现代生物发酵设备与维修管理

周俊杰

(莲花健康产业集团股份有限公司,河南 项城 466200)

莲花健康产业集团股份有限公司(简称莲花健康集团),前身是1983年8月始创的河南省周口地区味精厂,1998年8月在上海证券交易所挂牌上市,是一家关注人类对健康美味的需求,专注于传统调味品到新型健康食品的研发、生产和销售的上市企业。

近年来,莲花健康集团为确保产品质量和安全生产,以退城入园为契机,2020年3月在项城市工业园区莲花新区一期工程投资1.8亿元,总建筑面积5.5万平方米,生产工艺国内领先,配置先进的自动化、智能化生产装备,全面提升企业生产管理水平和产品质量。2021年10月建成投产,形成了年产10万吨味精、3万吨复合调味品、3万吨出口鸡精的生产规模。伴随着科学技术的快速发展,大量的新知识、新技术、新工艺和新材料不断涌现,现代生物发酵设备已不再是传统意义上的机械技术、电气技术的产物,而是机械技术、电气技术、电子技术、光学技术和数字技术,乃至软件技术有机结合的产物。对于一个现代生物发酵企业来说,没有现代化的设备维修管理技术,就不可能构建现代化的生物发酵企业。这些先进的自动化、智能化程度高的系列装备,给企业设备管理带来了新的要求,在新时代背景下,结合莲花健康集团实际情况,从现代生物发酵设备管理的实践出发,吸取有关书籍和文献资料的精华,从理论上探讨研究现代生物发酵设备管理模式和维修方法并加以阐述。研究成果对进一步推进现代生物发酵设备管理和维修技术有一定的作用,对建立生物发酵企业正常生产秩序,提高产品质量,增强企业活力有着重要的意义。

1.1 设备管理的概念

生物发酵设备既是生物发酵企业生产资料的主体,也是进行现代化大生产的生产工具[1]。发酵的目的是使微生物大量分泌抗菌素,发酵罐是一种生化反应设备,是在适宜的温度,适当的通气搅拌条件下,可以使菌种在液体培养基中大量繁殖及分泌抗菌素的设备。更换调整工装夹具,搞好设备保养,从事现场改善,对完成生产任务,保证产品质量,控制物料消耗具有极其重要作用[2]。

生物发酵设备管理是确保生产安全,设备均衡和稳定运行的关键。常言说:“工欲善其事,必先利其器,磨刀不误砍柴工”,设备管理在保证发酵生产正常运行方面起到重要作用[3]。管好、用好发酵生产设备是确保产品质量和安全的关键,是企业进行安全生产以及提高经济效益的保障。

1.2 设备管理的意义

生物发酵设备管理是以企业经营管理目标为依据,应用现代生物发酵技术理论、方法和措施,通过一系列发酵技术、管理措施,对发酵设备全寿命周期进行科学地管理[4]。

加强发酵设备管理能够保证企业正常的生产秩序,在现代生物发酵企业生产中,只有发酵设备经常处在良好的技术状态,才能保证生物发酵企业生产的正常运行。加强发酵设备管理可促进企业经济效益不断提高,由于发酵产品的生产过程是由发酵设备直接实现的,产品的产量、消耗、质量和成本在很大程度上受发酵设备运行状况的影响,因此加强发酵设备管理是实现生物发酵企业经营目标的关键环节[5]。

1.3 设备管理的任务

生物发酵设备管理包括发酵设备的购置、安装、调试、使用、维修和改造等,基本内容包括:合理地选择使用发酵设备、加强发酵设备的维护和保养、进行更新和改造发酵设备、建立健全发酵设备工作制度以及加强发酵设备现场管理等[6]。

生物发酵设备管理的任务就是要保证为生物发酵企业提供最优化的技术装备,管理、使用、修理以及改造好现有发酵设备,保证生物发酵企业生产经营活动顺利进行,充分发挥应有的生产效能,提高生产效率,降低生产成本[7]。

随着科学技术的发展,发酵生产的自动化程度越来越高,发酵设备技术状况良好是全面完成生物发酵生产任务的保证,做好对现有发酵设备的挖潜、革新和改造,实现生物发酵企业产品、工艺的更新换代和企业生产水平不断提高,对引进的发酵设备,要尽快掌握维修技术,及时解决备品配件的供应,保证其正常运转,确保发酵设备的最佳技术状况,既是全面完成生产任务的保证,又是职工健康和环境保护所要求的。

