6號紙機真空系統設計

李云澤

（南紙股份有限公司技術中心, 福建 南平 353000）

6號紙機真空系統設計

李云澤

（南紙股份有限公司技術中心, 福建 南平 353000）

現代造紙機對真空技術的應用是非常重要的。在生產過程中選擇高效、低能耗的真空泵能有效地脫除紙漿的空氣，脫除紙頁的水分，降低能耗，提高車速，確保產品質量，都是不可缺少的。

紙機真空泵 真空系統設計

造紙生產過程中真空技術的應用十分重要。在高速紙機上漿系統中利用真空脫除漿料中的空氣，對改善成型均勻度效果顯著；在網部和壓榨部可利用真空脫除紙頁和毛布水分，是完成紙頁成型的關鍵因素之一，對提高紙頁干度，順利引紙也有重要作用；在干燥部利用真空技術形成適當壓差能有效提高烘缸部干燥能力。因此，真空技術的正確應用，已成為造紙生產過程中的重要環節[1]。就南紙6號紙機真空系統的設計，談談紙機真空系統中真空泵的選型、工藝設計[2]。

1 真空泵的選型

1.1 真空泵的類型

造紙廠使用的真空泵主要有兩種：羅茨真空泵和水環式真空泵，都屬濕式真空泵，只能產生85%～90%的真空度。

（1）羅茨真空泵：目前國內用于造紙行業的羅茨真空泵主要以ZBK系列為代表。它具有體積小、重量輕、節能顯著等優點。缺點主要為：

①泵的轉子易磨損使泵的效率下降。

②泵的抽吸量小。

③泵所能達到的真空度較低，在1.33～53.3 kPa真空度下可以正常使用，當真空度超過53.3 kPa時，效率急劇下降。因此羅茨真空泵使用具有一定的局限性，僅用于小型紙機中。

（2）水環式真空泵：水環式真空泵具有結構緊湊、易維護等特點。由于轉動部分沒有機械摩擦，故使用壽命較長，操作可靠，并具有在大抽吸量的情況下效率下降不多等優點。缺點是：效率低，約在50%左右。水環式真空泵被廣泛地應用于大中型造紙廠。

各廠家生產的水環式真空泵產生真空的原理都一樣，但內部結構不盡相同，使得各種真空泵的能耗和效率有一定的差別。

1.2 水環式真空泵選型

（1）結構。NASH真空泵的結構最簡單。由于采用錐管進氣和排氣的專利技術，使得NASH真空泵體積小，抽氣量大，并有側向和向下排氣口，方便用戶安裝，其904系列真空泵專為造紙設計生產的。西門子2BE系列真空泵，則采用了最新的發明“柔性艙門板”結構，可隨抽氣量的變化自動調節排氣口的開度，保證真空度穩定，并有向上和側向排氣口。伏伊特真空泵是較普通的真空泵，有側向及向下排氣口。佛山、武漢生產的水泵CBF系列真空泵系引進西門子20世紀80年代的技術。

（2）材質。用于造紙工業的真空泵的殼體和轉子必須采用鑄鐵制造，NASH系列真空泵的所有過流部件均采用球墨鑄鐵制造，耐酸堿的腐蝕。西門子CBF系列真空泵采用鑄鐵制造，并在過流件表面涂有耐腐蝕的高分子化合物涂料。伏伊特真空泵、佛山、武漢2BE1系列真空泵也采用鑄鐵制造。NASH系列真空泵和西門子CBF系列真空泵的材質較好，能適應造紙過程中低pH值條件下運行。

（3）能耗。真空泵能耗計算公式：

能氣比＝動能消耗（kW）/ 抽氣量（m3/min）

若能氣比等于或者小于1，則說明該真空泵性能優良、能氣低。通過對掌握的數據和資料的分析：NASH真空泵能氣比在0.9～1之間，節能效果最佳。西門子CBF真空泵在1.0～1.1之間，效果較差。

