新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)的工藝設(shè)計

楊五鋒 馬定泉 張瑞琦

(輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計研究院，浙江杭州，310004)

新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)的工藝設(shè)計

楊五鋒 馬定泉 張瑞琦

(輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計研究院，浙江杭州，310004)

介紹了新月形紙機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和真空系統(tǒng)工藝流程特點。闡述了新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)典型的設(shè)備配置情況和工藝設(shè)計的一些基本原則;提出了真空系統(tǒng)設(shè)備選型和設(shè)備維護(hù)的方案。

新月形紙機(jī);真空系統(tǒng);工藝設(shè)計

隨著人們生活水平的提高，對生活用紙的需求量及品質(zhì)提出了更高的要求，近年來國內(nèi)投產(chǎn)和新上的生活用紙項目越來越多，對于生活用紙紙機(jī)新項目的工藝設(shè)計及投產(chǎn)項目的車間管理提出了更高的要求。新月形紙機(jī)由于其技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)緊湊、車速高和成紙質(zhì)量好，成為近年來新上生活用紙項目廣泛采用的機(jī)型。新月形紙機(jī)其輔助系統(tǒng)包括:熱風(fēng)氣罩系統(tǒng)，蒸汽冷凝水系統(tǒng)，真空系統(tǒng)，噴淋水系統(tǒng)，化學(xué)品系統(tǒng)等。紙機(jī)的輔助系統(tǒng)為紙機(jī)的正常可靠穩(wěn)定運行提供支持。真空系統(tǒng)作為紙機(jī)輔助系統(tǒng)之一，在網(wǎng)部和壓榨部其主要作用是脫去濕紙幅中的水分，同時還兼具紙幅轉(zhuǎn)移及毛布凈化功能［1］。壓榨真空輥利用真空脫去濕紙幅中更多的水分，可為干燥系統(tǒng)節(jié)約能耗。不同紙機(jī)對真空系統(tǒng)的配置要求是不盡相同的，到目前為止，還沒有找到一個行之有效的公式來對所有紙機(jī)的真空系統(tǒng)進(jìn)行一個理論化的計算，在紙機(jī)真空系統(tǒng)的設(shè)計和配置時一般是利用一些經(jīng)驗公式和工程實踐來進(jìn)行工藝設(shè)計。本文介紹了新月形紙機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和真空系統(tǒng)工藝流程特點，闡述了真空系統(tǒng)典型的設(shè)備配置情況和工藝設(shè)計的一些基本原則，提出了真空系統(tǒng)設(shè)備選型和設(shè)備維護(hù)的方案。

1 新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)

1.1 新月形紙機(jī)概況

新月形紙機(jī)是由流漿箱、新月成形器、真空壓榨部、揚(yáng)克烘缸、高速熱風(fēng)氣罩、卷紙部及紙機(jī)機(jī)架等組成。新月成形器是由大直徑的成形輥、毛毯、成形網(wǎng)所組成的輥式成形器，毛毯和成形網(wǎng)以近似于180°的角度包覆著高速旋轉(zhuǎn)的成形輥，漿流由噴漿口噴出進(jìn)入成形區(qū)，經(jīng)成形脫水形成紙幅，如圖1所示。

圖1 新月形成形器示意圖

紙幅的成形、脫水同時在毛毯和成形網(wǎng)之間進(jìn)行，又稱瞬間輥式毯網(wǎng)成形器，由于其成形區(qū)形似新月而稱新月成形器［2］。新月形衛(wèi)生紙機(jī)因其紙幅成形方式采用的新月成形器而得名，其優(yōu)點是紙幅在壓榨毛毯上直接成形，網(wǎng)毯之間不再需要傳遞裝置。新月形紙機(jī)有以下優(yōu)點:車速高，產(chǎn)能大，通常車速為1000～2200 m/min，產(chǎn)能50～220 t/d;脫水快速、均勻;纖維留著率高，成紙品質(zhì)好;網(wǎng)、毯的壽命長;與夾網(wǎng)成形器衛(wèi)生紙機(jī)相比，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，需要的操作人員少。新月形紙機(jī)作為高檔生活用紙生產(chǎn)企業(yè)的主導(dǎo)機(jī)型，近年來被國內(nèi)生活用紙廠家廣泛采用。

1.2 新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)流程及其特點

1.2.1 新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)流程

典型的新月形紙機(jī)的真空系統(tǒng)流程簡圖如圖2所示。

圖2 新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)流程圖

從圖2可知，新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)流程中有以下主要設(shè)備:1#真空泵 (用于真空吸水箱)。2#真空泵(用于真空壓輥)，收集水槽，冷卻塔循環(huán)水泵，過濾器，冷卻塔，真空水封槽，真空泵水封水泵，1#氣水分離器，濾液泵，2#氣水分離器，消音器，新月形紙機(jī)。

