世界轮胎工业发展已走过140余年的历史，无论是生产技术、工装检测和产品系列，均日趋完善，轮胎企业之间的技术差异也在逐渐缩小。但是作为一种传统高耗能产业，在节能环保成为全世界人类共同关注问题的今天，轮胎工厂如何有效进行节能降耗与环境治理是我们亟待解决的重大课题。

1．我国轮胎工厂目前的设计及设备中普遍存在的耗能与环保问题

作为专业的橡胶行业设计院，CGEC对轮胎工厂的各生产环节与系统有着深刻的认知和理解。基于我们多年的工程经验和业主单位的反馈，我国轮胎企业的节能环保问题主要出现在以下几个生产环节：

1.1物流系统

（1）车间布置不合理

国内轮胎生产企业往往过分单一追求产量，将“尽量布置更多的生产设备”作为一项重要设计原则贯穿于设计当中，由此会造成工艺设备的摆放不合理，各工序之间的衔接性差，物流通过预留不足，车间内交叉物流现象比较严重，最终导致生产的复杂性和生产物流成本的提高。

（2）各生产工序衔接不畅

各生产工序衔接不畅主要表现为上下工序节拍不致，上道工序生产完的制品需经过很长的存放时间才能进入到下道工序进行加工。另一种现象则是由于上道工序人机配合、人员配备等各种原因，下道工序在生产过程中物料断断续续，时紧时松。这两种现象直接导致企业在生产过程中需要设置很大的一块区域用来作为半成品的缓存区，生产能力没有得到充分利用，最终都导致了生产效率低下。

（3）各工序能力不匹配

大部分轮胎制造企业的各生产工序均存在生产能力不匹配的问题。自动化程度较高的设备或生产线基本上能够保证和控制生产能力，而自动化程度低的设备受人为因素影响突出，其生产量没有稳定性和持续性，给生产管理带来很大的困难。特别是企业内部的管理模式都是依靠人工进行管理，这给生产安排带来很大的难度。

（4）生产调度效率低下

生产调度是生产计划的执行机构，当生产企业制订出生产计划后就要靠生产调度去实施，对生产进行组织，对生产过程进行监控，管理成品等相关工作。调度是否得当直接影响企业的生产过程和生产效率。目前我国轮胎制造企业普遍存在着调度机构设置臃肿、调度手段落后、生产过程监控不力、生产过程的信息反馈不够及时等管理缺陷。

（5）信息滞后

我国大部分轮胎生产企业的信息系统不完整或者根本就没有信息系统，企业内部信息孤岛现象严重。

1.2公用工程

1.2.1硫化蒸汽系统

子午线轮胎生产中，蒸汽消耗最大的工段为硫化工段，其消耗的蒸汽占全厂的70%以上，为第一耗汽大户。

轮胎硫化采用大量的硫化机。硫化机的供汽系统目前都是采用单独的温度反馈控制技术，蒸汽凝结水的疏水基本上都是采用蒸汽疏水阀疏水或气动切断阀定时排凝结水两种方式，但是存在以下问题：

● 疏水阀或切断阀使用数量多，阀门动作频繁（一年动作次数约200万次），易磨损泄漏蒸汽；

● 阀门维修及管理的工作量非常大，且泄漏后不易检查；

● 疏水阀失效后，大量新蒸汽串入凝结水管道，导致系统闭合困难；

● 泄漏严重时，导致冷凝水回收装置不能正常工作，系统实际上处于开式状态，能源严重浪费；

● 大量排汽形成白色污染，既浪费能源又影响环境。

目前整个轮胎行业的现状均是如此，而且几十年来一直没有找到好的解决办法，只能听之任之。这样的状况亟须改变。

1.2.2压缩空气

压缩空气为橡胶工业生产过程中三种基本流体介质（水、压缩空气、蒸汽）之一，其能耗约占工厂总耗能的10%-20%。

空压机作为压缩空气系统的核心设备，是一种运行成本（主要为耗电电费）远远大于购买成本的工业设备，运行费用较高。以单台功率为250kW，排气43m³/min的中型螺杆空压机为例，购置费用为40万元左右，而其一年的耗电量（24小时*360天）约为216万千瓦时，折算成电费（以0.7元/度计）达到151万元。

