卡伯值分析儀在漿線中的應用和維護

黃光明

（中國輕工業長沙工程有限公司，湖南長沙，410004）

卡伯值分析儀通過采用全新的設計理念和具有可靠性、及時性、精確性的特點，保證了對整個制漿生產線的有效控制。卡伯值分析儀在蒸煮器上的應用滿足了絕大多數卡伯值的測量需求，比如對高得率制漿連續蒸煮中點，間歇和連續噴放等處的測量。氧脫木素段漂前及氧和過氧化氫強化的堿抽提（EOP）段的在線卡伯值測量已成為當今企業的標準測量參數。在現代化漿廠中白度的測量也越來越普遍。通過卡伯值分析儀的白度控制和漿料質量控制的解決方案，成功實現了漿線的漂白控制。本文通過對卡伯值分析儀的工作原理、基本組成和日常維護及保養的介紹，為制漿生產線的儀表人員提供參考和借鑒。

1 卡伯值分析儀在制漿生產線的應用

化學漂白木漿廠要維持生產線的高效運行并保持漿的品質，使卡伯值和白度值維持在一定的范圍內，在生產過程質量管理中沒有在線分析儀的控制是非常困難的。卡伯值分析儀對于化學木漿廠來說是一個全新、超前的在線測量漿料木素和白度的產品，主要應用于蒸煮、氧脫木素和漂白工段卡伯值的測量及工藝過程控制，纖維各種參數以及纖維束含量的檢測和分析。本文以某100萬t化學漂白木漿廠卡伯值分析儀的應用為例進行介紹。

1.1 卡伯值分析儀安裝測點位置分析

某化學漂白木漿廠共有6個卡伯值取樣測點和4個白度取樣測點。6個卡伯值取樣測點分別安裝在噴放線出口中段、氧脫木素前段、氧脫木素后段、熱二氧化氯漂白（DO）前段、DO后段及氧強化的堿抽提（EO）段，4個白度取樣點位置分別為DO段、EO段、D1段、D2段。卡伯值分析儀是一種分散取樣、集中檢測的裝置，所以取樣閥安裝位置離卡伯值分析儀位置較遠、取樣管線較長，容易出現取樣管堵塞情況，因此各點取樣閥安裝位置極為重要，需要安裝在漿料穩定、極易反應參數變化的位置，另外工藝條件的選擇、取樣閥的選用尤其重要，如取樣閥（SD-501）主要用于篩選工段，漿濃為5%～15%、含雜質很少的漿料（EO段）；取樣閥（SD-502）主要用于未經篩選工段，漿濃為0.5%～15%、含雜質的粗漿（噴放線）；取樣閥（SD-505）主要用于漂白工段，漿濃為0.5%～15%、含有氯離子介質的漿料（D1、D2段），具體測量位置示意圖如圖1所示。

1.2 卡伯值分析儀在漿線中的應用

卡伯值分析儀在漿線中的應用可以提高紙漿白度值，降低化學品用量，使100萬t制漿生產線D1段紙漿白度常年保持在83%，D2段紙漿白度常年保持在87%左右，且二氧化氯（ClO2）用量穩定。

1.3 卡伯值分析儀在不同工藝的安裝形式

卡伯值分析儀在不同工藝中有不同的安裝形式，化學漂白木漿工藝主要有無元素氯（ECF）和全無氯（TCF），卡伯值分析儀取樣閥在兩種工藝中安裝位置分別為：在ECF漂白中卡伯值分析儀安裝位置為噴放線、氧脫木素（O2）前、氧脫木素（O2）后、DO前；但在TCF漂白中卡伯值分析儀主要安裝在噴放線、氧脫木素（O2）前、氧脫木素（O2）后和DO后。

