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            某管樁廠的管樁生產設備的選型指導

            2021-11-19 11:09:15

            自1987年第一條PHC管樁生產線正式引入中國開始,國內的管樁行業開始了自己的發展之路,到了上世紀90年代初,大量的管樁廠紛紛投產,管樁行業迎來了發展的高峰,目前國內管樁行業十強里,如:建華管樁、三和管樁、浙東管樁、羊城管樁、宏基管樁等,都是成立于90年代。經過了二十多年的高速發展,我國的管樁行業已進入了轉型升級的階段,很多企業投入了大量人力物力對其生產廠房、生產工藝進行改造,努力往自動化、智能化轉型,減少對人力的依賴,提高廠房和人員的生產效率,不斷摸索更優的工藝布局,結合工藝技術的不斷改良,設計更科學、高效的工藝流程。

            建華管樁集團是國內最大的管樁生產企業,其在國內共有60條生產線,分布于全國各省市,也是最早開始管樁生產工藝改良、設備自動化改造的企業之一,取得了很多成果。建華管樁近年來新建的廠區參照日本管樁的布局,結合自身企業特點開發出自動化程度很高的橫向工藝布局,如安徽的蚌埠建華管樁,具有很高的參考價值。同時,其在國內的多條生產線也大力推廣泵送合模喂料的新工藝和生產設備,取得顯著的效果。三和管樁集團也是我國著名的管樁生產企業,其在全國各省市同樣有十幾家下屬企業和幾十條生產線。三和管樁在工藝改良方面,尤其在管樁養護和生產布局方面也取得了很多的成果。其在中山三和管樁新建的多層縱向循環流水布置方式,開創了一種新的管樁生產工藝布局方式,對于管樁行業的發展有積極的推動作用。

            一、H公司簡介

            H公司是一家建材生產企業,主要生產預應力高強度混凝土PHC管樁。該公司成立于1992年,是廣東省民營科技企業,中國水泥制品協會預制專業委員會的常務理事單位,是廣東省水泥制品工業協會副會長單位,是國家標準《先張法預應力混凝土管樁》和《鉆芯檢測離心高強混凝土抗壓強度試驗方法》以及廣東省地方標準《預應力混凝土管樁基礎技術規程》的起草單位。該公司在九十年代初引入日本的全套生產技術和設備,是最早一批PHC管樁的生產企業,產品規格齊全,是全國預制混凝土十強企業之一。

            目前該公司共擁有5個生產廠區,廠區內配有專用的貨物卸裝碼頭。公司具有先進的生產技術研發和管理水平,建立了市級企業技術研發中心,負責企業信息、新產品、新技術、新工藝的研究開發及其科技成果的生產轉化和人員培訓等,獲得HP-PHC 免壓蒸和耐海水腐蝕等多項國家專利和發明。產品銷售覆蓋廣東全省范圍并遠銷到海南、廣西、湖南及香港、澳門、新加坡、越南、馬來西亞等地區和國家。連續多年榮獲廣東省名牌產品和著名商標等稱號。該公司生產廠區主要位于廣東省中山市,公司占地面積18萬平方米,管樁年生產能力達1000萬米,年產值超10億元。

            H公司日常生產實行兩班倒,12小時一班,白班生產時間為6:30至18:30;夜班生產時間為18:30至次日6:30,連續生產不間斷。年生產天數300天,目前共有1000名員工,其中生產人員約700人,輔助及技術、管理人員約300人。

            二、H公司布置規劃項目概況

            H公司成立二十多年,其老舊廠區的工藝布局潛力已挖盡,無法再進行升級改造,不符合現今的發展形勢,為此,H公司計劃對老舊廠區進行重建,徹底拆除原有生產廠房,并在原址布局一條全新的生產線。

