解決漿廠結垢問題的新方法

解決漿廠結垢問題的新方法

制漿過程中出現結垢現象，這在大多數制漿廠中是非常普遍的。根據制漿廠及其工藝操作條件的不同，制漿各個工段會出現不同類型的垢。結垢會對設備的運行性能產生不利影響，并且最終增加運行總成本。本文闡述了結垢的成因以及對生產造成的影響，并介紹了美國某公司提出的一種解決漿廠結垢問題的新方法——進行有關機械設備、操作運行以及化學品使用（MOC）狀況的跟蹤分析（audit）。

1 結垢類型、成因及其危害

制漿過程中的結垢是物料流中的無機鹽類，如碳酸鈣、草酸鈣、硫酸鈣和硫酸鋇等，在一定條件下沉積并附著在制漿設備表面上的一種現象。

上述的“一定條件下”是指3個必要條件：過飽和狀態、加速動力學（accelerated kinetics）以及適宜的沉積表面。

（1）“過飽和狀態”是指溶解性離子，如Ca2+、CO32-、C2O42-、Na+、Ba2+以及SO42-的濃度增加到一定程度（大于在這個溫度下飽和溶液中溶質含量的狀態），即過飽和狀態。

（2）“加速動力學”這個詞經常用來描述有利于結垢的那些情形，包括溫度驟變、強烈的機械和流體剪切力、適宜的pH以及壓力突變等。

（3）“適宜的沉積表面”指的是制漿過程中的各種不平滑的、有利于結垢的表面。這些不平滑表面包括換熱器內部由于水力或者化學品侵蝕而變得粗糙的部分、洗滌器面網和篩板等。這些不平滑表面為“結垢微晶體”的生長提供了機械力上的“立足點”。

制漿過程中結垢的類型會隨著制漿物料流及其pH的不同而有所差異。

當pH處于堿性范圍內，碳酸鈣垢是最常見的垢；而草酸鈣垢則通常出現在氧化漂白段。

當pH處于酸性范圍內時，如果生產過程中使用了明礬或者硫酸，則很容易形成硫酸鋇垢。而采用亞硫酸鹽制漿工藝的漿廠，則會在其蒸發器上形成硫酸鈣垢。碳酸鈉礬（2Na2SO4·Na2CO3）是一種“軟”垢，常和碳酸鈣一起在黑液蒸發器上生成。鈣水堿（CaCO3·Na2CO3）垢常在綠液澄清時產生。硅酸鹽垢（由于各種形式的硅酸鋁鈉的存在）也通常產生在黑液蒸發器上。

還有一點值得注意的是，有些垢的溶解性質和一般物質相反。比如，常見的碳酸鈣垢和硫酸鈣垢就具有這種相反的溶解性質。簡言之，當溫度上升時，這些物質更傾向于從溶液中沉淀出來（而大部分物質的溶解度是隨溫度升高而增加的）。這對蒸煮器和蒸發器這類高溫設備的結垢控制帶來挑戰。

結垢對制漿廠的影響既隱蔽、不易察覺，又影響極大。表1概括了結垢對制漿廠各工段的不利影響。

表1 結垢對制漿各工段的不利影響

另外，結垢會降低工藝過程本來可以達到的質量均一程度。例如，漂白車間里由于洗滌網的結垢降低了洗滌效果，在后續工藝流程就需要增加漂白化學品的用量來進行補償。這不僅僅直接增加了生產成本，而且影響了產品的質量均一性；為此，生產工藝上也需要作出相應的調整。

2 解決結垢問題的新方法——MOC跟蹤分析

美國某公司提出的解決漿廠結垢問題的新方法——MOC跟蹤分析，即采用了系統的、基于工程學的方法來了解結垢產生的根本原因，進行有關機械設備、操作運行以及化學品使用（MOC）狀況的跟蹤分析。

在進行這項跟蹤分析的時候，整個工藝的方方面面都要進行檢查。機械設備方面的跟蹤分析包括各操作單元的檢查，如各工藝流程的結構布置、設備狀況評估、管路布置以及面網的選擇等。

在操作運行跟蹤分析方面，有代表性的項目有：對液流在蒸煮器里及蒸煮器周圍的分流控制狀況評估、漂白車間的塔式設備的管理措施、煮沸清洗操作及在蒸煮器上實施煮沸清洗的頻率、洗滌器的維修和清潔程序等。

