全球領(lǐng)先的南非特種化學(xué)品制造商采用Hydramotion在線粘度計(jì)，成功解決了生產(chǎn)工藝控制中的一項(xiàng)關(guān)鍵難題。
作為南半球最大的有機(jī)絮凝劑供應(yīng)商，該企業(yè)生產(chǎn)多種特種聚合物及化學(xué)品管理體系。在其德班工廠的生產(chǎn)線上，粘度監(jiān)測(cè)是控制水處理用聚胺類絮凝劑聚合度的關(guān)鍵指標(biāo)——這類產(chǎn)品主要用于促進(jìn)水處理過(guò)程中的液固分離。
挑戰(zhàn)：在沒(méi)有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的情況下管控聚合反應(yīng)
基于先前的戰(zhàn)略決策，該公司開(kāi)始自主生產(chǎn)而非外購(gòu)聚胺類產(chǎn)品。生產(chǎn)經(jīng)理Richard Winter回憶道：
“我們的首套生產(chǎn)裝置采用人工操作，每批次產(chǎn)量5000公斤。由于操作人員缺乏相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，尤其在試車階段，出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)極高。根據(jù)我對(duì)聚胺生產(chǎn)的了解，預(yù)估此階段廢品率可能高達(dá)50%。”
“有鑒于此，我們?cè)O(shè)計(jì)的工藝流程盡可能簡(jiǎn)化，以降低產(chǎn)生不合格品——甚至整批報(bào)廢——的風(fēng)險(xiǎn)。在公司當(dāng)前發(fā)展階段，我們還希望盡量控制設(shè)備資本支出。”
基于這一理念，公司決定在首套裝置中最大化利用現(xiàn)有資源：采用廠區(qū)現(xiàn)有小型儲(chǔ)罐存放原料，通過(guò)重力自流方式按需投料至反應(yīng)器。為減少操作誤差，每個(gè)儲(chǔ)罐均加裝視鏡以便操作人員準(zhǔn)確計(jì)量每批投料量。公司還調(diào)整了生產(chǎn)工藝，以降低單體生產(chǎn)中原料濃度波動(dòng)（主要涉及初始胺濃度）帶來(lái)的影響。
生產(chǎn)不合格品的風(fēng)險(xiǎn)
在缺乏連續(xù)實(shí)時(shí)粘度監(jiān)測(cè)的情況下，只能通過(guò)離線旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量反應(yīng)釜樣品來(lái)監(jiān)控反應(yīng)進(jìn)程。當(dāng)判定聚合反應(yīng)達(dá)到足夠程度時(shí)，需通過(guò)添加水和鹽酸終止反應(yīng)。
Richard Winter表示：”雖然這套方法可行，但其結(jié)果高度依賴操作技巧，且存在重大不確定性：樣品能否代表整體特性？我們假設(shè)可以，但永遠(yuǎn)無(wú)法絕對(duì)確定。此外，采樣后如何保持樣品溫度也是問(wèn)題——溫度下降會(huì)導(dǎo)致粘度升高，而持續(xù)聚合又會(huì)使粘度進(jìn)一步增加。”
實(shí)際操作中也存在困難：即便佩戴防護(hù)裝備，人工取樣仍可能接觸胺類和環(huán)氧氯丙烷蒸氣；在沒(méi)有泵循環(huán)系統(tǒng)的情況下，大量樣品需人工回輸至反應(yīng)釜。但最突出的問(wèn)題是：人工取樣、檢測(cè)及設(shè)備清潔耗時(shí)可達(dá)15分鐘，”在聚合反應(yīng)加速階段，這么長(zhǎng)的數(shù)據(jù)空白期極其危險(xiǎn)”。
當(dāng)反應(yīng)接近終點(diǎn)需要持續(xù)監(jiān)測(cè)時(shí)，問(wèn)題尤為嚴(yán)峻。此時(shí)若缺乏實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可能錯(cuò)過(guò)最佳終止時(shí)機(jī)，導(dǎo)致產(chǎn)品粘度超出上限標(biāo)準(zhǔn)。
Winter回憶道：”取樣需要特定技巧。尤其在反應(yīng)后期，樣品冷卻過(guò)度會(huì)形成表面結(jié)皮，此時(shí)必須重新取樣，可能導(dǎo)致長(zhǎng)達(dá)30分鐘的數(shù)據(jù)中斷。”
