紙機烘缸積水的處理技術

劉超鋒 付漢卿 劉應凡 許培援 劉亞莉 戚俊清

(1.鄭州輕工業學院河南省表界面科學重點實驗室，河南鄭州，450002;2.河南神馬氯堿發展有限責任公司，河南平頂山，467000)

經網部脫水及壓榨后的濕紙幅含有的剩余“結合水”借助烘缸蒸發，從而實現紙張的干燥。由于種種原因干燥過程中會使烘缸內部積水，當烘缸內部嚴重積水時，需加大吹通蒸汽量，造成部分蒸汽在烘缸內未冷凝就排出，使蒸汽用量升高導致能耗增加;有時需放慢紙機車速，如果在冬天，車速會降得更低，使紙機產量減少。烘缸積水，再加上長期使用后還會在烘缸內部結垢，造成烘缸表面溫度降低，使紙張橫幅水分的穩定性下降，導致成品率下降。烘缸內積水還會使烘缸局部過熱，易引起紙幅在干燥部斷紙。對于揚克烘缸，烘缸積水易導致以下現象:傳動側“脫缸”，即濕紙幅進入烘缸干燥時，在托輥出口與烘缸面間的楔形區域，濕紙幅不能緊密貼于烘缸面而發生脫離;另一側“抓缸”，即濕紙幅緊密貼于烘缸面而不能從烘缸面剝離。烘缸積水，使得烘缸兩側表面溫度低于露點而“出汗”，引起刮刀上刮出水來，使紙面上產生銹痕［1］。烘缸積水會導致紙張橫幅水分兩邊小、中間大的狀況，也是紙張產生皺褶的原因之一，使得紙張平整性差，表面強度下降、施膠熟化效果差［2］，AKD消耗量偏高。不僅如此，烘缸嚴重積水后，紙機傳動電耗偏高;烘缸的動平衡遭到破壞，使得運轉中的機架產生振動和搖晃;過多的冷凝水從烘缸的中空軸漏出而使烘缸軸承的潤滑油遭受污染，進而使軸承溫度在短時間內升高過多而引起紙毛起火的事故;蒸汽冷凝水系統超壓導致自烘缸人孔蓋處泄漏出水;為了排除積水，進汽壓力被迫加大，也易造成汽頭過分受壓而損壞。對于被動式串聯供熱的多段供汽系統，烘缸內嚴重積水時，會造成冷凝水泵反復啟停而損壞。而為了排除烘缸積水，有時不得不打開直排的旁通閥，后續設備可能經不起如此大的熱負荷沖擊。尤其是對于三段通汽系統，烘缸積水后，新鮮蒸汽通過冷凝水排出管道直接進入二段、三段通汽管道和冷凝器，接著冷凝水與不凝性氣體一起進入抽氣真空泵，此時抽氣真空泵葉輪存在遭受高溫汽蝕的可能。

根據現場情況判斷出烘缸內積水，烘缸積水后進行正確的處理，在設計階段就制定出烘缸積水的防范措施，吸收紙廠烘缸積水的改造經驗對防范和解決烘缸積水問題很有必要。

1 烘缸積水的判斷

在生產現場，可以借助于以下幾個運行參數和現象判斷烘缸是否積水:①烘缸排水管上的視鏡［3］流水情況;②烘缸內蒸汽溫度和烘缸表面溫度的差值過高;③運行烘缸表面溫度偏低;④其他條件無變化而干燥能力不足;⑤紙機斷紙時，積水烘缸中的冷凝水封住虹吸管入口，其進汽壓力很難降低;⑥烘缸的傳動電流明顯超過工作車速穩定時的最小電流，且無設備故障原因等。

2 烘缸積水后的處理措施

烘缸微積水狀態下，適當提高末段真空度，增加壓差有利于排水。烘缸積水量大時，因傳動負荷變化而引起車速變化，由此導致無法生產時，被迫放慢車速、打開旁通閥疏水 (甚至把疏水閥拆除)或停機進行排水。

烘缸內積水后，提供更高的烘缸進汽壓力 (通入更多蒸汽)，以便順利排水。噴吹蒸汽的流量足夠，確保烘缸排水通暢。對于采用熱泵供熱的烘缸，其排水結構如果采用固定虹吸管，則靠烘缸內蒸汽壓力與排水管線終端壓力的壓差排出烘缸內的冷凝水，并在虹吸管接頭處進行壓差調節，確保冷凝水跨過虹吸管的壓差足夠，保證烘缸內不出現積水。

在運行中，為了確保烘缸排水通暢，分別及時檢查及修復以下設備:損壞 (松動、脫落、被磨穿孔、冷凝水擊斷)的虹吸器;發生內漏的旋轉接頭;有故障的回汽管上疏水閥;檢測烘缸上不準或失靈的壓力變送器;對中性比較差的水平管。尤其是汽頭進汽腔與出水腔中間的密封損壞后要及時修復，以免進汽腔與出水腔串汽，從根本上保證排水壓差。

3 防范烘缸積水的設計

若使烘缸不積水，必須使烘缸排水順暢。在多通道烘缸中，蒸汽被限制在緊貼烘缸內表面的細小通道空間中［4］流過、放熱冷凝，冷凝水由后續蒸汽推動從通道出口流出，使得排水十分容易。在烘缸內壁沿烘缸軸向安裝破水棒 (擾流棒或稱湍流器)，可防止烘缸運行時產生水環，使得排水順暢。

對于多段串聯逆向通汽的供熱系統，應設法單獨調節各段烘缸所需要的蒸汽壓力和流量，使冷凝水在閃蒸罐內正常工作，確保烘缸中的蒸汽冷凝水通暢排出。當烘缸積水致使汽水分離器液位低時，可在汽水分離器后加裝疏水阻汽閥和集水箱，因為疏水阻汽閥使很少的蒸汽通過集水箱，同時因集水箱的液封作用也很少有蒸汽從冷凝水泵處流失。當然，當集水箱內的液位過低時，停運冷凝水泵，以免其空轉。