（4）維護。由于NASH、佛山真空泵采用SKF軸承，可保證真空泵連續運轉15年以上。其中NASH真空泵維護方便、CBF真空泵維護較復雜。

綜上四點比較，NASH系列真空泵性能最佳，佛山CBF系列次之，在資金許可的條件下，首選NASH真空泵。國內生產的真空泵則首選CBF系列。

2 真空泵傳動形式的選擇

絕大多數紙機真空系統的真空泵是由異步和同步電動機傳動的。真空泵的傳動形式主要有4種：電機直聯傳動； 同步電機傳動；齒輪減速傳動；V形皮帶傳動。有時由買方自己配傳動時，應注意各種傳動形式的優缺點。

（1）電機直聯傳動。僅用于單臺小型水環式真空泵的傳動。缺點：泵轉速較高，使得其效率較低。

（2）同步電機串聯傳動。在北美和歐洲大型紙機的水環式真空泵常采用該形式傳動。優點：真空泵傳動故障較少，減少停機時間。

（3） V形皮帶傳動。優點：結構簡單，容易維護。如果需要調整真空泵和抽吸量，只要改變皮帶輪直徑即可。缺點：國產V形皮帶公差較大，易造成皮帶磨損。

（4）齒輪箱傳動。多用于大型水環式真空泵，其傳遞功率效率高。缺點：配潤滑油系統，設備一次性投資較大，不能象皮帶傳動那樣簡便地調整真空泵轉速。

3 現代紙機真空系統的設計

現代紙機真空系統包含了紙機真空系統和真空泵水環水回收系統兩個部分。紙機真空系統由真空泵、氣水分離器、水泵、集水坑等設備和工藝管道組成。真空泵水環水回收系統則包含水的回收和熱回收兩個方面，大多數工廠只有水的回收，該系統主要由泵、過濾篩、冷卻塔、換熱器等設備組成。現代紙機真空系統的自控部分可并入DCS系統。

3.1 基本特點

現代紙機需要的是一整套運行可靠性、靈活性好，而且對環境影響最小的真空系統。要實現這些目標必須有以下特點[3]：

（1）真空泵要耐腐蝕，耐磨損，能耗低，并保證真空泵的性能多年不變。

（2）真空泵在真空分配上要做到各個吸點的真空相對獨立互不影響。例如在毛布洗滌區里，每條毛布的脫水是按運行時間和透氣性，并按所要求的抽吸量和真空度進行的，不受其他毛布工藝狀況的影響，以實現毛布最佳洗滌效果。

（3）通過排氣管道內的消音器控制噪聲。

（4）部分抽吸點要求9.81 ～ 19.62 kPa真空度，可選用徑流風機來實現。

（5）真空泵要集中布置，泵下設置排水溝和集水坑，便于水環水的回收利用。

（6）配置一套冷卻塔和過濾器進行水環水利用，以節約清水用量。配置一套好的水環水回收系統，只需補充10%的清水，就可維持真空系統正常運行。

3.2 設備布置

近年來隨著世界各國大型紙機的相繼投產，出現了不同的真空系統布置方式。真空系統設備布置的好壞，直接影響到真空系統的運行和維護。目前已不再將真空泵分散于車間內，而代之以獨立的真空泵房。以下為真空系統設備布置的特點：

（1）目前最佳的真空泵布置方案是“一”字形配列方式。對紙機改造則另當別論。

（2）要有一間獨立的真空泵房，并采用一定的隔音措施。要配備檢修真空泵和電機的手動單軌行車。

（3）真空泵采用“一”字形排列方式，可在泵下設一條排水溝和集水坑（關于排水溝和集水坑的設計將在第4部分說明）。

（4）真空泵水環水的冷卻塔，可置于離真空泵2.5～7.0 m高的地方。采用這種安排，所有真空泵都能工作于一個公共的循環系統上，因為水流動是通過位差來產生的，所以可以節約水泵、控制閥和儀表。

3.3 管道設計

設計真空系統時，真空管道的設計與真空泵的選擇同樣重要。許多真空系統由于優化了真空管道的設計而得到改善。在設計真空管道時應注意以下幾點：

（1）紙機真空抽吸點至真空泵吸口的管道應盡可能地短，并且盡可能減少彎頭和其他管件，以減少管道阻力損失。通常每條管道中真空度損失不超過3.4～6.8 kPa。

（2）真空管道沿介質順流方向坡度不小于0.2%。在管道布置時避免出現“U”管道，因為在“U”管段中容易積水，會對真空泵產生沖擊，使得真空泵負載增大。

（3）在紙機真空管道設計中氣體流速通常選用：在氣水分離器前的真空管道中氣體流速不得超過18 m/s。

（5）氣水分離器水腿管的高度應在真空點的真空度（kPa）下加上1 m水柱的余量。水腿管道應盡量垂直，如果無法垂直，則水腿與垂線的傾斜不得超過45°。同時用于水腿管密封的水封槽容積至少是水腿管容積的2倍，以防止開機時槽中水被抽空。