1.2.2 新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)工藝流程的特點

新月形衛(wèi)生紙機(jī)的真空使用點包括真空壓榨輥的真空室、毛毯真空吸水箱以及水平式卷紙機(jī)引紙真空［3］。由于真空壓榨輥和吸水箱的真空度和抽吸量要求不同，因此，一般采用2臺真空泵分別抽吸，1臺抽吸真空壓榨輥，1臺抽吸真空吸水箱。為了生產(chǎn)工藝調(diào)整的需要也可采用3臺真空泵，2臺抽吸真空壓榨輥，1臺抽吸真空吸水箱。為了節(jié)省真空泵冷卻水清水的用量，一般采用冷卻水內(nèi)部循環(huán)的方式，即真空泵排出的水到收集水槽，再由冷卻塔循環(huán)水泵送至風(fēng)冷式冷卻塔冷卻后 (一般在25～30℃)回到真空水封槽，再經(jīng)真空泵水封水泵送至真空泵工作液進(jìn)口，供真空泵工作用。另外，卷紙機(jī)引紙真空只在開始卷紙時使用，當(dāng)紙端卷到卷紙輥上時，就自動切斷，時間非常短暫且用量也少，因此可以在真空泵的主管線上引一條旁路直接抽真空，也可以單獨配置一臺離心風(fēng)機(jī)供引紙時用。真空吸水箱和真空壓榨輥的真空度可以通過自控排空閥來調(diào)節(jié)，以滿足紙機(jī)生產(chǎn)不同產(chǎn)品對真空度的要求。

1.3 新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)配置要求

新月形紙機(jī)的真空系統(tǒng)配置相對較為簡單，但作為紙機(jī)的輔助系統(tǒng)之一的真空系統(tǒng)，工藝設(shè)備配置的合理與否，對整個紙機(jī)的正常運行、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高以及能耗的降低有著密切的關(guān)系。真空系統(tǒng)的真空抽吸點有3處:真空吸水箱、真空壓榨輥、卷紙機(jī)引紙真空。真空吸水箱真空度:-25～-47 kPa，真空壓榨輥抽吸真空度:-25～-40 kPa，卷紙機(jī)引紙真空度:-15 kPa。紙機(jī)各個真空點的抽氣量與紙機(jī)的車速、網(wǎng)寬以及其他因素相關(guān)，不同紙機(jī)生產(chǎn)廠家對真空抽吸量的要求也有一定的差異，工藝設(shè)計時必須根據(jù)項目紙機(jī)生產(chǎn)不同產(chǎn)品時的最大真空需要量來配置真空泵。表1為4臺新月形紙機(jī)的真空配置情況。

表1 4臺新月形紙機(jī)的真空配置

由表1可見，2臺紙機(jī)配置了2臺真空泵，另2臺配置了3臺真空泵。從生產(chǎn)實踐結(jié)果來看，3臺真空泵對生產(chǎn)工藝調(diào)整的靈活性更好，但是投資稍大。

1.4 新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)工藝設(shè)計的基本原則

真空系統(tǒng)工藝設(shè)計的基本原則:盡可能滿足紙機(jī)生產(chǎn)不同產(chǎn)品時對真空度的要求，保證真空系統(tǒng)管道阻力較小，使得整個真空系統(tǒng)的設(shè)備在較高效率區(qū)間運行。以下是真空系統(tǒng)工藝設(shè)計的說明，以供工程設(shè)計和項目改造時參考。