與多段供汽系統相比，熱泵主動式蒸汽并聯技術解決紙機干燥系統烘缸積水問題的效果更好。熱泵供汽系統根據二次蒸汽的流向，可以分為開式熱泵供汽系統和閉式熱泵供汽系統。在確保熱泵使用的高壓蒸汽在允許干度的情況下，熱泵系統的蒸汽入口管道和混合蒸汽出口管道之間避免并聯旁通閥，確保烘缸排水壓差。熱泵系統在出現斷紙等異常現象時，設計的控制系統 (冷凝水偵測監視系統和自動控制系統)反應要及時，以免烘缸積水。

一旦出現斷紙，烘缸冷凝負荷就會降低。此時，如果虹吸管喇叭口形集水頭 (吸水管)與烘缸缸壁之間的間隙合理，確保蒸汽和冷凝水氣液二相流產生的管道阻力在一定范圍，即可保證虹吸器的排水能力。虹吸管的尺寸設計合適，虹吸管長度合適，確保不碰到烘缸，以免虹吸管彎頭密封不好或斷裂而加劇烘缸積水。

對于單層布置的紙機的熱泵式三段供汽系統，閃蒸罐被落入地下坑內，并且回水總管安裝高度不低于閃蒸罐的入口高度，總回水管道中的冷凝水［5］可以升高進入閃蒸罐，使烘缸中的冷凝水順利排出。

固定式虹吸管要求烘缸排出冷凝水所需要的壓差較小，適用于車速較高的紙機。懸臂式虹吸管［6］所需的壓差不隨車速的提高而增大。懸臂式虹吸管也可在接近或低于大氣壓的進汽壓力和壓差小的情況下排出冷凝水，通常適用于中速到高速的紙機。在旋轉虹吸管 (虹吸管固定在烘缸內部)隨著烘缸一起旋轉的情況下，它需要克服重力和離心力，故旋轉虹吸管式排水裝置需要的壓差較高，此時最高車速以不影響排水為宜。圖1所示的旋轉虹吸管［7-8］的管頭部有特殊設計的進汽孔，使蒸汽未經冷凝直接進入虹吸管內，增加該管內氣液混合物的流速，在虹吸管吸入口處產生負壓，使承受很大離心力的冷凝水強制排出。該技術也適用于高速紙機。同組烘缸內旋轉虹吸管的吸口同方向位置上安裝，使得在紙機低速運行或停機時，冷凝水呈積聚狀時起戽斗作用，利于烘缸內冷凝水及時排出。

熱泵供熱系統各段烘缸冷凝水出口管道上分別設置排水孔板，保證汽水分離罐壓力不會過高，使烘缸排水順暢。在紙機蒸汽系統里，疏水閥將冷凝水排到系統外，當操作壓力提高 (提高車速)時，烘缸內冷凝水會突增，而合理設計的疏水閥壓差系統應該及時應對 (排水迅速)，以免烘缸內積水過多。在烘缸的出口用阻力小的孔板式連續疏水器［9］取代自由浮球式疏水閥，保證烘缸內無積水。

對于開式熱泵干燥系統，由于閃蒸罐壓力降低、選擇的壓差疏水器及調壓疏水罐等疏水設備阻力小、排水壓差大，因此烘缸的冷凝水排出通暢。閉式熱泵供汽系統，一次性投資更高，但是其二次蒸汽經由熱泵提升品位后只供本段烘缸使用，不足的部分通過補充蒸汽來實現，因此烘缸排水性能更好。“質調節單噴嘴熱泵”在輸出蒸汽流變化時，依靠裝在熱泵前的驅動蒸汽調節閥以保持出口壓力不變，但是調節閥的節流損失使驅動蒸汽的引射能力下降。“多噴嘴量調節熱泵”［10］與單噴嘴質調節熱泵相比較，不僅能滿足用戶蒸汽流量變化大 (10%～30%)的工況需要，還不用使用旁通閥，系統發生積水問題的可能性更小。

4 紙廠對烘缸積水的處理及效果

表1中給出了紙廠采用蒸汽噴射式熱泵干燥供汽系統改造處理烘缸積水，且效果較好的情況，采用其他處理措施并取得效果的紙廠情況見表2。

5 結語

在生產過程中，由于烘缸排水不暢造成人孔蓋漏氣、漏水現象而不得不進行維修操作，因此需要設計方便拆卸人孔蓋的工具以提高勞動生產率。有的排水裝置需要的壓差較高，因此不得不提高進汽壓力，不僅與其配套的汽頭很容易泄漏，還浪費能源。在烘缸的虹吸器設計時，要確保烘缸進汽端與排水端之間的壓差，還要考慮排水不暢發生水擊的、與缸體相切的沖擊力對缸體的可能破壞。當烘缸及虹吸器都設計好后，確定排水能力時，還要考慮壓力及車速的提高使烘缸產生更多的冷凝水因素，設法將多余的冷凝水排走。設計各烘缸加熱組控制系統時，不僅要求烘缸排水效果好，還要求冷凝水中帶入的不凝蒸汽也比較少。設計紙機烘缸排出冷凝水的回用設施，以進一步降低紙廠由于冷凝水當作清水使用或者簡單外排而增加的能量損失，一旦回用還可以節水。一個設計完善的紙機干燥部，需要考慮諸多因素的影響。

表1 紙廠采用蒸汽噴射式熱泵干燥供汽系統改造處理烘缸積水的情況

表2 紙廠采用其他措施處理烘缸積水的情況

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