（6）真空泵采用一排布置時，真空泵上方可設計一條真空總管，根據要求將真空總管用盲板分隔。有的多設一條輔助真空總管，以提高紙機操作的靈活性。

（7）關于真空泵水環水管道的設計：真空泵水環水的溫度正常在25～30 ℃之間（夏季）。每臺泵水環水分支管道上安裝流量計，通常選用玻璃管轉子流量計來控制水環水用量。在管道設計上可采用NASH泵的做法，在水環水進泵體的管道上安裝一個限流孔板（孔板直徑在12～22 mm），并將其余的水環水用支管引入泵口噴入，這樣可以降低進泵氣體的溫度，既可保證進入水環水量，又能降低真空泵的能耗。

（8）真空系統的進氣管道運行背壓不超過6.86 kPa。如果超過6.86 kPa，應將一些真空泵的排氣管拆掉，另接單個分離槽。

（9）真空管道通常用壁厚2～3 mm不銹鋼管，在較高的真空度下使用時，要采取一些加強措施，防止真空管道被抽扁。

（10）在真空泵的進口處應設計DN150的檢查手孔，并在吸口法蘭處安裝不銹鋼絲網（孔徑Φ550μm），可防止開機時，鐵塊、焊渣進入泵體造成損壞。通常鐵絲網在運行一周后取下。

（11）關于氣水分離器的設置問題：如果真空泵的高度能滿足設置水腿的要求，則分離器要避免用抽液泵抽水，因為抽液泵工作不穩定時會影響真空系統的穩定。紙機下毛布真空吸水箱最好設置氣水分離器和抽液泵（特種泵），因為通常下毛布吸水箱位置低于4 m。

（12）真空泵、風機等真空設備的進口處，可安裝橡膠撓性接管，一方面可改善管道安裝對中問題和由冷熱引起的收縮和膨脹，另一方面可防止真空泵振動傳遞到紙機上。

而跟追糾纏行為成立要件中，最無爭執之處應為客觀上行為具有“重復、持續”實施之特性⑤實然，行為之重復實施特性尚必須對他人權利行使造成影響、社會大眾普遍難以忍受，以免株連過廣。，此亦屬于跟追糾纏行為之所以應加以防制的原因，藉以排除僅屬于單一的人際互動行為。至于行為對于被害人造成生理、心理健康，社會互動及經濟層面之影響，自可由醫學方式證明，或自客觀事實舉證。但是否必須納入行為人主觀意欲、動機或意圖作為成立要件的認定，本文認為，基于舉證不易，而且實際上難以客觀判斷，在無法判定主觀要件下反而容易導致防制上的漏洞。故在此本文不建議將主觀要件納入跟追糾纏行為之成立要件中。

（13）當兩個或兩個以上的真空度不通的真空點合并用一臺泵時，其抽吸量不是簡單地相加，而應根據P1V1=P2V2公式計算，將低真空的抽吸量換算成高真空的抽吸量之后相加。

4 排水溝和集水坑的設計

在最新的大型紙機中，紙機真空系統無一例外地配置了排水溝和集水坑。真空泵布置在排水溝上，泵基礎板作水溝蓋板。當真空泵排出的水氣通過排水溝時，是以高速蒸汽流的形式存在。在排水溝端部的擋水板處，氣體流速下降，水從空氣中分離出來，用水泵排出集水坑，空氣通過排氣口排到大氣中。下面介紹排水溝和集水坑的設計要點，見圖1。