在生产使用中，仅有60%的能耗用于轮胎生产，其余40%的能源消耗于泄漏与假性需求，以一个年产1000万条半钢子午胎规模的工厂为例，每年空压机能源浪费约546万千瓦时，直接经济损失约为382万元（以1kWh=0.7元计）。

因此，要解决橡胶工厂能耗居高不下的问题，对空压系统进行相应的技术改造是必须采取的工作之一。

1.2.3氮气制备

一般轮胎工厂采用传统的变压吸附法制氮，该工艺过程存在下述缺陷：

●产品N₂纯度通常只能达到99%-99.99%，纯度不高；

●制氮过程的气氮比为1:5，工况较差时，则达到1:7；

●99.99％纯度氮气的生产能耗指标为0.47kWh/Nm³，能耗指标随着氮气纯度增加而增加，装置产量增加单耗不降低；

●制氮工艺的复杂性则随氮气纯度增加而增加。

1.2.4橡胶工厂废气

由于橡胶制品生产过程中产生的热胶废气是由烷烃、烯烃、芳香类化合物、甲苯及苯系衍生物、甲基萘、乙基萘、SO₂、、甲醛、H₂S、甲硫醚、氨类等160多种有机气体化合物组成的集合体，多种化合物聚合在一起构成了热胶废气特殊的毒性和恶臭性质，正因为这种特殊性质，对厂区周边环境造成了不同程度的污染，居民投诉或闹事现象时有发生。

 橡胶行业的恶性肿瘤高发现象，也越来越引起劳动保护部门的高度重视，多项调查研究证实，在橡胶生产过程中排放的热胶烟气是造成这一现象的罪魁祸首。橡胶工厂排放的热胶烟气中含有N-亚硝基化合物及其前体物，如亚硝酸盐、硝酸盐、胺类等。一定量的N-亚硝基化合物及其前体物长期潜伏在人体内，将可能导致恶性肿瘤的发生。因此加强橡胶行业热胶烟气中有害有毒污染成分的监控和检测、开展热胶烟气治理工作迫在眉睫。

1.2.5废水处理

    相对其他化工废水而言，橡胶工厂污水污染程度较轻，水量较小，因此橡胶工厂污水治理一直没有受到足够的重视。但是伴随着水资源短缺情况的日益严重，环保排放标准的日益严苛，特别是《橡胶制品工业污染物排放标准GB27632-2011》的颁布实施，部分地区橡胶工厂污水排放化学需氧量（COD_Cr）的直接排放值（即纳管值）将由现在的300mg/L降为70mg/L，橡胶工厂现有的污水处理系统将不能满足新排放标准的要求，急需进行相应的技术提升。

2．CGEC解决轮胎工厂耗能与环保问题的设计新思路与新技术

     CGEC涉足橡胶工厂设计领域已有超过50年的历史，有着极其丰富的轮胎工厂设计经验和先进的设计理念，同时CGEC作为一家具有高度社会责任感的工程公司，对环保技术的研发与工程应用极为重视，投入了大量的人力与物力，并成立了专门致力于节能减排工程的能源事业部。

近年来，公司采取独立研发、产学研合作开发等多种模式，将多种新的设计思路和新技术应用于解决轮胎工厂耗能与环保问题。

2.1智能化物流系统

生产物流是轮胎生产企业物流的重要组成部分，高效的自动化物流系统直接关系到企业的生产效率和效益，在提高产品质量和降低成本方面有举足轻重的作用。

为了实现国产轮胎生产过程的低能耗、高效率、高精度、全自动化，赶超国外先进水平，CGEC开发出了新型轮胎工厂智能化物流系统，该系统具有如下技术特点：

（1） 实现多种集数字化、智能化、集约化、模块化、自动化于一身的轮胎制造系统。

（2）实现信息化、数字化、可视化、智能化于一体的控制技术，轮胎从密炼→压出→成型→硫化→检测→入库出库→用户使用，实现对制造系统全过程的质量和成本在线适时控制，以及信息收集、跟踪追溯生产过程中设备工艺和能源消耗情况。