盡管公司嘗試通過(guò)繪制曲線圖推測(cè)反應(yīng)終點(diǎn)來(lái)降低誤差，但前10批次的實(shí)踐表明，仍可能有30%的產(chǎn)品超出規(guī)格。公司預(yù)估，即便積累經(jīng)驗(yàn)后，高粘度產(chǎn)品的次品率仍可能達(dá)10%。輕微偏差的產(chǎn)品尚可回爐處理，但若形成凝膠則徹底報(bào)廢，后續(xù)廢料處理更會(huì)加劇損失。
“我們絕不能承受這種代價(jià)，”Winter強(qiáng)調(diào)，”在線粘度計(jì)顯然是解決方案，但該如何選型？我們需要一款能直接安裝在反應(yīng)釜上的堅(jiān)固設(shè)備，無(wú)需溫控循環(huán)系統(tǒng)——這不僅涉及額外的管道、泵組和控溫系統(tǒng)安裝，更關(guān)鍵是一旦該設(shè)備故障，粘度監(jiān)測(cè)將完全失控。”
“我們理想的粘度計(jì)應(yīng)能直接集成到反應(yīng)釜，提供穩(wěn)定可解讀的數(shù)據(jù)，使生產(chǎn)波動(dòng)最小化。Hydramotion XL7在線粘度計(jì)正是這樣的設(shè)備。盡管缺乏使用經(jīng)驗(yàn)，但離線取樣系統(tǒng)的弊端已嚴(yán)重到我們必須嘗試新方案。”
立竿見(jiàn)影：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)重塑生產(chǎn)格局
首臺(tái)粘度計(jì)在反應(yīng)釜安裝后，企業(yè)立即獲得顯著成效。通過(guò)對(duì)比Hydramotion XL7與離線粘度計(jì)在所有聚胺產(chǎn)品各生產(chǎn)階段的讀數(shù)，兩者呈現(xiàn)出高度一致性。XL7每2秒采集一次數(shù)據(jù)，通過(guò)全可配置的4-20mA模擬信號(hào)和串行通訊接口（RS232/RS422/485）將粘度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至企業(yè)SCADA系統(tǒng)。
Richard Winter回憶道：”我們成功將原始粘度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵控制參數(shù)，確保產(chǎn)品始終符合規(guī)格。”
“設(shè)備獲得操作人員高度認(rèn)可。聚合階段的工作負(fù)荷大幅降低，使他們能更專注于工藝控制。這為團(tuán)隊(duì)實(shí)施’多技能培養(yǎng)’計(jì)劃創(chuàng)造了條件，為未來(lái)擴(kuò)展產(chǎn)線奠定基礎(chǔ)。不合格品率迅速降至1%以下并保持至今。更令人驚喜的是，借助該粘度計(jì)，我們部分聚胺產(chǎn)品成功獲得NSF認(rèn)證。”
隨著業(yè)務(wù)擴(kuò)展，企業(yè)新建計(jì)算機(jī)控制的聚胺生產(chǎn)線，單批產(chǎn)量從5,000公斤提升至20,000公斤。新產(chǎn)線配置XL7粘度計(jì)后，不合格品率始終趨近于零。該設(shè)備卓越的長(zhǎng)期可靠性驗(yàn)證了當(dāng)初選擇的正確性——運(yùn)行數(shù)年間幾乎零維護(hù)需求。
Winter表示：”自安裝以來(lái)設(shè)備始終穩(wěn)定運(yùn)行，至今未出現(xiàn)需重新校準(zhǔn)的顯著漂移。這些粘度計(jì)已連續(xù)無(wú)故障工作多年。”
企業(yè)的售后體驗(yàn)同樣令人滿意：”曾有反應(yīng)釜內(nèi)部支架脫落損壞探頭，Hydramotion提供了高效且經(jīng)濟(jì)的專業(yè)服務(wù)。”
XL7提供的持續(xù)實(shí)時(shí)粘度數(shù)據(jù)還為工藝優(yōu)化帶來(lái)新視角。雖然當(dāng)前產(chǎn)線已滿負(fù)荷運(yùn)行，”但建立的數(shù)據(jù)庫(kù)足以支撐我們利用粘度數(shù)據(jù)進(jìn)一步優(yōu)化工藝流程。”
Winter總結(jié)道：”這款’安裝即忘’的設(shè)備，成功將聚合生產(chǎn)從經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。Hydramotion粘度計(jì)是我們生產(chǎn)工藝中最重要的單項(xiàng)改進(jìn)，持續(xù)保障產(chǎn)品合格率并降低損耗。”