化學品方面的跟蹤分析包括所有用到的化學品（包括日常使用的和專門使用的）及它們的使用方法的研究和考察。

上述是“MOC跟蹤分析”標準化的操作流程。實際中，如果客戶的結垢問題是發生在漂白車間的，該跟蹤分析工作的范圍將控制在影響漂白的那些因素內，而不會覆蓋制漿的整個工藝過程以致精力分散。

除了實施MOC跟蹤分析，還要進行有代表性的分析工作。如對結垢的垢樣進行成分分析，這或許能獲得解決問題的關鍵信息；另外，對物料流進行離子檢測也是常用手段。這種分析能表征物料處理程度，為解決結垢問題提供有用的信息。

舉個例子：曾用離子檢測方法對某漿廠進行檢測，發現該廠進蒸煮器的白液與其他類似漿廠相比，Ca2+濃度很高。進一步的檢測顯示，該廠的白液澄清工段出了問題，為確定解決問題的最終方法提供了極重要的信息。

一旦清楚地知道了問題發生的原因，就能制定出成功的、持久的解決辦法。該公司有一套解決結垢問題的“工具箱”，包括名為SCALE-GUARD PLUS?技術的一系列產品，能有效解決漿廠各種結垢問題。

除了這些處理結垢的產品外，該公司還使用一套擁有專利的設備——積垢率監測儀（SRM）。這種SRM能用于測試作用于物料流的不同的處理方法的效果。SRM能測定工藝過程的積垢速率，從而對各種SCALE-GUARD PLUS?技術產品的處理效果進行評價。SRM的優點是可以人為地“施壓”（stress）給被測物料流，使之加速結垢，模擬相當長的一段時間的結垢效果。與傳統的試驗方法相比，這種方法的設計更多地借鑒了系統工程學方法。

3 應用實例

某日產1 050 t的漂白闊葉木硫酸鹽漿廠采用一種有競爭力的抗結垢工藝已有4年。該工藝的效果差強人意，漂白車間每6周就得停機為EP段漂白塔進行10 h的水力除垢。

在應用“MOC跟蹤分析”方法解決結垢時，先用SRM對漂白濾液進行了測試，了解碳酸鈣和草酸鈣在各濾液流的結垢可能性。此后，對漂白車間進行了完整的MOC跟蹤分析，包括詳細的操作參數、具體的堿度以及抗結垢添加劑的加入點等。

SRM的測試數據顯示，造紙白水、D 100洗滌器效率和堿性抗結垢添加劑的加入點的選擇是漂白段結垢的主要影響因素。結果顯示，延長漂白車間連續運行時間是有可能的。在詳細地向客戶通報了MOC跟蹤分析結果后，建議使用SCALE-GUARD PLUS?技術產品對漂白車間現有狀況進行改進，使之達到生產要求；并建議采用D 100洗滌器清潔程序。

該廠在實施上述建議后帶來了以下幾個方面的改善：

（1）漂白車間連續運行時間從6周延長至12周。僅減少停機時間這一項即為客戶每年省下120萬美元的清潔和維護費用。

（2）每12周檢測到的結垢量比以前每6周檢測到結垢量的一半還要少。

（3）由于洗滌得到改善，化學品的消耗減少了。此項每年為客戶節省150萬美元。

（4）由于測溫傳感器探頭上不再結垢，這為過程控制帶來好處，使得產品質量均一性得到了提升。盡管此項沒有折算成經濟價值，但好處是顯而易見的。

圖1顯示了MOC跟蹤分析后采用該公司的SCALE-GUARD PLUS?技術產品的使用效果：“處理水平2”顯示采用“MOC跟蹤分析”方法后漂白車間的運行時間延長了1倍多。

圖1 SCALE-GUARD PLUS?技術產品在D 100擠漿段的使用效果

4 結束語

每個制漿廠在生產中會遇到各自不同的問題，其中有很多都與蒸煮器、蒸發器以及漂白車間的結垢有關。并且，制漿廠的各工段間的距離越來越近，物料流的回用越來越多，這將有可能使結垢引發的問題越來越頻繁和嚴重。這些結垢問題不同程度地影響制漿廠的安全生產、產品質量及能源和化學品消耗。由于能源和化學品的消耗占制漿廠年均生產成本的40%～60%，解決好結垢問題將給制漿廠帶來明顯的經濟效益。

（楊波 編譯）

book=2,ebook=65