2.2硫化无疏水阀蒸汽供热系统

为了有效解决硫化工段能源严重浪费的问题，CGEC同国内相关节能研究单位共同开发了“无疏水阀高效蒸汽供热系统”专利技术。该系统将外压系统的蒸汽凝结水回收到锅炉除氧器循环利用。该技术取消疏水阀，使外压蒸汽完全没有泄漏；由于回收系统为密闭式系统，不仅消除了管路的氧腐蚀，同时消除了二次闪蒸汽造成的白色污染。此外，该系统全自动运行，无易损件，从根本上解决疏水阀管理难的问题，可大大减少日常的维护及检修工作，降低生产维护及检修成本。相比传统的疏水阀技术，无疏水阀节能技术节能效果明显：

全厂的凝结水采用密闭式回收系统，比开式回收系统提高能效50%以上，既节能又可消除二次蒸汽闪蒸造成的白色污染。

采用蒸汽加氮气硫化工艺，比传统的硫化工艺节约硫化用蒸汽约30-40%。

2.3空压系统节能设计

针对橡胶行业用气特点，CGEC联合北京航空航天大学设计并研究出一系列压缩空气系统节能措施和手段：

（1）空压机群专家控制系统；

（2）空压机节能辅控系统；

（3）干燥机联控系统；

（4）气体流量计量管理系统；

（5）电力计量管理系统；

（6）空压机房设备维保管理系统；

（7）管道供气节能管理系统；

（8）冷却水循环监控系统。

由于橡胶行业压缩空气系统配置上的特点，节能空间非常大，通过采用上述压缩空气系统的节能措施和手段，可以降低能耗达20%～40%。

2.4深冷制氮技术

采用深冷制氮技术制取氮气，和传统吸附制氮相比氮气压力无波动，氮气纯度可达99.9999%，工艺复杂性及能耗不因氮气纯度的增加而增加。深冷制氮压缩空气用量同吸附制氮相比可节约50%，能耗指标则≤0.30kWh/Nm³（0.6MPa,99.999%）。

以1500Nm³/h 99.99% 氮气制造系统为例，采用新型深冷制氮技术较传统吸附制氮工艺，设备一次性投资相近，维护费用降低75%～85%，年节电超过199万千瓦时，液氮外销年收入可达70万元。

2.5一次法低温混炼胶

   
图1 一次法低温炼胶工艺过程

图 1为新型一次法低温炼胶过程，该炼胶工艺主要具有以下四种技术特点：

Ø      接班或开班对密炼室各组件蒸汽快速加热至70～80℃ ；

Ø      生产过程中冷却系统水恒温控制在50～60℃ ；

Ø      生胶（主要是天然胶）各批次打乱、切碎、造粒后混用

Ø      每车胶料密炼机排料后即进行称量，并有在线考核要求

一次法低温炼胶相对传统的多段炼胶，电能消耗降低21.7%；产能达到多段炼胶的2.3倍，且无需母胶存放，系统占地面积减小；只需使用一次隔离剂，较传统多段炼胶隔离剂的使用量降低了200%，显而易见，一次法低温炼胶是一种优质、高效、节能的炼胶生产工艺。

2.6炼胶/硫化烟气治理

     针对橡胶工厂生产有机废气的特性，CGEC联合清华大学研究人员提出了“紫外光降解+生物降解”的新型处理工艺。该工艺先利用紫外光降解技术氧化废气中难生物降解物质，将其转化为可水溶性和易生物降解性的物质。这些物质可以迅速被后续的生物降解单元去除，转化为二氧化碳。同时，由于紫外单元的预处理作用，使得生物降解工艺的处理效率大大提高。因此，其设备体积可以大幅减小，设备投资亦随之降低。