1.4.1 真空泵設(shè)備選型

真空泵的選用，造紙工業(yè)真空元件對真空度的要求為低真空度 (102～105Pa絕對壓強(qiáng))，大型紙機(jī)上較多選用水環(huán)真空泵。水環(huán)真空泵的工作原理是采用帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心安裝在泵殼內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時會將液體拋向泵殼并形成液環(huán)，液環(huán)和轉(zhuǎn)子葉片形成容積周期變化的旋轉(zhuǎn)變?nèi)莘e真空泵［4］。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造精度要求不高，容易加工，結(jié)構(gòu)緊湊，電機(jī)轉(zhuǎn)動可以是皮帶傳動，也可以直連電機(jī)傳動。新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)真空發(fā)生設(shè)備可選用水環(huán)真空泵。水環(huán)真空泵有兩種排氣形式:一種是自帶氣水分離器的上排氣式，一種是側(cè)排氣式;在工程設(shè)計或設(shè)備定貨時需要給生產(chǎn)廠家提出采用哪種形式。圖2所示的流程為上排氣式，真空泵的工作液和抽吸的氣體經(jīng)過真空泵自帶的氣水分離器，進(jìn)行水氣分離，水經(jīng)過管道自流到收集水槽中，收集水槽中的水經(jīng)循環(huán)水泵經(jīng)過濾器送至冷卻塔，對工作液進(jìn)行冷卻，一般收集水槽水溫40～50℃左右，經(jīng)過冷卻塔冷卻后可達(dá)到25℃。真空泵工作液的量必須嚴(yán)格按設(shè)備對工作液的要求進(jìn)行供配，工作液供給量太多，真空泵的功率消耗較大，對設(shè)備的正常運行產(chǎn)生影響。工作液供給量太少，真空泵工作液的排出溫度過高，真空的效率較低。因此真空泵水封泵的流量需要根據(jù)所有真空泵需要的工作液量進(jìn)行配置，可在真空泵的工作液進(jìn)口管道上安裝流量計和閥門來控制進(jìn)泵液體的流量。如果真空泵采用側(cè)排水式，則需要做地下真空白水池地坑，并且需要在真空水封水泵前設(shè)置吸上水罐才能將真空白水池中的白水抽出送到冷卻塔。當(dāng)然這里需要根據(jù)不同的工程項目及水泵性能參數(shù)來核算泵的安裝高度。新月形紙機(jī)的真空系統(tǒng)真空泵數(shù)量較少。真空泵采用圖2流程中上排水式的方案設(shè)計較好，該方案不需要做白水池地坑，節(jié)省土建投資，并且日常生產(chǎn)中的設(shè)備維護(hù)較方便，適用單層和二層布置的生產(chǎn)車間。

1.4.2 氣水分離器和真空管道的設(shè)計選型

氣水分離器的直徑按氣流速度為2 m/s進(jìn)行核算，高度按氣流在氣水分離器經(jīng)過的時間約1．0～1．5 s換算，其作用是真空元件排出的氣水混合物盡可能地分離，避免白水進(jìn)入真空管道，從而提高真空系統(tǒng)的工作效率［5］。真空泵的主管道氣流速度可取18 m/s，一般不要超過25 m/s為宜。真空泵布置盡量靠近真空元件區(qū)域，縮短真空管道的長度，減小管道阻力損失。真空泵的上方盡可能安裝維護(hù)真空泵的起吊裝置，以便日常設(shè)備維修用。如果考慮空間較小，無法安裝起吊裝置，需要在設(shè)計時預(yù)留足夠的真空泵維修通道空間。由于真空泵噪音較大，最好設(shè)計時考慮將真空泵隔離開來，這樣可以減少車間噪音。真空泵的排氣管上可以安裝消音器，以減少排氣噪音對環(huán)境的污染。真空泵房的通風(fēng)也需要考慮設(shè)計，因為在工作時真空泵體和電機(jī)會產(chǎn)生較多熱量，這些熱量盡可能通過通風(fēng)使熱量部分散去，以保證真空泵在較高的效率下工作。

1.4.3 濾液泵的設(shè)備選型

紙機(jī)在抄紙過程中，從真空吸水箱、真空壓榨輥等濕部來的氣液混合物，如果均用真空泵排出，會在氣、液混合排放過程中產(chǎn)生如下問題:①大量浪費真空泵用于排水的動力;②真空度降低或波動;③因白水結(jié)垢縮短真空泵的使用壽命;④因白水無法合理回收而增加環(huán)境污染等弊病。基于以上原因，可在真空泵吸氣管前設(shè)置氣水分離器和排液泵避免上述問題，采用自帶濾液泵的氣水分離器，該濾液泵能在真空度-88 kPa的條件下工作，省掉了吸入管路，由泵體與容器法蘭直接連接，減小了占地面積。泵吸入性能好，可在不灌水的條件下連續(xù)自啟動，排除了普通泵對必需汽蝕余量的要求。濾液泵的流量揚(yáng)程需根據(jù)抽氣點在真空抽吸下的脫水量和排出管道阻力進(jìn)行設(shè)計選型。

1.4.4 冷卻塔的設(shè)備選型

一般可選用逆流式冷卻塔，其原理是干燥的低焓值空氣在風(fēng)機(jī)的作用下由底部入風(fēng)網(wǎng)進(jìn)入塔內(nèi)，熱水自上而下流經(jīng)填料表面時形成水膜和空氣的熱交換，高濕度高焓值的熱風(fēng)從頂部抽出，冷卻水滴入底盆內(nèi)，經(jīng)出水管流出冷卻塔。作為真空泵工作液的冷卻塔，其工作參數(shù):循環(huán)水量按生產(chǎn)實際需要量選用，熱水溫度60℃，冷水溫度25℃，一般冷卻塔的蒸發(fā)和飛濺損失為4%，損失掉的水需要用清水來補(bǔ)充。采用冷卻塔后以每小時真空泵工作液需水量為30 m3工作液為例，每天則可節(jié)約清水用量為690 m3。冷卻塔一般可安裝在屋頂上，或是通風(fēng)的平臺上，需要保證空氣流通以利于設(shè)備散熱良好。

