎行业为了在激烈的市场竞争中获胜，需要进一步降低生产成本。气动节能技术不仅可以有效缓解目前企业能耗与产品成本之间的矛盾，还顺应了国家的节能政策，有着深远的经济和社会意义。1 压缩空气成本计算压缩空气成本可以采用空气压缩机的比能量来衡量。空气压缩机的比能量为输出单位体积(标准状态下)压缩空气所需的平均耗电量，其随输出压力变化而改变。空气压缩机输出压力(表压)为 0.70MPa 时，其比能量为 0.08-0.12kWhm-3，约占压缩空气成本的 81%。此外，空气压缩机运行期间还需要润滑油(约占压缩空气成本的 1%)、保养维护(约占压缩空气成本的 6%)和折旧等费用(约占压缩空气成本的 12%)。空气压缩机的输出压力越高，耗电量越大。不同输出压力下，空气压缩机消耗的能量可以用气动功率(P)来衡量：P=PaQa1n(P/Pa)(1)式中 Pa标准大气压力；Qa标准状态下的空气体积流量；P工况压力或空气压缩机输出压力。气动功率是将常温常压下的气体压缩到一定压力时所需要的功率。同一台空气压缩机输出压力不同时所消耗的能量(E)可由式(2)计算：E=?PaQa1n(P/Pa)dt=Pnln(P/Pa)?Qndt=PaVnln(P/Pn)(2)式中 Va标准状态下的空气体积；t时间。由式(2)可得，当输出压力分别为 0.63 和 0.83MPa 时，空气压缩机压缩相同体积的气体所消耗的能量之比为 0.875，也就是说当压缩空气的输出压力由 0.83MPa 减小到，0.63MPa 时，能量消耗减小 12.5%。由此可见，降低空气压缩机输出压力可以大大降低能耗。输出压力越高，通过降低压力实现节能的效果越明显。2 国内轮胎行业压缩空气使用现状目前国内轮胎行业压缩空气的使用存在空气压缩机输出压力偏高，输气管道泄漏严重、用气时间分配不合理和工作人员节能意识不强等问题。2.1 空气压缩机运行状态与设备使用压力空气压缩机的输出压力是根据轮胎生产各工艺阶段用气设备所需压力确定的，用气设备所需压力决定了空气压缩机的最大输出压力。目前，国内几乎所有轮胎企业空气压缩机的输出压力都县根据用气设备中所需压力最高的设备确定的，而对于其它所需较低压力的用气设备，则先采用减压阀减压，然后再将气体供给用气设备。以国内某轮胎厂为例，该轮胎厂生产能力为 60 万套全钢子午线轮胎，有 4 台空气压缩机，每台功率为 250kW，额定排气压力为 1.0MPa，实际输出压力为 0.85MPa，其中 2 台工作、2 台备用。据统计，2 台空气压缩机平均每天耗电约 11000kWh。现场调查该轮胎厂各车间用气设备用气压力情况如表 1 所示。表 1 某轮胎厂各车间用气设备压力(表压) MPa设备名称 所需最高用气点压力 最高用气点 气量占总气量的比例 最高用气点压力实测值 其它用气点压力成型机 0.82 很小 0.82 0.50硫化机 0.50 较小 0.75-0.80 0.50上辅机 0.60 较大 0.80 动平衡检测机 0.82 一般 0.82 密炼机 0.64 较小 0.64-0.70 开炼机 0.40 较小 0.40-0.82 帘布裁断机 0.50 很小 0.70-0.82 压延机 0.50 很小 0.60-0.74 从表 1 可以看出，该轮胎厂用气设备的用气点最大压力为 0.82MPa。虽然这些高压用气点的用气量占总用气量的比例非常小，但相对于其它低压用气点而言，这个高压力点的存在造成了大量浪费。2.2 压缩空气泄漏在实际生产过程中，压缩空气泄漏是不可避免的。一般轮胎企业在管理较好的情况下，泄漏量可以达到 20%-30%，平均为 30%-50%。泄漏主要发生点为橡胶软管接头、三联件、螺纹连接、各种快换接头、尼龙管、减压阀排气口、过滤器排污口和管网等，特别是当通往硫化车间的空气管道与蒸汽管道并行时，管道在温度高、湿度大的环境下很容易受腐蚀产生泄漏小孔。管道上不同孔径的泄漏小孔在 0.7MPa 压力下的泄漏量以及压缩机年耗电量折算(每日按 16h、每年按 251d 计)如表 2 所示。表 2 不同泄漏孔径的空气泄漏量及其相应耗电量泄漏孔径/mm 泄漏量/(Lmin-1) 气动功率损失/W 压缩机年耗电/(kWh)0.5 17 60 7351.O 68 239 29382.O 272 955 117504.0 1088 3820 47000现场调查发现，该轮胎厂各车间的空气总消耗量(包含泄漏量)大约为 53.7m3min-1，其中一台空气压缩机满负荷运行，产气量为 37m3min-1，另一台空气压缩机约 50%负载运行，产气量大约为 18.5m3min-1，产气量和耗气量基本吻合；总泄漏量为22.17m3min-1，占总气量的 41.2%。各车间具体气体泄漏情况如表 3 所示。表 3 各车间的空气管道及设备漏气量车间 泄漏量/(m3min-1) 占总耗气量的比例/%成型 7.30 13.59硫化 13.00 24.20密炼 1.70 3.17动平衡检测 0.17 0.323 节能技术通过对该轮胎厂用气压力和泄漏情况进行调查，在不影响生产设备正常运行和生产效率以及产品质量的前提下，采取了一系列节能措施，使该企业的空气压缩机节能约 40%-50%。