2.7污水资源化

以往厂区污水经传统的生化或物化工艺进行无害化处理，达到相应环保要求即可，而污水资源化则是在传统处理工艺基础上，引入新型的深度处理工艺，以较低的运行费用对污水进行深度处理，使其可以被重新利用。因此污水不再是单纯需要无害化处理的污染物，它已成为一种重要的“新水源”，而污水处理也不再是较高投入却仅产生社会效益的单纯环保行为。

目前污水资源化的主流核心工艺为膜分离技术，该术是利用膜元件的高效过滤功能，将污水中的污染物进行截留分离，从而得到洁净的新生水。按照技术工艺特点的不同，膜分离水处理工艺可分为连续膜过滤（CMF）、膜生物反应器（MBR）、纳滤（NF）、反渗透（RO）等，并可按照要求对污水进行不同深度的处理；而污水经上述工艺处理后，可作为绿化与冲厕、冷却循环水补充水甚至锅炉用水补给水等进行分级回用。对于生产企业而言，水资源费用的不断上涨，增加了企业生产成本，然而采用污水资源化技术，则可在解决企业污水处置问题的基础上，使污水重新得到利用，产生显著的经济效益，从而减轻企业的经济负担，增加企业在市场中的竞争实力。

2.8谐波治理工程

（1）主要谐波源

轮胎厂主要谐波源在炼胶车间及子午胎车间的压延工段，炼胶车间的密炼机为DC690V电机，双螺杆挤出机为DC440V电机，这些设备在运行过程中产生了大量的谐波，主要以5次、7次谐波为主，且功率因数很低，一般在0.45~0.55之间。照明系统也产生较多的3次谐波。

（2）解决方案

以一台270密炼机为例，电机功率为1250kW。

①根据计算，取基波补偿容量为850 kvar，安装容量1200 kvar。采用的滤波补偿方案:晶闸管动态滤波补偿装置＋APF（有源滤波器）

②变压器均选用D，yn11连接组别，对3次谐波能够起到有效的抑制作用。

③效益分析

经过无功补偿及谐波治理后，每年可节省费用总计为40万元左右。除了上述直接经济效益，谐波治理产生的间接效益还包括：延缓电缆绝缘层的老化，延长电器设备的使用年限等。因此改善密炼机电能质量问题和功率因数问题带来的效益是十分可观的。

