新月形紙機真空系統的工藝設計

楊五鋒 馬定泉 張瑞琦

(輕工業杭州機電設計研究院，浙江杭州，310004)

新月形紙機真空系統的工藝設計

楊五鋒 馬定泉 張瑞琦

(輕工業杭州機電設計研究院，浙江杭州，310004)

介紹了新月形紙機的基本結構和真空系統工藝流程特點。闡述了新月形紙機真空系統典型的設備配置情況和工藝設計的一些基本原則;提出了真空系統設備選型和設備維護的方案。

新月形紙機;真空系統;工藝設計

隨著人們生活水平的提高，對生活用紙的需求量及品質提出了更高的要求，近年來國內投產和新上的生活用紙項目越來越多，對于生活用紙紙機新項目的工藝設計及投產項目的車間管理提出了更高的要求。新月形紙機由于其技術先進、結構緊湊、車速高和成紙質量好，成為近年來新上生活用紙項目廣泛采用的機型。新月形紙機其輔助系統包括:熱風氣罩系統，蒸汽冷凝水系統，真空系統，噴淋水系統，化學品系統等。紙機的輔助系統為紙機的正常可靠穩定運行提供支持。真空系統作為紙機輔助系統之一，在網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，可為干燥系統節約能耗。不同紙機對真空系統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的真空系統進行一個理論化的計算，在紙機真空系統的設計和配置時一般是利用一些經驗公式和工程實踐來進行工藝設計。本文介紹了新月形紙機的基本結構和真空系統工藝流程特點，闡述了真空系統典型的設備配置情況和工藝設計的一些基本原則，提出了真空系統設備選型和設備維護的方案。

1 新月形紙機真空系統

1.1 新月形紙機概況

新月形紙機是由流漿箱、新月成形器、真空壓榨部、揚克烘缸、高速熱風氣罩、卷紙部及紙機機架等組成。新月成形器是由大直徑的成形輥、毛毯、成形網所組成的輥式成形器，毛毯和成形網以近似于180°的角度包覆著高速旋轉的成形輥，漿流由噴漿口噴出進入成形區，經成形脫水形成紙幅，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之間進行，又稱瞬間輥式毯網成形器，由于其成形區形似新月而稱新月成形器［2］。新月形衛生紙機因其紙幅成形方式采用的新月成形器而得名，其優點是紙幅在壓榨毛毯上直接成形，網毯之間不再需要傳遞裝置。新月形紙機有以下優點:車速高，產能大，通常車速為1000～2200 m/min，產能50～220 t/d;脫水快速、均勻;纖維留著率高，成紙品質好;網、毯的壽命長;與夾網成形器衛生紙機相比，結構簡單，操作方便，需要的操作人員少。新月形紙機作為高檔生活用紙生產企業的主導機型，近年來被國內生活用紙廠家廣泛采用。

1.2 新月形紙機真空系統流程及其特點

1.2.1 新月形紙機真空系統流程

典型的新月形紙機的真空系統流程簡圖如圖2所示。

圖2 新月形紙機真空系統流程圖

從圖2可知，新月形紙機真空系統流程中有以下主要設備: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。

1.2.2 新月形紙機真空系統工藝流程的特點

新月形衛生紙機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。為了生產工藝調整的需要也可采用3臺真空泵，2臺抽吸真空壓榨輥，1臺抽吸真空吸水箱。為了節省真空泵冷卻水清水的用量，一般采用冷卻水內部循環的方式，即真空泵排出的水到收集水槽，再由冷卻塔循環水泵送至風冷式冷卻塔冷卻后 (一般在25～30℃)回到真空水封槽，再經真空泵水封水泵送至真空泵工作液進口，供真空泵工作用。另外，卷紙機引紙真空只在開始卷紙時使用，當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機供引紙時用。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節，以滿足紙機生產不同產品對真空度的要求。

