造纸机湿部真空系统的工艺设计.pdf

!#$%&()*&%)+,!#$%&技术报告!造 纸 机 湿 部 真 空 系 统 的 工 艺 设 计赵生（中国轻工国际工程设计院，北京，!#$）摘要：分析了造纸机湿部真空系统的组成，其主要组件包括：真空元件、前级气水分离器、真空泵、后级气水分离器、真空管道。阐述了前后级气水分离器器体设计、空间布置及真空泵选用的依据，真空泵工作液循环使用以节约淡水资源及降低产品成本的必要性，以及工作液收集、循环、过滤、冷却、回用的工程方案。提出设备布置及管道设计的原则，噪音防治的措施及系统自动控制方案。关键词：真空元件；真空度；气水分离器；真空泵；工作液中图分类号：%&()($*+(文献标识码：,文章编号：#-).-/0（#）$.(#.)收稿日期1#.).!（修改稿）!真空系统!造纸机湿部是纸机装备 水 平 的 主 要 体 现 部 分。湿部真空系统的合理设计是湿部正常运行的前提和保证。!系统组成造纸车间内依靠真空压差脱水、排水、排气（汽）的设备及附属装置都可归类于造纸机真空系统。除湿部真空系统外，还包括蒸汽冷凝水系统末段的冷凝水排出真空装置及干部2345辊的配套真空装置等。湿部真空系统主要包括：真空元件、前级气水分离器、真空泵（或风机）、后级气水分离器、真空管道等组件，如图!所示。系统组件配置及布置#!真空元件（!）成形部真空元件成形部真空元件均为纸幅脱水、成形而设置，真空元件的形式及数量决定于成形器类型。早期车速低于!67689的圆网成形器（即圆网网槽成形器）不配置真空脱水元件。由圆网网槽成形器发展而来的圆网网笼成形器，如真空圆网成形器、,:8;.成形器、超级成形器等，配置真空网笼、真空吸水箱等，其工作车速可达到-67689甚至更高。长网成形器一般均配置真空吸水箱、真空伏辊等真空元件。低速造纸机常配置非真空脱水元件案辊、案板等，但随着车速的提高，案辊、案板在脱水过程中造成的压力真空脉冲的强度急剧增加，严重影响纸幅成形质量。在高速造纸机中案辊、案板逐渐被真空脱水板、真空吸水箱所代替。夹网成形器亦配置真空吸水箱、真空（伏）辊等真空脱水元件，但因其成形区短，真空脱水元件数量比长网成形器少得多。由此可见，在几种主要成形器中，真空脱水元件更多地被用于长网成形器。对长网成形器而言，车速越高真空脱水元件越多。真空脱水元件的真空度沿纸幅运行方向越来越高。（#）压榨部真空元件压榨部真空元件包括：用于纸幅转移的真空吸移辊，用于纸幅脱水的真空压榨辊，用于毛布洗涤及脱水转移的真空吸水箱。压榨部真空元件的真空度比成形部高。典型多长网造纸机湿部真空元件组成见表!。#前级气水分离器前级气水分离器将真空元件排出的气水混和物尽图!真空系统组成作者简介：赵生先生，高级工程师；从事制浆造纸工程咨询及设计。(#技术报告!中国造纸!年第#期可能地分离，避免白水进入真空管道，从而提高真空系统的工作效率。气水混和物经分离器分离后，白水经水封槽溢流或泵至网下白水槽，然后回到车间白水系统内，湿空气经真空管道由真空泵排走。前级气水分离器的体积决定于真空元件单位时间内所排出的气水混和物的体积。气水混和物的体积及气水体积比决定了气水分离器排水管及排气管的直径。在成形部，沿纸幅运行方向，气水体积比随着纸幅干度提高而增大，可从$!%增大到&!%。在压榨部，除毛布真空吸水箱所排出混和物的气水体积比决定于吸水箱的结构及毛布含水量外，其他真空元件所排出混和物的气水体积比也与纸幅干度有关。真空度相同的真空元件可共用一个气水分离器。在气水体积比很小的成形部前段，可将一个气水分离器用于更多的真空元件。而在气水体积比较大的成形部后段及压榨部，不可将一个气水分离器用于太多的真空元件。布置分离器时，在分离器进口低于真空元件出口的前提下，尽量提高分离器的高度，保证足够的水腿高度，同时提高水封槽的有效液位、网下白水池的有效容积（见图!）。若由于空间及造纸机结构的原因，不能保证足够的水腿高度，则应配置排水泵。一般情况下，用于真空伏辊、压榨部下毛布真空吸水箱的分离器需要配置排水泵。为保证系统的稳定性，分离器水腿应垂直插入水封槽，水封槽内设置溢流隔板以保证液位稳定。