3．CGEC轮胎工厂节能减排案例分析

2010年以来，CGEC已在多家轮胎生产企业实施多项节能减排工程，下述为部分具有代表性的工程案例。

3.1新安江5400智能化生产系统解决方案（成型到成品检验）

3.1.1成型工序：倍速链

●优势

Ø      方案成熟稳定，一次运送多条胎坯

Ø      采用托盘在输送过程中对胎坯进行保护

Ø      造价相对便宜前期投入低

Ø      可以减少立体库堆垛机的数量

 3.1.2半成品存储：立体仓库

●优势

Ø      方案成熟，系统稳定

Ø      胎坯完全做到先进先出

Ø      充分利用空间，占地面积少

Ø      造价便宜投入低

3.1.3硫化工序：OHV空中小车

●优势

Ø      方案成熟先进，现代化程度高

Ø      运行速度快，效率高，运行稳定

Ø      有效避免人工管理出错的可能性

Ø      针对硫化机时间长的特点，所需小车数量较少，节能环保

Ø      体积小巧，占用空间少，施工便捷

Ø      结构简单，维护方便

Ø      单台小车一旦发生故障也不影响生产

3.1.4成品检验

（1）修边机前竖直转向装置

√优点

•         转笼式设计，很好的保护轮胎不受剧烈撞击

•         噪音少，创造更好的工作环境

•         效率高

（2）人工修边机装置

√优点

•         摆架式设计，人工卸胎，减少冲击

•         噪音少，操作安全，能创造更好的工作环境

 （3）外观检查机

√优点

•         摆架式设计，人工卸胎

•         与修边机连接，减少转换环节，节约能源

•         可增加扩胎功能

•         可组成工作室，里面安装空调，灯光系统，大大改善工人的工作环境

 （4）轮胎的分拣

√优点

•         可精准的控制将同规格的轮胎进行分类、堆垛，自动化程度高。

•         效率高、占地面积小

•         机械手适用多种重量，抓取成垛轮胎，便于立体存储

•         节约人力资源

（5）   仓储

 用托盘式货架存储， 可多层存储 ，存储量大

 3.1.5系统工艺流程

图2   智能化生产系统流程图（成型——成品检验）

3.1.6效益分析——直接人力资源节省

（1）成型到硫化

图3 新旧模式人力资源使用情况对比

如上图所示，从成型段到硫化段采用自动化输送后，将为用户节省掉大量胎坯搬送人员和管理人员，人力资源下降76.5%，同时为实现硫化车间无人化管理打下坚实基础。

（2）成品检验

表1 新、旧模式成品检验人力资源对比

    如上表所示，采用智能化成品检验流程后，人力资源大幅降低，其中搬送工直接取消，总人力资源下降32%。

3.2硫化无疏水阀技改

2010年由CGEC负责编制完成的国内某重点轮胎公司轮胎能源优化项目获国家批准。该项目包括硫化无疏水阀技改项目和污水资源化等多个子项目。

硫化无疏水阀技改项目共分三期，现已完成二期项目共计149台的改造，二期工程处于调试验收阶段。本项目已取得了以下成果：

（1）系统能够适应并满足硫化生产工艺的要求，硫化机硫化温度稳定，硫化曲线平稳无异常，生产的轮胎达到业主的技术及质量要求。

（2）取消了老系统的所有疏水阀，硫化机排凝顺利，无滞留现象，同时使系统的维修量大为减少，降低了维修成本。

（3）低压蒸汽母管（0.55MPa）原有的六只疏水阀全部取消，实现了集中疏水。

（4）简化了硫化机操作，消除了温控曲线异常现象、原有微开热板及模套调节阀旁通补汽、开疏水阀旁通排凝等现象。

（5）凝结水可以在带背压（0.2MPa以下均可）的工况下全部回收利用，并且不需要水泵输送，系统无电能消耗。

（6）初步测试结果显示：每吨成品轮胎的蒸汽单耗由原来的1.224吨（蒸汽）/吨（成品胎）降低到0.763吨（蒸汽）/吨（成品胎），单耗降低了37.7％。

（7）除实现上述节汽率以外，凝结水显热全部回收利用，同时实现节能率12.4％。

（8）节能效益和环境效益

根据二期工程调试数据，一、二期工程投入生产后，可实现以下指标：

系统节能率为50%；预测年节能经济效益超过1400万元

年节标煤：   0.69万吨

年节水量：   12.6万吨

年减排CO₂： 1.79万吨

年减排SO₂： 96吨。

本技术在轮胎行业的全面推广，预计将为行业每年减少标煤消耗57万吨，减排二氧化碳149万吨。企业在减少环境污染，创造良好社会效益的同时，也获得巨大的经济效益，一举两得。该项目是企业实施循环经济的典型案例。

3.3污水处理工程

国内某重点轮胎公司原有污水处理系统仅是对生活污水进行简单物理过滤后回用进行冲厕等生活杂用，生产废水则未经处理直接排入市政管网中。

CGEC结合污水水质，全厂用水需求以及相关过往工程经验，确定了缺氧+好氧+多级膜分离工艺的全厂生产废水和生活污水资源化技术方案，处理量为87.5t/hr。处理后的产水分级回用至冲厕与绿化、冷却循环水补充水和锅炉补给水，具体工艺流程图如下图所示。

图4 污水资源化流程图

根据设计方案（按年开工330日计），污水资源化工程建成后，可日节水1920吨，年节水633600吨。显而易见，本项工程不仅将为轮胎公司带来可观的经济效益，减少公司生产成本，同时在国家大力提倡节能减排的今天，更为企业带来丰厚的社会效益。