            2.1 項目設計目標

            本項目的設計目標是采用先進的生產工藝、自動化的生產設備以及最優化的物流,使綜合生產成本降低,生產人數減少,工藝緊密而流暢,生產環境舒適,符合國家法律法規等優勢。

            本項目每條生產線的設計產能為年產量150萬米,生產線每月產量為13萬米,按月生產天數26天,每天兩班倒計算,即每條生產線產量為2500米/班,按管樁平均生產長度12.5米/條計算,每條生產線產量為200條/班。根據H公司近幾年的銷售情況,結合公司的發展規劃,產品品種設計以500系列管樁為主導產品,兼顧生產400系列管樁和300系列管樁。項目設計人均日產量不得低于60米/人,目標值是80米/人。設計單位面積生產效率(年產量/占地面積)不低于100m/ m2。除此之外,項目要求適應日益嚴峻的勞動力短缺和滿足越來越嚴格的環保、安全相關條例。

            2.2 產量產品分析

            根據項目設計目標的內容,結合近幾年公司銷售情況以及管樁市場的發展,預判未來五到十年的市場走勢,并結合公司長遠發展的戰略規劃,對生產目標進行細分,分析各規格產品的產量及占比情況。對項目P-Q關系分析并判斷項目布置的方向。產品產量細分情況詳見表4-1。

            根據表4-1數據內容作出圖4-1項目P-Q圖,圖中的P-Q曲線較為“平淺”,建議將各種產品聯合在同一個總布置圖內,采用通用的輸送方式對各類產品物流運輸。

            表4-1 管樁各規格目標產量

            表4-1 管樁各規格目標產量

            圖4-1 項目P-Q圖

            圖4-1 項目P-Q圖

            2.3 項目規劃用地

            本項目的規劃總平面圖如圖4-2,項目所在廠區共有四條生產線,本項目計劃將二廠區的舊廠房及生產線拆除重建,改建新的生產廠房。本項目使用部分原有的輔助部門,如鍋爐房供汽、砂石原材料露天倉庫、辦公樓等,本項目不涉及上述輔助部門的規劃布置。二廠區改造用地近似于一塊長方形地塊,長280米,寬130米,設計布局兩條生產線,東西分布,四周和中間預留 10米道路。本項目每條生產線實際規劃用地為長125米,寬110米,面積為13750平方米,約21畝。

            圖4-2 項目規劃用地示意圖

            圖4-2 項目規劃用地示意圖

            2.4 工藝布置原則

            (1)按照先進合理、經濟適用的指導思想,采用國內外行業及相關技術領域中的新工藝、新技術、新材料及新裝備,充分挖掘利用公司現有的生產能力,盡可能提高自動化程度,減少用人,確保項目設計的科學性、先進性、合理性、適用性。

            (2)堅持高起點規劃,高標準實施原則,采用先進技術,全面提高產品質量及技術含量,增強企業的技術素質和綜合實力。

            (3)認真貫徹執行專業化協作和社會化生產的方針,更多考慮協作生產的可能性。

            (4)工藝布置按工藝流程進行,盡可能減少車間內運轉次數及運輸量,進行物流分析同時兼顧各工藝工序流程的特殊要求。

            (5)按照安全生產的要求:離心車間需要采取隔音措施,隔離并獨立出離心車間,盡量遠離操作人員密集區,以隔絕離心機高速運轉時產生的高分貝噪音和振動,為改善生產環境,符合安全生產要求。

            (6)本次規劃考慮到最大產品規格為500-125系列15米長管樁,管樁加模具總重達13噸,生產車間橋式起重機選用7.5T+7.5T雙梁雙小車系列,成品堆場行車一次吊運3條管樁,加上自動吊具自重,成品堆場橋式起重機選用10T+10T雙梁雙小車系列。

            三、生產設備選型

            3.1 設備選型的原則

            項目在設備選型時需充分考慮新工藝下的設備匹配問題,在結合產業升級的背景下,盡量選用高效、高質、節能的設備,以提高企業的生產效率、產品質量,減輕工人勞動強度,降低企業生產成本。當然,新設備還需考慮設備的成熟度和穩定性。以下對項目中涉及的主要設備、大型設備和關鍵設備進行選型分析,為設施布置設計SLP法提供設備資料。