水腿的倾斜会导致水腿内存气，使真空度产生波动影响纸幅成形。!#真空泵及排风机对位于成形区的开始段，真空度较低（%&%()*）的真空元件，应选用离心风机或罗茨风机作为真空发生装置。对于其他真空元件，根据真空度要求选用罗茨真空泵或水环真空泵。罗茨真空泵机械排气且噪音大，因存在机械磨损而导致维修工作量大，但不需要工作液，系统简单。水环真空泵维修工作量小、电耗小于前者、单机能力大，但需要工作液，系统相对复杂。大型造纸机的真空系统多选用水环真空泵，本文以下论述中，真空泵皆指水环真空泵。选用水环真空泵时，可选用带隔板的一泵双腔真空泵，!个腔体对应不同真空度要求的真空元件，在不同的真空度下工作。真空泵台数的减少不但可节省设备投资，而且降低电动机总装机容量从而降低能耗及系统运行成本。同时减少占地面积，节省基建投资。真空泵抽气速度根据真空元件的排气速度、真空度、管道内平均压力、管径、管道长度确定。虑及合理的管径及经济的管道压力降，真空泵抽气速度按公式（&）计算。!+,!（&）式中：!+真空泵抽气速度，-./0!真空元件排气速度，-./0修正系数，,&$!%&$#1，取&$2。根据需要的抽气速度!+及真空元件真空度要求即可确定真空泵型号。布置真空泵时，尽量集中布置在靠近真空元件的区域，缩短真空管道的长度，降低系统能耗。!$后级气水分离器后级气水分离器将真空泵排出的气水混和物分离，同时具有降低噪音作用。空气经排气管道排空，工作液（仅对水环真空泵而言）排出本系统或经处理后循环使用。对规模较小的真空系统，为每台真空泵配置钢制后级气水分离器或多台真空泵共用&台。规模较大时不配置钢制后级气水分离器，而将气水混和物排入地沟，气、水在地坑内分离。后级气水分离器的排水量主要由真空泵工作液用量决定。在没有前级气水分离器的系统中，排水也包括真空元件排出的白水，水中纤维含量比前者高。在小型造纸机中，排水量小，水大多直接排走。而在大型造纸机中，排水量可达!-./3纸甚至更高，无论从节约利图!前级气水分离器安装示意图表%典型多长网造纸机湿部真空元件组成表真空元件名称真空度/()*数量&面层网真空脱水板%&!真空吸水箱.!衬层网真空脱水板%&!真空吸水箱.!转移吸水箱!&.芯层网真空脱水板%&1低真空吸水箱&%.转移吸水箱!&真空吸水箱.!2底层网真空脱水板%&!转移吸水箱!真空吸水箱.%真空伏辊2#、#!%压榨部真空吸移辊!#、#2毛布吸水箱%4.!#$%&()*&%)+,!#$%&技术报告!用有限的水资源角度，还是从降低产品成本角度考虑，都应该将这部分水循环使用。!#工作液的循环使用完整的工作液循环系统包括：收集槽、循环泵、过滤器、冷却塔等，如图!所示。（）工作液的收集为收集工作液须 设 置 一 收 集 水槽。收集水槽是地沟 的 延 伸 和 加 深。后级气水分离器和收集水槽合二为一。选择合适的介质流速设计地沟及收集水槽的尺寸尤其重要，各部位的介质流速见表#。（#）循环水泵循环水泵安装在收集水槽（地坑）的盖板上，泵送工作液至冷却塔。循环水泵开机吸水方式可设计为带底阀吸水管或设置一自吸罐，自吸罐占地面积大，但比底阀安全可靠。（!）过滤器从真空泵（或经后级气水分离器）排出的工作液含有少量纤维、填料等（悬浮）固形物，会导致真空泵转子及冷却塔结垢，故需在冷却塔前设置过滤器。由于纤维短、填料粒度小，造纸行业广泛使用的压力筛、多圆盘过滤机在此并不适用，可根据水质选用斜筛、管道过滤器等设备。一般设有前级气水分离器的系统，可选用管道过滤器。在没有前级气水分离器的系统中应选用斜筛。（$）冷却塔为改善纸幅在网部脱水成形而提高纸机流送系统及网部浆水的温度，会导致进入真空泵的空气及饱和蒸汽混和物的温度升高，从而使工作液温度升高。真空泵工作过程中产生的热能也被工作液吸收。工作液温度的升高会导致真空泵工作效率的降低。只有工作液温度低于吸入空气及饱和蒸汽混和物的温度时，真空泵才会正常工作。可选用风冷却塔降低工作液的温度以循环使用，比较合适的工作液温度为#%&!%。（(）内部及外部循环在某些真空系统中，除配置图!所示的外部循环外，根据真空度要求将真空泵分为#组，收集高真空组排出的工作液不经冷却直接用作低真空组的工作液，称之为工作液内循环。