1.4.5 過濾器的設(shè)計選型

因為真空泵抽吸時會有少量的細(xì)小纖維和填料等帶入泵體內(nèi)，工作液排到收集水槽，這些雜質(zhì)需在進(jìn)冷卻塔前去除掉，否則長時間會造成冷卻塔的填料層堵塞，使冷卻塔的工作效率下降，因此在冷卻塔循環(huán)水泵的出口設(shè)置2臺過濾器 (可選用30目孔網(wǎng))，其中1臺過濾器作備用，保證生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。定期需要對過濾器進(jìn)行清洗，為了減少維護(hù)成本，也可采用自動清洗的過濾器。在實際生產(chǎn)中有些企業(yè)為防止冷卻塔的填料層堵塞，可采用無填料冷卻塔。

1.5 新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)

水環(huán)真空泵在工作過程中做功產(chǎn)生熱量會使水環(huán)發(fā)熱，同時一部分水和氣體一起被排走，因此，在工作中，必須補(bǔ)充泵內(nèi)消耗的水，以滿足泵的工作要求。工作液不足，使泵內(nèi)的相對停留時間變長，各項損失最終轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽ぷ饕旱臏囟壬撸绻脙?nèi)局部的壓力降低到液體相應(yīng)此溫度的飽和蒸汽壓以下，則液體將發(fā)生汽化，產(chǎn)生氣泡。隨著液體的流動，這些氣泡被帶到高壓區(qū)，在高壓下，氣泡破裂，形成水錘。在生產(chǎn)中應(yīng)避免水錘產(chǎn)生，一般來說要保證真空泵不超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，真空泵的工作液供應(yīng)量需足夠，但也不能太多，否則泵的能耗升高，泵內(nèi)工作液的量達(dá)到泵體的1/2較好。嚴(yán)禁泵內(nèi)充滿工作液啟動泵，因為這樣容易使泵的電機(jī)過載，有可能會燒壞電動機(jī)。真空泵需要定期進(jìn)行泵體內(nèi)檢查，看是否有結(jié)垢發(fā)生，如有則需要清理掉。為了減少真空泵結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生，工作液可采用較低硬度的水，或可采用軟化水，在長時間停機(jī)時需要把真空泵中的水放干凈。

2 結(jié)語

新月形紙機(jī)真空系統(tǒng)是紙機(jī)輔助系統(tǒng)重要的組成部分，真空系統(tǒng)設(shè)計合理與否，與紙機(jī)能否順利投產(chǎn)和確保紙機(jī)高效運行密切相關(guān)。因此真空系統(tǒng)的設(shè)計需要在工程設(shè)計時進(jìn)行全面考慮，盡量保證設(shè)備在高效率區(qū)間運行，降低生產(chǎn)成本和減少投產(chǎn)后的設(shè)備維護(hù)成本。

［1］ 馮軍賢，陳 科，毛愛娟．國產(chǎn)紙機(jī)真空系統(tǒng)的配置特點及優(yōu)化［J］．中國造紙，2004，23(2):33．

［2］ 周景輝，楊瑞豐．生活用紙［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

［3］ 徐世榮．年產(chǎn)3萬噸高檔生活用紙項目的工程設(shè)計［J］．中華紙業(yè)，2006，27(12):82．

［4］ 向冬枝．紙廠水環(huán)真空泵常見故障與排除［J］．中華紙業(yè)，2008，29(24):86．

［5］ 趙 生．造紙機(jī)濕部真空系統(tǒng)的工藝設(shè)計［J］．中國造紙，2002，21(6):33．

Process Design of Vacuum System in the Crescent Paper Machine

YANG Wu-feng*MA Ding-quan ZHANG Rui-qi
(Hangzhou Project＆ Research Institute of Electromechanical in Light Industry，Hangzhou，Zhejiang Province，310004)

This paper introduced the basic structure of crescent paper machine and the character of its vacuum system．Some basic principles of typical configuration and process design of the vacuum system were discussed．The selection and maintenance program of the vacuum system equipment were suggested．

crescent paper machine;vacuum system;process design

TS73

B

0254-508X(2012)11-0047-04

楊五鋒先生，工程師;主要從事制漿造紙工程設(shè)計工作。

(*E-mail:ywfrcy@yahoo．com．cn)

2012-07-09(修改稿)

(責(zé)任編輯:常 青)