            3.2 編網設備選型

            編網設備的生產效率瓶頸出現在機器手自動穿鋼筋的環節,目前有的設備采用單一鋼筋抓取夾具,一次只能穿一條鋼筋;也有設備采用的是一次抓取4條筋的夾具,在效率上明顯提升。以500-125AB的12條鋼筋為例:一次抓1條鋼筋的夾具,整個穿筋

            時間需要54秒;而一次抓4條鋼筋的穿筋時間只需33秒。因此,本項目選擇多筋抓取式自動編網設備以提高生產效率。按照每條生產線200條/班計算,需配置2臺編網設備/條線,共配置4臺編網設備。

            3.3 攪拌設備選型

            強制式攪拌機比自落式攪拌機的攪拌效率更高,考慮到生產線的設計產量大,因此本項目選擇4.5m3雙臥軸攪拌機以提高生產效率。按照每條生產線200條/班計算,約消耗360m3混凝土/班;4.5m3雙臥軸攪拌機,按0.7出料系數計算,每盤料出混凝土拌合料3m3,每盤料攪拌時間3分鐘,等待時間2分鐘,按每班10小時計算,則4.5m3雙臥軸攪拌機可攪拌混凝土料360m3混凝土,滿足生產需要。因此每條生產線需要配置1臺4.5m3雙臥軸攪拌機,共配置2臺攪拌機。

            3.4 喂料設備選型

            喂料設備有移動喂料車、無擋板固定喂料斗和泵送喂料設備3種,考慮到泵送喂料設備的優勢明顯,而且屬于設備自動化的發展方向,日后隨著技術的發展,在材料成本和保養成本方面相信能有下降的空間,因此,本項目選擇泵送喂料設備以提高生產設備自動化水平。按照每條生產線200條/班計算,按每班10小時有效生產時間計算,則每條生產線需要配置2臺68系列泵送喂料設備,共配置4臺泵送喂料設備。

            3.5 離心設備選型

            離心設備設計選擇更為節能、靈活的一拖一式交流變頻控制離心機設備。根據第三章介紹的離心時間,為了盡量提高生產效率,在離心質量相似的情況下每個離心速度都盡量選擇較短的離心時間,以500樁離心時間為準,總離心時間一般設為 15min,加上準備時間5min,單臺離心機生產效率為20min/條樁,按每班有效生產時間10小時計算,單臺離心機產量為 30條/班,每條生產線需要配置7臺離心機才能滿足生產需要,共配置14臺一拖一離心機。

            3.6 蒸汽養護設備選型

            (1)蒸養設備

            蒸養設備是管樁生產的能耗大戶,考慮到保溫方面,本項目選擇窯式蒸養隧道作為管樁常壓蒸養設備。窯式蒸養隧道一般設置為3.6米寬,以500樁為計算依據,每車管樁可存放7條樁,若按每條隧道3車樁計算,則每條生產線需要配置6條窯式蒸養隧

            道,占地面積為寬20米,長24米。

            (2)蒸壓設備

            常用的管樁蒸壓釜直徑有2.85m、3m 和3.2m三種,有學者對蒸壓釜與產品規格產量關系進行了研究并得出結論:若管樁產品以生產?400mm 樁為主,建議選擇直徑3m的釜;若以生產?500mm樁為主,建議選擇直徑3.2m的釜;而直徑2.85m的釜,由于其直徑小,空間利用率低,不建議使用。

            長度方面,建議選用一釜兩車的長度,一車樁的長度不利于各種長度規格管樁的靈活搭配,而三車樁及以上長度的釜等待時間太長,釜的利用效率低,因此最佳的長度是選擇兩車樁的長度,另加上0.5m的樁之間距離,因此選擇長度為29.5m,直徑為 3.2m的蒸壓釜。該規格蒸壓釜可容納46條500管樁。按照蒸壓工藝要求,每釜樁蒸壓時間約為6.5小時,準備時間約1.5小時,則每條生產線需要配置3條蒸壓釜,共配置6條蒸壓釜。

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