内循环会使系统变得过于复杂，不易控制及改变系统参数，故一般只设置外循环。!$真空系统管道（）管径计算真空状态下，气体分子间间距增大，气体在管路中的碰撞减少，气体的流动属于粘性流或分子流，或两者之间的中间流状态。在低真空（真空度：%&%)*+,-）状态下，属于粘性流状态。在高真空状态下，属于分子流状态。造纸机真空元件所要求的真空度属于低真空度范围。低真空下，理论上真空管道管径是通导率、管内平均压力、管道长度的函数，真空管道愈短愈粗愈好。在实际工程设计中，可用公式（#）计算真空系统管道管径、确定收集水槽及地沟的截面尺寸。-./)/.!（#）式中-管道内径，00.介质流量，0!12介质流速，013公式（#）中的介质流速按表#选用。（#）管道联接及管件选择为保证系统的密闭性，真空管道的联接尽量用焊接方式。如需法兰联接，进气端选用凹槽法兰或肩环和松套法兰，出气端选用平焊法兰，选用配套的橡胶材料法兰密封圈。系统内手动阀可选用普通截止阀、闸板阀、蝶阀。（!）管道布置真空管道布置的主要区别在于有无真空总管。无总管的布置方案适用于规模小，生产纸种、定量、车速变化不大的造纸机真空系统。大型复杂造纸机的真空系统应选择总管布置方案，以利于操作参数的变化。总管可调隔板及旁路的设置可调节各真空泵的负荷，使系统工作在最佳状态。!%排气管道排气管道的布置决定于真空泵的排气方式。气水混和物不经分离直接排入地坑（地坑作为后级气水分离器）时，设置一条或几条排气管道将气体从地坑引至室外，排气管道也可用混凝土或砖制做。空气经后级气水分离器排出时，将排气管汇总成一条或几条排气总表!介质流速管 道 位 置流速1034前级气水分离器前%&(前级气水分离器内#前级气水分离器排气管(&#%前级气水分离器排水管后级气水分离器前(&5后级气水分离器内6#后级气水分离器排气管(&#%收集水槽排气管#%&!%后级气水分离器排水管&#消音器6#(图!工作液循环示意图!$技术报告!中国造纸!年第#期!#$%&%&()*#+,%-.%*/01$22345&-%3#+!16%71$8(*%$%&(%)*+（!#$%&$()$%#*$%+,$-#$()#$-&$.#/(*0 1#-&$2/.)3，4(#5#$-，,!#）-.&/012%)3.&*45%&67&%89.:;23&9&)3&*&075)2*)*2?%)4)*A B&9CC.272&)3.&9%/*)D 2C9%&2?3.)3 2&3&C.D;&9E 2&3&/)0/*)D&*A A/29C22)2%9*?/+C3)%)272).)%)4)*AF2 3)GC/3).)*28 H&2)A*%)A)&/0)A&*&072)2D?00/*+9*90C2/*2&3);&/*)A1%)&2E?%)4)*AB&9CC.272)./2+C&3&*)%);?3./*+GC&0/7&*A3C*&;/0/7D/*3A)3)*2C3)%)272).3C*22)&A/07&*A)?/9/)*07DA)2/+*3)&2*&;0)?3.)3I;&9E2&3&3D2)0)9C./%2C?/9/)*&9/7D9*?/+C3)2C/)0/*)2D&*A)2&;0/2%9*30272).%3C+%JK(&3)2C+)2)A8L)73A2：B&9CC.)0).)*&3&C.；*/2)；3E/*+0/GC/A管引至室外。室外排气总管的高度可至屋顶，将安装于排气总管末端的消音器布置在屋顶上。9:;噪音防治真空系统是造纸车间主要的噪音源之一。噪音主要来自造纸机本体的真空元件、真空泵转子、真空泵电机、共振。为减少噪音污染，将真空泵布置于单独的房间内，其房间门、窗、墙体均需隔音处理；在真空泵与管道之间设置挠性短接防止噪音传递；合理设计后级气水分离器、选用合理的介质流速防止共振；在真空泵排到室外的排气管道上装消音器，以降低噪音对室外环境的污染。C38 T&)3.&E/*+，T&30(&3&/*&*A U)3.&E/*+(9/)*9)&*A=)9%*0+7，TC;0/2%)A;7V&)S)02/*E/7，S)02/*E/V/*0&*A8!（责任编辑：常青）KTTMO