3.1 改善空气压缩机运行状态(1)降低空气压缩机的输出压力降低空气压缩机的输出压力是节能的有效方法，降低压力的幅度取决于轮胎企业各车间设备的用气压力和用气量。对于高压用气点，在用气量不大的情况下可以通过增压泵增压满足设备需求。因此降低压力的前提是对各车间每台设备每个用气点作详细的调查，以确保降低压力不会影响正常生产和产品质量。由表 1 可以看出，该轮胎企业的空气压缩机的输出压力完全可以从 0.83MPa 调节到 0.63MPa，大约可以节省 12.5%的电费。空气压缩机额定输出压力越小，设备投资越少，生产效率越高。轮胎厂空气压缩机额定排气压力一般选择 0.80MPa。空气压缩机与用气点距离应尽可能短，输气管直径比计算值略大一些，管内气速以 15-20ms-1 为宜。根据不同设备用气量的大小和特点安装适当的储气罐以稳定压力，同时可以减少空气压缩机的启动次数。为了降低空气压缩机的输出压力，必须控制用气设备的最高压力。轮胎厂最高用气压力点一般在动平衡设备(轮胎充气压力)，载重轮胎要求压力不低于 0.7MPa，可以采用增压泵实现。对于成型机，压紧贴合气缸所需压力最高，在设计时可以选择大直径气缸，用户可以对供应商提出要求，保证最大使用压力不超过 0.65MPa。对于已有设备，可以采用增压泵满足压力要求。(2)合理分配空气压缩机开关机状态空气压缩机有 3 种工作状态：停机状态、待机状态和正常运行状态。由于泄漏的存在，空气压缩机在停机状态时仍然存在能量消耗，但此时的能耗很小；当空气压缩机处于待机状态时，其进气口关闭，设备空转，需要消耗部分能量；当空气压缩机处于正常工作状态时，其消耗的能量和生产产量成正比。目前轮胎企业的空气压缩机一般 24h 开机，基本上处于正常工作状态和待机状态。提高空气压缩机处于正常工作状态的比例可以降低产品的单位能耗。在休息期间，空气压缩机基本上都在空转，浪费大量能源，因此在休息时间可以将空气压缩机关掉，以降低能耗。另外，如果能减少空气压缩机的运行台数，则可以节省空气压缩机由于处于待机状态而耗费的大量能量。3.2 检查管道泄漏检查泄漏是堵漏的前提。轮胎企业由于用气点比较零散且数量多，因此检查泄漏并非易事。可以通过接入相关的仪表架测量泄漏量以及泄漏点大体所在的位置，但这样需要车间停止运转至少半小时；也可以通过计算估计泄漏量，即在设备不运转状态下，通过压力容器放气，根据气体状态方程推导出管道气体泄漏量(V)：V=(P1-P2/Pat)V1(3)式中 P1管路内的起始压力；P2管路内放气后的压力；V1管路和与管路相连的储气罐的体积之和。通过计算可以估计出泄漏量，但泄漏位置需要人工查找。查找出泄漏点以后，一般情况下可以成功堵住总泄漏气量的 50%-70%。堵漏之后要对泄漏点进行定期检查，以防管道或接头老化等出现新的泄漏。3.3 降低空气压缩机的待机能耗传统空气压缩机的启动电流是其额定电流的 5-7 倍，一台 132kW 电动机的启动电流能达到 968A。在如此大的电流冲击下，接触器和电动机的使用寿命大大降低，同时启动时的机械冲击容易对机械零件、轴承、阀门和管道等造成破坏，从而增加维修量和备件费用。传统空气压缩机靠储气罐对系统压力进行缓冲，用气量减少时机组自动停机，用气量增加时机组自动启动，因此为了避免机组频繁启动，只能增大储气罐的容量。变频空气压缩机的变频器具有软启动的作用，启动比较平稳，电流冲击大大减小，系统接线简化。另外，启动平稳可减小启动时的冷油粘滞阻力，对整个系统特别是螺杆压缩机的冲击大大减小。空气压缩机配备的电动机一般是标准三相鼠笼式交流电动机。当电动机连接工频电源时，其转速是不能改变的，空气压缩机只能工作在电动机的全速状态下，而生产用气量往往是波动的，用户必须按最大用气量配置空气压缩机。当用气量不是最大时，空气压缩机依然是按额定的排气量排气，系统压力就会升高，空气压缩机就会卸载，持续空载运行一段时间后就会处于待机(停机自动启动)状态。而在变频调速系统中，电动机的转速与电源的频率成正比，改变电源的频率就可改变电动机的转速，从而改变空气压缩机的排气量。控制排气量能避免固定转速带来的大量浪费。变频节能原理如图 1(略)所示。从图 1 可以看出，采用变频调速方式比传统的吸气阀调节方式节能约 40%(耗能与曲线以下的面积相等)。同时由图 1 还可以看出，采用吸气阀调节方式，即使吸气阀全部关闭、排气量为零时，动力消耗仍达 72%。在多台空气压缩机运行时，不必每台空气压缩机都配一台变频器，可以在其它空气压缩机尽量满负荷运行的情况下，采用一台变频器进行辅助调速，变频器处于平衡补偿状态，其原理如图 2(略)所示。4 结语通过对轮胎企业压缩空气使用现状进行分析，提出降低空气压缩机输出压力等节能措施，可以降低能耗 40%-50%。目前，我公司正在进行这方面的理论研究，并通过轮胎厂进行实际节能效果检验。高温硫化半钢子午线轮胎外观质量缺陷的原因分析及解决措施半钢子午线轮胎在高温硫化过程中常见的外观质量缺陷主要有缺胶、气泡、胎圈宽窄不一、胎里露线和欠硫等。本工作对此进行原因分析，并提出相应解决措施，取得了良好效果，现简介如下。1 缺胶1.1 原因分析(