1.3 新月形紙機真空系統配置要求

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

表1 4臺新月形紙機的真空配置

由表1可見，2臺紙機配置了2臺真空泵，另2臺配置了3臺真空泵。從生產實踐結果來看，3臺真空泵對生產工藝調整的靈活性更好，但是投資稍大。

1.4 新月形紙機真空系統工藝設計的基本原則

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

1.4.1 真空泵設備選型

真空泵的選用，造紙工業真空元件對真空度的要求為低真空度 (102～105Pa絕對壓強)，大型紙機上較多選用水環真空泵。水環真空泵的工作原理是采用帶有多葉片的轉子偏心安裝在泵殼內，當轉子旋轉時會將液體拋向泵殼并形成液環，液環和轉子葉片形成容積周期變化的旋轉變容積真空泵［4］。其優點是結構簡單，制造精度要求不高，容易加工，結構緊湊，電機轉動可以是皮帶傳動，也可以直連電機傳動。新月形紙機真空系統真空發生設備可選用水環真空泵。水環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，一種是側排氣式;在工程設計或設備定貨時需要給生產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過真空泵自帶的氣水分離器，進行水氣分離，水經過管道自流到收集水槽中，收集水槽中的水經循環水泵經過濾器送至冷卻塔，對工作液進行冷卻，一般收集水槽水溫40～50℃左右，經過冷卻塔冷卻后可達到25℃。真空泵工作液的量必須嚴格按設備對工作液的要求進行供配，工作液供給量太多，真空泵的功率消耗較大，對設備的正常運行產生影響。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所有真空泵需要的工作液量進行配置，可在真空泵的工作液進口管道上安裝流量計和閥門來控制進泵液體的流量。如果真空泵采用側排水式，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。當然這里需要根據不同的工程項目及水泵性能參數來核算泵的安裝高度。新月形紙機的真空系統真空泵數量較少。真空泵采用圖2流程中上排水式的方案設計較好，該方案不需要做白水池地坑，節省土建投資，并且日常生產中的設備維護較方便，適用單層和二層布置的生產車間。

1.4.2 氣水分離器和真空管道的設計選型

氣水分離器的直徑按氣流速度為2 m/s進行核算，高度按氣流在氣水分離器經過的時間約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，避免白水進入真空管道，從而提高真空系統的工作效率［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真空泵的起吊裝置，以便日常設備維修用。如果考慮空間較小，無法安裝起吊裝置，需要在設計時預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境的污染。真空泵房的通風也需要考慮設計，因為在工作時真空泵體和電機會產生較多熱量，這些熱量盡可能通過通風使熱量部分散去，以保證真空泵在較高的效率下工作。

1.4.3 濾液泵的設備選型

紙機在抄紙過程中，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境污染等弊病。基于以上原因，可在真空泵吸氣管前設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。濾液泵的流量揚程需根據抽氣點在真空抽吸下的脫水量和排出管道阻力進行設計選型。

1.4.4 冷卻塔的設備選型

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機的作用下由底部入風網進入塔內，熱水自上而下流經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從頂部抽出，冷卻水滴入底盆內，經出水管流出冷卻塔。作為真空泵工作液的冷卻塔，其工作參數:循環水量按生產實際需要量選用，熱水溫度60℃，冷水溫度25℃，一般冷卻塔的蒸發和飛濺損失為4%，損失掉的水需要用清水來補充。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，每天則可節約清水用量為690 m3。冷卻塔一般可安裝在屋頂上，或是通風的平臺上，需要保證空氣流通以利于設備散熱良好。

1.4.5 過濾器的設計選型

因為真空泵抽吸時會有少量的細小纖維和填料等帶入泵體內，工作液排到收集水槽，這些雜質需在進冷卻塔前去除掉，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，因此在冷卻塔循環水泵的出口設置2臺過濾器 (可選用30目孔網)，其中1臺過濾器作備用，保證生產連續進行。定期需要對過濾器進行清洗，為了減少維護成本，也可采用自動清洗的過濾器。在實際生產中有些企業為防止冷卻塔的填料層堵塞，可采用無填料冷卻塔。

1.5 新月形紙機真空系統設備維護

水環真空泵在工作過程中做功產生熱量會使水環發熱，同時一部分水和氣體一起被排走，因此，在工作中，必須補充泵內消耗的水，以滿足泵的工作要求。工作液不足，使泵內的相對停留時間變長，各項損失最終轉變為熱能，工作液的溫度升高，如果泵內局部的壓力降低到液體相應此溫度的飽和蒸汽壓以下，則液體將發生汽化，產生氣泡。隨著液體的流動，這些氣泡被帶到高壓區，在高壓下，氣泡破裂，形成水錘。在生產中應避免水錘產生，一般來說要保證真空泵不超負荷運轉，真空泵的工作液供應量需足夠，但也不能太多，否則泵的能耗升高，泵內工作液的量達到泵體的1/2較好。嚴禁泵內充滿工作液啟動泵，因為這樣容易使泵的電機過載，有可能會燒壞電動機。真空泵需要定期進行泵體內檢查，看是否有結垢發生，如有則需要清理掉。為了減少真空泵結垢現象的發生，工作液可采用較低硬度的水，或可采用軟化水，在長時間停機時需要把真空泵中的水放干凈。

2 結語

新月形紙機真空系統是紙機輔助系統重要的組成部分，真空系統設計合理與否，與紙機能否順利投產和確保紙機高效運行密切相關。因此真空系統的設計需要在工程設計時進行全面考慮，盡量保證設備在高效率區間運行，降低生產成本和減少投產后的設備維護成本。

［1］ 馮軍賢，陳 科，毛愛娟．國產紙機真空系統的配置特點及優化［J］．中國造紙，2004，23(2):33．

［2］ 周景輝，楊瑞豐．生活用紙［M］．北京:化學工業出版社，2006．

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

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

［5］ 趙 生．造紙機濕部真空系統的工藝設計［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計工作。

(*E-mail:ywfrcy@yahoo．com．cn)

2012-07-09(修改稿)

(責任編輯:常 青)