2.1 设备选择的重要性

生物发酵设备的选择与购置是实施生物发酵企业设备规划的第一个环节,也是重要的发酵设备资产投资决策工作。许多生物发酵企业往往由于这项工作没做好,造成发酵设备投资的极大浪费。发酵设备选择就是选用技术先进、经济合理和适用可靠的产品。在可能的情况下,设备型号尽可能少,如果发酵设备型号太多,就会给发酵设备维护、检修和备件管理等带来很多麻烦(如图纸、备件不统一,难以互换使用)。因此,在选择发酵设备时,要对发酵设备的性能、质量、生产企业信誉和价格等进行细致地分析和比较,并择优采用[8]。

选择发酵设备的目的是提高发酵设备和备件的互换性,降低维修费用,发酵设备型号不同,零件就不能互换,损坏后就不易修复[9]。发酵设备的统一,会大大提高发酵设备的能用性,方便发酵设备管理和维修管理工作,有利于建立设备生产企业和使用企业的联系,加强信息反馈,促进生产企业改进产品设计和提高产品质量,向使用企业提供更好的装备[10]。为做好发酵设备选择工作,生物发酵企业平时就应注意广泛收集市场货源、价格、用户使用情况和售后服务等信息,从中挑选一些可供选择的企业,并建立设备选择信息台账[11]。

生物发酵设备选择的原则是技术先进、经济合理、生产适用、结构可靠、精度性能好、便于操作维护和安全节能[12]。一定要从生物发酵企业实际出发,把发酵设备更新与现有发酵设备的改造结合起来。必须对发酵设备的效率、价格、质量、可靠性、维修性、节能性、环保性与生物发酵企业设备的相互关系和配套关系,操作要求及人机方面进行综合考虑,力求综合效能最高、寿命周期费用最经济[13]。

2.2 设备选择的考虑因素

生物发酵设备选择应发挥对现有发酵设备主要技术状况、综合效率最熟悉,对发酵设备安装、使用和维修等各项技术、经济特性最了解,对发酵设备的先进性、工作范围、工作效能、精度、质量、价格、性能和售后服务信誉等情况最清楚的优势,在选择中起主导作用,并着重对发酵设备的可靠性、维修性和安全性进行认真地分析[14]。

1) 生产率是用发酵设备的功率和效率指标进行衡量的。生物发酵企业在选择设备时,设备的生产率必须适应生物发酵企业的生产任务。计算生物发酵企业生产任务要结合生物发酵企业的生产和经营情况,考虑生物发酵企业的长远规划,同时分析生产产品市场占有率,并及时预测市场变化及发展趋势[15]。

2) 可靠性是指发酵设备的精度、准确度的保持性,备品备件的耐用性,执行功能的可靠性,操作的安全性等[16]。在衡量、比较和选择时,既要考虑设备的使用条件和环境,又要考虑设备自身性能和结构。

3) 经济性是选择发酵设备的综合指标。生物发酵企业既要考虑设备的投资费,又要考察整个寿命周期内设备的使用费。在总费用最少的前提下,实现生产量最大化。

4) 维修性是指发酵设备的维修与设备保养的难易程度。维修性能好的生物发酵设备可减少设备维修时间,降低设备维修成本[17]。维修性能好的发酵设备应具备设备系统设计合理,设备结构较为简单,零备件装配合理,设备维修时易拆装、易检查;设备的润滑性和密封性能好等。此外,还要考虑技术服务的可靠性[18]。

5) 安全性是指发酵设备对安全生产的保障性能,具有必要的安全防护设计与装置,安全性能达到规定标准[19]。

3.1 设备的使用与维护

谷氨酸发酵属于好气性,因此均要用到机械搅拌通风发酵罐[20]。机械搅拌能使空气和发酵液充分混合,提高发酵液的溶解氧,以满足微生物生长、繁殖和代谢的需要[21]。为了提高空气利用率,罐的高径比一般取2。发酵罐搅拌器一般设2～3档,其直径取罐径的1/3。一般小型发酵罐采用夹套冷却装置,大、中型发酵罐多采用立式排管或蛇管冷却装置[22]。