1.4 傳統實驗室卡伯值測量與在線卡伯值分析儀測量

1.4.1 傳統實驗室卡伯值測量

漿料殘留木素的含量可以采用酸溶木素與酸不溶木素含量表征，即木素含量的測定方法。但該方法測量時間較長，相對較復雜，因此普遍采用的是高錳酸鉀氧化法測定漿料的卡伯值，該數值的大小反映出經蒸煮后殘留在漿料中木素含量的多少以及其他還原性物質的相對含量，從而對蒸煮工藝的控制以及為漿料漂白工藝的制定提供依據。漿料的卡伯值是指一定量的漿料在特定的酸性條件下，與一定量的高錳酸鉀反應一定時間，得到的值換算成相當于消耗50%高錳酸鉀量。漿料卡伯值計算見式（1）。

式中，K為漿料的卡伯值；p為漿料消耗0.02 mol/L高錳酸鉀溶液的量，mL；M為漿料的絕干質量，g；f為相當于50%高錳酸鉀消耗量的修正值。

由于一般實驗室測量卡伯值耗時過長，工作量大，需要大量的化驗人員，且化驗人員熟練程度不一樣，導致檢測的結果誤差大，檢測時間長，漿線品質控制效果差，不能滿足生產要求。

1.4.2 在線卡伯值分析儀測量

在線卡伯值分析儀采用光學原理進行測量，樣品經過測量儀時氙光源對漿料進行照射，然后以不同波長的光散射強度得出卡伯值，測量時間快，誤差小，能滿足工藝要求，因此大部分漿廠都采用在線卡伯值分析儀進行測量。

2 卡伯值分析儀基本組成

卡伯值分析儀主要由現場取樣閥、沖洗單元、測量單元以及收集單元組成，如圖2所示。工作原理是現場取樣閥將取到的漿料通過輸送管送到卡伯值分析儀洗滌單元，再通過測量單元對樣品進行分析從而得出實驗結果。

（1）現場取樣閥：主要由兩種取樣閥組成，型號分別為SD-502和SD-505，都屬于直通型取樣閥，其中SD-502主要用于未篩漿料和濃度低于6%的漿料，其材質為不銹鋼SS316L；SD-505主要用于含有氯元素的未篩漿料，其材質為鈦合金。兩種取樣閥都可以使用在漿濃為0.5%～15%的工藝中。

圖2 卡伯值分析儀基本組成

（2）沖洗單元：主要是對取樣閥從管道收集的漿料進行洗滌，使漿中含有的雜質分離，并使漿料的濃度稀釋到一定值，達到分析儀測量漿料的卡伯或白度值要求。

（3）測量單元：主要由卡伯傳感器、白度傳感器、濃度傳感器、液位傳感器、各種模塊、電源轉換器和中央處理器（CPU）等組成。

3 卡伯值分析儀的工作原理及測量步驟

3.1 卡伯值分析儀參數

卡伯值分析儀水的規格：①未凈化的熱水，水溫要求為50～60℃，允許誤差為絕對值2.5℃，水的壓力0.3～0.6 MPa，卡伯值分析儀輸送水管管徑為20 mm。②化學凈化的冷水,水壓要求為0.5～0.8 MPa，水溫大于2℃。③去離子水：電導率（Conductivity）＜0.3 mS/m，pH值6～8，SiO2＜0.02 mg/L，T=18～50℃，水壓0.5～0.8 MPa，安裝所用水管管徑為20 mm。

卡伯值分析儀要求提供的氣壓為0.4～0.6 MPa，安裝所用的氣源管管徑為15 mm，卡伯值分析儀工作循環泵所用電壓為400 VAC/50 Hz，電源轉換器電壓為220 V，操作電壓（Operating voltages）90～132/175～264 VAC，3.44～440 Hz，350 VA；沖洗單元（washing unit）模塊所用電壓分別為5、15、24 V。卡伯值分析儀供水系統和冷卻水系統圖見圖3。