圖1 排水溝、集水坑的設計

（1）要注意真空泵的布置順序，高壓真空泵應布置在排水溝的盡頭，低壓真空泵布置在集水坑的盡頭，防止低壓真空泵產生背壓。

（2）排水溝和集水坑標準設計根據選用的氣體流速。

（3）排水溝底面坡度為4%，排水溝內壁應貼瓷磚。

（4）集水坑內設置一塊傾角為60°的擋水板，材質可以是不銹鋼或混凝土，其作用是分離水和氣體。集水坑內壁應貼瓷磚。

（5） 集水坑的形狀和容積直接影響氣水分離的效果，設計時應嚴格按流速要求計算。圖1中的數據供設計時參考。

（6）集水坑的排水泵宜選用自吸式不銹鋼離心泵。

5 水環水回收系統的設計

在真空系統運行時，因水蒸氣冷凝、氣體壓縮和效率損失而產生熱量必須不斷地從系統中排出，這些熱量是由真空泵排出的氣體和水帶走，因此，收集的水環水溫度在40～50℃之間，回用于真空泵的水環水要求不低于30℃，才能保證真空系統效率穩定。收集水環水的最佳方法是配置排水溝和集水坑，經收集的水環水由泵抽提至冷卻塔或經過熱交換回收熱能。冷卻后的水環水再由曲面篩過濾或澄清器冷凝后送至紙機各系統的需求點。

真空泵水環水回收系統的設計應注意以下幾點：

（1）冷卻塔布置在離泵2.5～7.0 m高的位置上。

（2）冷卻塔應帶有兩種速度的電機，可在夏季和冬季調整運行狀況。

（3）在給水泵停機時，冷卻塔的水都排至水槽，防止冬季停機期間冷卻塔凍結，并便于檢查和清洗。

（4）冷卻塔的回流管應設置溫度開關，用于調節風機速度，從而調節冷卻塔的運行狀態、避免冬天凍結。

（5）過濾設備選用曲面篩（篩縫0.1 mm）。

（6）在高寒地區回水管要保溫。

6 6號紙機真空系統設計

南紙第四抄紙車間6號文化紙機，運行設計車速1 400 m/min，定量76.1 g/m2，年產文化紙25萬t。目前車速穩定到1 200 m/min，向設計車速靠近。產品質量達到工藝操造要求，成紙質量穩定，已陸續生產出80 g/m2雙膠紙、80 g/m2靜電復印紙、70 g/m2雙膠紙、70 g/m2靜電復印紙、45 g/m2無碳復寫原紙等多種文化用紙。

6.1 真空點參數

6號紙機各部真空點設計參數[4-7]，見表1。

表1 6號紙機各部真空點設計參數

6.2 真空泵選擇

根據紙機真空系統要求，真空泵設備配置方案為：佛山水泵廠的真空泵9臺，均采用西門子技術改進的CBF系列真空泵；使用SKF軸承和SEW齒輪箱傳動機構，基本達到真空度要求。真空泵總裝機容量2 880 kW。

6.3 真空系統設計

依據前面所述真空系統設計的原則和方法，按我廠實際情況設置獨立的真空泵房。真空泵采用“一”字型布置，設置排水溝和集水坑，合理布置真空泵使之不產生背壓，采用自吸式離心泵保證水環水的回收，并將回收的水環水送到過濾系統回用于紙機。真空管道的設計基本使各個抽吸點獨立，尤其是吸移輥、引紙毛布吸水箱和真空壓榨輥，做到真空點分配合理。采用真空總管分配方式，優化真空設計管道，嚴格按真空管道和汽水分離器的流速要求計算，使整個系統排氣順暢。

【1】曹邦威．紙漿造紙工程大全[M]．北京:中國輕工業出版社,2001．

【2】王忠厚．制漿造紙工業積算手冊[M]．北京:中國輕工業出版社,1994．

【3】王繼常．真空系統設計[M]．沈陽:東北大學出版社,2002．

【4】達道安．真空設計手冊[M]．三版．北京:國防工業出版社,2006．

【5】董繼先,常治國,黨睿,等．紙機熱泵及其供熱系統簡介[J]．紙和造紙，2012(6):13-17．

【6】曹振國,劉潤之．熱泵控制系統在低速衛生紙機上的應用[J]．紙和造紙,2012(7):12-14．

【7】袁越錦,袁月定,黨新安,等．紙機干燥部蒸汽噴射式熱泵內流體流動的三維CFD模擬[J]．紙和造紙,2012(5):6-9．