莲花健康集团谷氨酸发酵设备在近10年发生了很大变化,发酵产酸由原来的10%～14%提高到19%～21%;发酵罐容积由原来的60～130 m3增加到200～360 m3,发酵中用的物料也发生了一定的变化,如硫酸代替盐酸,液氨代替尿素,玉米代替大米等。谷氨酸发酵设备系统流程:高空采气塔—空压机—空气储罐—平热器—空气总过滤器—膜过滤器粗过滤—膜过滤器精过滤—低糖储罐—喷射器—维持罐—喷淋冷却器—种子罐—配料池—消油罐—油计量罐—高糖储罐—发酵罐—灭菌罐。

发酵罐体的用材全是不锈钢(304),它由罐体、搅拌棒、空气分布环、热交换装置(降温装置),轴封及联轴器、传动装置等组成[23]。它在生产中的作用是储存发酵葡萄糖液等培养基,为等电提供发酵液。现在莲花所用的发酵罐没有挡板,只有二级种子罐有挡板,发酵罐用的降温管是立式、矩形环管,安装在发酵罐内的上下壁上,它的侧面可起到挡板的作用。现在莲花采用的空气分布装置是环形空气分布器,它的用途是将输送的空气分散地进入发酵液中,这种形式比用空气管直接进入发酵液有较大优势。

为提高发酵罐的利用率,需要扩大种子培养,因此发酵车间都装有种子罐。二级种子罐的体积是按发酵罐的体积和种量比例来确定的。以200 m3的发酵罐为例,二级种子罐为20 m3,即二级种子罐的体积是发酵罐体积的10%。现在有的连消器和过去的连消塔不一样,它是利用喷射器使蒸汽和培养基均匀混合高温短时灭菌。

定期对发酵罐罐体、传动装置和蒸汽管线的安全状况检查及减速机,泵的润滑保养十分必要。发酵罐罐体和罐座不必批批检查,如果发现异常,如有泄漏现象,应予以及时修理;搅拌器、消泡浆、传动机构、联轴器、中间轴承、机械密封和排管,这些都是发酵罐内部的“零件”,如果到了定期检查的时间,可以打开人孔进行检查,确认是否有密封不好、泄漏和搅拌不灵活等现象。值得一提的是如果发现发酵异常、甚至是连续异常而无操作失误等情况,一定要下到罐内检查,确认设备是否有异常现象。对于发酵用泵需要每半个月进行一次加润滑油操作,定时检查泵有无异常声音,对轮是否损坏等。定期给减速机加油,定期进行检查减速机传动装置,尤其在减速机发生声音异常时,必须对减速机进行检查,确认是否有异常情况发生,并在记录上标明,请维修人员进行详细检查。

3.2 设备的寿命周期

生物发酵设备寿命周期是指生物发酵设备从规划设计开始,经过制造、运输、安装、验收、使用、维修和改造直至报废所经过的时间。生物发酵设备寿命周期的起点不同于生物发酵设备使用寿命起点[24]。

生物发酵设备的经济寿命是分析和确定生物发酵设备最佳折旧年限和最佳更新时机的主要依据。当生物发酵设备的物质寿命小于经济寿命和技术寿命时,只需考虑物质寿命;当物质寿命大于经济寿命和技术寿命时,则应考虑生物发酵设备的经济寿命和技术寿命。当生物发酵设备经济寿命小于技术寿命时,应选择经济寿命;当经济寿命大于技术寿命时,在国家政策允许的前提下,应根据生物发酵企业综合经济效益,确定生物发酵设备是更新改造还是继续使用。当然,这里所说的综合经济效益是指生物发酵企业眼前的利益和长远利益的结合[25]。

生物发酵设备寿命周期中的阶段划分。生物发酵设备从开始规划到报废,构成了它的寿命周期[26]。一般可以把一个完整的寿命周期划分为3个部分:第1部分为规划、设计和制造这3个阶段,这部分的工作主要在制造厂和设计制造部门进行;第2部分为安装和试车这2个阶段,这部分的工作是由使用部门或专业安装部门或制造部门或它们之间的相互合作完成的;第3部分为最后的使用和维修这2个阶段,这部分正是生物发酵设备规划和投资所要达到的目的,即生物发酵设备投入正式使用,投入的资金产生效果,并能按规划生产出产品,获得经济效益,生物发酵企业开始具备良性循环,逐步成长发展,这部分占生物发酵设备寿命周期的绝大部分。