3.2 卡伯值分析儀工作流程和步驟

卡伯值分析儀執行檢測指令后，先進行沖洗操作，去離子水對整個測量系統進行沖洗以滿足卡伯值的測量要求；對于單筒測量的卡伯值分析儀開始取樣和漿料輸送，漿料檢測周期受所檢測漿料種類、沖洗次數和取樣點到分析儀距離的影響；漿料通過管線輸送到卡伯值分析儀的預篩選裝置，用于除去漿料中的大塊漿團和木節；初篩后的漿料進入沖洗室，在沖洗室內的漿料量由液位傳感器控制，達到設定液位后，自動關閉進漿料控制閥，多余的漿料通過排污口排除；然后漿料在沖洗室進行篩選、清洗，用于除去漿料殘留的藥液以滿足卡伯值和白度值測量要求；然后卡伯值分析儀正式進行測量，測量步驟依次是取樣、輸送、預篩選、篩選，用熱水對漿料進行清洗，用冷水沖洗漿料、混合漿料、掃描測量、闊葉木（HW）/針葉木（SW）測量、分析儀清洗和水閥測量結束。

（1）取樣

卡伯值分析儀給取樣閥一個25 V直流電壓的D0信號，該信號要與測量水壓的壓力開關形成一個串聯回路，只有當水壓大于0.3 MPa時，取樣閥才能進行動作取到漿料，然后通過輸送水將其送到卡伯值分析儀進行分析。

圖3 卡伯值分析儀的供水系統和冷卻水系統圖

（2）預先篩分和沖洗

預先篩分目的是通過輸送熱水對管道取回來的漿料進行清洗，把雜質和未煮好木片分離得到純凈的漿料。沖洗是在卡伯值分析儀混合桶里面，加一定的壓力將漿料充分沖洗干凈，在整個沖洗過程中，測量回路是一直加壓的，壓力在0.25 MPa左右。

（3）熱水沖洗樣品

沖洗過程中水的溫度對分析儀測量值存在很大的影響，結果見圖4。

圖4 水溫對卡伯值分析儀的測量影響

（4）樣品充分混合和參數測量

該步驟將對漿料的濃度進行充分的調節，見圖5。

（5）濃度調節過程

允許最低濃度為正常漿料濃度的0.9倍（0.9CS），如果初始濃度低于這個值，就會出現濃度低極限（CS LOW LIMIT）報警；如果初始濃度稍高一點，濃度開始調節，直到達到允許濃度；如果濃度過高，漿料不能調節到允許濃度，則會出現允許濃度錯誤信號（CONSISTENCY 1 ERROR），當漿濃達到允許濃度時，整個回路開始加壓測量,漿料在加壓的回路中被水稀釋，如果漿濃未達到測量最低允許濃度則會出現最低濃度錯誤信號（CONSISTENCY 2ERROR），濃度調節是用來計算漿料卡伯值參數的，闊葉木（HW）/針葉木（SW）的比率通過CPU處理濃度傳感器的輸出信號得到，然后利用獲得值，正確地選擇相應等級的漿，適用相應的縮放比例。闊葉木（HW）/針葉木（SW）值、卡伯值參數、白度參數結合起來計算的結果判斷漿料是闊葉木（HW）或者是針葉木（SW），同時用來決定選擇相應計算公式。卡伯值分析儀的CPU將4種不同木質比例計算公式儲存起來用于計算不同種類的漿料。

3.3 卡伯值測量

卡伯值分析儀采用光學原理進行測量，漿料經過測量儀時氙光源對漿料進行照射，然后以不同波長的光散射強度得出卡伯值。白度測量：白度分析儀采用光學原理進行測量，漿料經過測量儀時氙光源對漿料的反射和散射性來測量，從而得出白度值，具體原理見圖6。

3.4 測量計算法則

圖5 漿濃的調節步驟

圖6 卡伯值分析儀光學原理圖

卡伯值分析儀連續進行測量然后通過CPU計算，收集所有傳感器的連續測量值，但每個傳感器只有一個值被選擇，通過計算得出最終的卡伯值或者白度值，每組通過計算公式得出的測量值，再根據卡伯值范圍和木素的種類來選擇相應計算公式，從而得出卡伯值或白度的測量值。