3.3 设备的管理模式运用

3.3.1 强化管理堵漏增收

莲花健康集团通过引入化工行业成熟的“创无泄漏工厂达标”管理模式,结合自身企业实际情况,制定出《创无泄漏工厂考核评分细则》,内容包括:组织机构、基础管理和生产现场管理3大部分15项具体指标。推行创无泄漏工厂活动1年间,综合水耗下降20%,电耗下降27.1%,汽耗下降16%,维修费用下降30%,淀粉收率上升5%,精制收率上升3%。这项活动的推行,规范了设备管理制度、标准,促进了设备管理整体水平的提高,为增加总体效益、降低生产成本起到关键性的作用。

3.3.2 科技创新降低成本

莲花健康集团结合自身生产的实际,采用计算机自动控制,实施“设备备件微机化管理”运作模式。通过对各仓库的摸底,将各种必要的备品配件的规格、型号和用量科学地划分为24类4 800多种,依照使用频率合理制定库存的上下限,通过计算机设计每月购进入库计划,如果出现短缺,微机会打出报警单。这样一来,非必要库存被取消,库存数量大幅度减少,占用资金明显下降。备件库存由原来的每月750万元降低到300万元。

3.4 设备的维修管理

生物发酵设备的维修管理是对维修资源、作业和信息资源进行计划控制和组织协调,使维修严密、科学和有效地进行,并使设备的性能和有效利用率达到理想水平。维修管理有2个重要任务:1) 决定维修系统的规模和方式;2) 为了满足维修要求,对人力、财力、物力进行组织和管理工作。

设备在正常运行和闲置中都会磨损。磨损可分为有形磨损和无形磨损,有形磨损是设备在运行中由于摩擦和腐蚀等原因造成的实际上的磨损,无形磨损是由于科学技术的进步,不断出现性能更趋完善和生产效率更高的设备等原因造成的设备技术落后或设备的经济贬值。

生物发酵设备运行状态有故障状态、异常状态和正常状态之分,通常因组成设备的某些零部件失去原有的精度或性能,或零部件之间的关系失常,使设备正常工作的条件失常,导致设备不能正常运行,技术性能降低,致使生产中断。

生物发酵设备发生故障之前总会有一些征兆,我们称之为异常。设备在运行中超越了正常状态的性能参数,又尚未达到超限报警,称之为设备异常,否则为设备故障。减少生物发酵设备故障的措施如表1所示。

表1 减少生物发酵设备故障的措施

生物发酵设备维修工作是对有形磨损的补偿方法,生物发酵设备的改造和更新是对无形磨损的补偿,而生物发酵设备报废则是磨损的结果。在较长的运行时间中,为了检查设备磨损的情况和采取必要的措施来补偿发酵设备已发生的磨损,维修工作一直在进行。也可以说生物发酵设备在运行期间有2项活动:1) 通过发酵设备的使用和运行来创造价值,生产产品;2) 为了确保生物发酵生产产品的目标,以及今后有更多的生物发酵产品的产出,就必须对生物发酵设备进行维修。

生物发酵企业对设备的投资目的是为了使设备能有较长的运行时间,以达到较大的经济效益,为了及时回收资金并达到较好的收益,发酵设备维修工作是非常重要的。由于发酵设备维修活动与生产活动同时存在,并且发酵设备维修工作又是当前和今后生产活动的重要保证,因而它在发酵设备管理中占有重要地位。

生物发酵设备维修管理的目标是通过管理功能,提高维修效率,减少停机时间,设法提高发酵设备维修质量和发酵设备维修的经济性,把发酵设备维修费用和生产损失降低到最低限度,达到提高生物发酵企业综合经济效益的目的。

现代生物发酵设备管理与维修既是一项系统工程,又是生物发酵企业内部管理的重点之一。随着科学技术的快速发展以及设计能力的不断提高,设备的技术含量急剧增加。现代生物发酵设备正经历着一场巨大的变革,技术性能将进入一个崭新的发展阶段,面对先进的自动化生产装备,现代设备管理与维修技术在企业管理中也显得越来越重要。莲花健康集团结合国内外先进的设备管理理论和方法,从企业自身的实际出发,将现代设备管理方法与具体实践相结合,通过实施先进的管理模式和计算机自动控制措施,提高现有生产设备的最高限运用,坚持以效益为中心,依靠技术进步,从而提升发酵设备管理与维修技术水平,确保企业的产品质量和安全生产,使企业达到降低成本和提高生产效率的目的,实现公司自身发展的新跨越。

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