3.5 漿料等級的變差系數（CV）的測量

CV值是測量長短纖維的一個重要指標，對應具體趨勢圖見圖7。漿料等級的變差系數極限值為1，當測量結果大于1時判斷為闊葉木漿，當測量結果小于1時判斷為針葉木漿。

4 卡伯值分析儀的維修和保養

4.1 卡伯值分析儀的日常維護和保養

制定卡伯值分析儀每周、每月巡點表，確定卡伯值分析儀每周至少進行1次例行檢查，檢查內容主要為：①通信狀況檢查，目視檢查卡伯值分析儀的狀況，通信是否正常；②檢查卡伯值分析儀水、空氣及取樣管線是否泄漏；③確保進行電子裝置的凈化空氣恒定（（0.035±0.01）標準立方英尺/min）；④確保進氣壓力為0.45 MPa；⑤目視檢查測量筒的金屬網，是否有破損；⑥檢查各電磁閥動作是否正常；⑦清潔泵的止回閥，確保泵運行正常；⑧從手操器中讀出各種參數并記錄下來，檢查卡伯值分析儀亮度測量單元參數是否有異常；⑨在手操器中讀出各類參數是否正常，如果異常，檢查異常原因并處理；⑩檢查化學試劑是否足量。

圖7 CV測量值對應的長短纖維趨勢圖

4.2 卡伯值分析儀壓力、溫度開關檢查和處理

（1）空氣壓力開關報警檢查：①需要進行壓力校正；②需要檢查儀表氣源是否正常；③檢查空氣過濾器是否過臟，并清潔。

（2）冷水開關報警檢查：①需要進行冷水開關校正；②檢查冷水入口壓力是否過低；③檢查水過濾器是否過臟并清潔。

（3）溫水開關報警檢查：①需要進行溫水開關校正；②檢查溫水入口壓力是否過低；③檢查水過濾器是否過臟并清潔。

4.3 卡伯值分析儀重要參數報警檢查和處理

4.3.1 水參數低極限值（Water value low limit）

故障原因為卡伯值測量單元臟，如果測量單元不干凈，卡伯值分析儀可能測定的卡伯值結果高于實際值。因此確保清潔化學品桶中有適量的化學品。縮短兩次清洗之間的時間，通過設置較小的“化學清洗”值，也可以設定一個更長的開放時間SV15閥，并更改清洗順序等方式確保測量單元清洗干凈。

4.3.2 濃度低報警極限值（Consistency low limit）

引起濃度故障的原因：①上部與下部金屬篩網檢查篩網是否堵塞；②測量桶上部水管噴嘴以及氣源噴嘴是否清潔或者堵塞；③樣品輸送水的壓力是否正常；④工藝原因本身漿濃是否太低；⑤取樣線是否堵塞；⑥取樣閥是否工作；⑦HW/SW比例是否改變。

4.3.3 濃度報警1&2（Consistency error 1&2）

引起濃度報警的原因：①測量回路是否堵塞；②循環泵是否工作；③濃度傳感器是否堵塞或者濃度太高；④確保冷水壓力是否在0.35 MPa左右,如果太低會引起濃度報警；⑤檢查底部篩網是否堵塞。

4.3.4 初始容積報警（Initial volume error）

產生此現象的原因主要是進入漿料濃度太低，無法完成自動檢測，在測量回路或者取樣管線有堵塞，造成測量單元的濃度太低；需要檢查取樣參數設置是否正確，取樣時間設置是否合理，取樣管線壓力是否足夠，取樣器壓力開關是否正常工作，工藝管道內漿料是否異常導致樣品無法取出，檢查濃度傳感器（LC100）工作是否正常，是否出現堵塞情況等。

4.4 卡伯值分析儀電子元件故障檢查和處理

（1）當探測器信號小于0.025 V或者大于4.9 V則會引起測量單元無法工作。

（2）對濃度傳感器（LC100）和各電路板進行檢查。

5 結語

本文通過對卡伯值分析儀的基本結構和工作原理深入了解，熟悉掌握卡伯值分析儀的工作性能和維修技能，在日常維護過程中對卡伯值分析儀的巡點維護，從而降低卡伯值分析儀的故障率，使其長期穩定運行。卡伯值分析儀在漿線中的應用使漿料的白度值控制在87%以上，對提高漿線的品質有很大的作用，可以大大提高生產效益；并通過對卡伯值分析儀的工作原理和維護技能的介紹，為制漿生產線的儀表技術人員提供參考和借鑒。