劉超鋒 付漢卿 劉應(yīng)凡 許培援 劉亞莉 戚俊清

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院河南省表界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州，450002;2.河南神馬氯堿發(fā)展有限責(zé)任公司，河南平頂山，467000)

經(jīng)網(wǎng)部脫水及壓榨后的濕紙幅含有的剩余“結(jié)合水”借助烘缸蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)紙張的干燥。由于種種原因干燥過(guò)程中會(huì)使烘缸內(nèi)部積水，當(dāng)烘缸內(nèi)部嚴(yán)重積水時(shí)，需加大吹通蒸汽量，造成部分蒸汽在烘缸內(nèi)未冷凝就排出，使蒸汽用量升高導(dǎo)致能耗增加;有時(shí)需放慢紙機(jī)車速，如果在冬天，車速會(huì)降得更低，使紙機(jī)產(chǎn)量減少。烘缸積水，再加上長(zhǎng)期使用后還會(huì)在烘缸內(nèi)部結(jié)垢，造成烘缸表面溫度降低，使紙張橫幅水分的穩(wěn)定性下降，導(dǎo)致成品率下降。烘缸內(nèi)積水還會(huì)使烘缸局部過(guò)熱，易引起紙幅在干燥部斷紙。對(duì)于揚(yáng)克烘缸，烘缸積水易導(dǎo)致以下現(xiàn)象:傳動(dòng)側(cè)“脫缸”，即濕紙幅進(jìn)入烘缸干燥時(shí)，在托輥出口與烘缸面間的楔形區(qū)域，濕紙幅不能緊密貼于烘缸面而發(fā)生脫離;另一側(cè)“抓缸”，即濕紙幅緊密貼于烘缸面而不能從烘缸面剝離。烘缸積水，使得烘缸兩側(cè)表面溫度低于露點(diǎn)而“出汗”，引起刮刀上刮出水來(lái)，使紙面上產(chǎn)生銹痕［1］。烘缸積水會(huì)導(dǎo)致紙張橫幅水分兩邊小、中間大的狀況，也是紙張產(chǎn)生皺褶的原因之一，使得紙張平整性差，表面強(qiáng)度下降、施膠熟化效果差［2］，AKD消耗量偏高。不僅如此，烘缸嚴(yán)重積水后，紙機(jī)傳動(dòng)電耗偏高;烘缸的動(dòng)平衡遭到破壞，使得運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)架產(chǎn)生振動(dòng)和搖晃;過(guò)多的冷凝水從烘缸的中空軸漏出而使烘缸軸承的潤(rùn)滑油遭受污染，進(jìn)而使軸承溫度在短時(shí)間內(nèi)升高過(guò)多而引起紙毛起火的事故;蒸汽冷凝水系統(tǒng)超壓導(dǎo)致自烘缸人孔蓋處泄漏出水;為了排除積水，進(jìn)汽壓力被迫加大，也易造成汽頭過(guò)分受壓而損壞。對(duì)于被動(dòng)式串聯(lián)供熱的多段供汽系統(tǒng)，烘缸內(nèi)嚴(yán)重積水時(shí)，會(huì)造成冷凝水泵反復(fù)啟停而損壞。而為了排除烘缸積水，有時(shí)不得不打開直排的旁通閥，后續(xù)設(shè)備可能經(jīng)不起如此大的熱負(fù)荷沖擊。尤其是對(duì)于三段通汽系統(tǒng)，烘缸積水后，新鮮蒸汽通過(guò)冷凝水排出管道直接進(jìn)入二段、三段通汽管道和冷凝器，接著冷凝水與不凝性氣體一起進(jìn)入抽氣真空泵，此時(shí)抽氣真空泵葉輪存在遭受高溫汽蝕的可能。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況判斷出烘缸內(nèi)積水，烘缸積水后進(jìn)行正確的處理，在設(shè)計(jì)階段就制定出烘缸積水的防范措施，吸收紙廠烘缸積水的改造經(jīng)驗(yàn)對(duì)防范和解決烘缸積水問(wèn)題很有必要。

1 烘缸積水的判斷

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，可以借助于以下幾個(gè)運(yùn)行參數(shù)和現(xiàn)象判斷烘缸是否積水:①烘缸排水管上的視鏡［3］流水情況;②烘缸內(nèi)蒸汽溫度和烘缸表面溫度的差值過(guò)高;③運(yùn)行烘缸表面溫度偏低;④其他條件無(wú)變化而干燥能力不足;⑤紙機(jī)斷紙時(shí)，積水烘缸中的冷凝水封住虹吸管入口，其進(jìn)汽壓力很難降低;⑥烘缸的傳動(dòng)電流明顯超過(guò)工作車速穩(wěn)定時(shí)的最小電流，且無(wú)設(shè)備故障原因等。

2 烘缸積水后的處理措施

烘缸微積水狀態(tài)下，適當(dāng)提高末段真空度，增加壓差有利于排水。烘缸積水量大時(shí)，因傳動(dòng)負(fù)荷變化而引起車速變化，由此導(dǎo)致無(wú)法生產(chǎn)時(shí)，被迫放慢車速、打開旁通閥疏水 (甚至把疏水閥拆除)或停機(jī)進(jìn)行排水。

烘缸內(nèi)積水后，提供更高的烘缸進(jìn)汽壓力 (通入更多蒸汽)，以便順利排水。噴吹蒸汽的流量足夠，確保烘缸排水通暢。對(duì)于采用熱泵供熱的烘缸，其排水結(jié)構(gòu)如果采用固定虹吸管，則靠烘缸內(nèi)蒸汽壓力與排水管線終端壓力的壓差排出烘缸內(nèi)的冷凝水，并在虹吸管接頭處進(jìn)行壓差調(diào)節(jié)，確保冷凝水跨過(guò)虹吸管的壓差足夠，保證烘缸內(nèi)不出現(xiàn)積水。

在運(yùn)行中，為了確保烘缸排水通暢，分別及時(shí)檢查及修復(fù)以下設(shè)備:損壞 (松動(dòng)、脫落、被磨穿孔、冷凝水擊斷)的虹吸器;發(fā)生內(nèi)漏的旋轉(zhuǎn)接頭;有故障的回汽管上疏水閥;檢測(cè)烘缸上不準(zhǔn)或失靈的壓力變送器;對(duì)中性比較差的水平管。尤其是汽頭進(jìn)汽腔與出水腔中間的密封損壞后要及時(shí)修復(fù)，以免進(jìn)汽腔與出水腔串汽，從根本上保證排水壓差。

3 防范烘缸積水的設(shè)計(jì)

若使烘缸不積水，必須使烘缸排水順暢。在多通道烘缸中，蒸汽被限制在緊貼烘缸內(nèi)表面的細(xì)小通道空間中［4］流過(guò)、放熱冷凝，冷凝水由后續(xù)蒸汽推動(dòng)從通道出口流出，使得排水十分容易。在烘缸內(nèi)壁沿烘缸軸向安裝破水棒 (擾流棒或稱湍流器)，可防止烘缸運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生水環(huán)，使得排水順暢。

對(duì)于多段串聯(lián)逆向通汽的供熱系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)法單獨(dú)調(diào)節(jié)各段烘缸所需要的蒸汽壓力和流量，使冷凝水在閃蒸罐內(nèi)正常工作，確保烘缸中的蒸汽冷凝水通暢排出。當(dāng)烘缸積水致使汽水分離器液位低時(shí)，可在汽水分離器后加裝疏水阻汽閥和集水箱，因?yàn)槭杷杵y使很少的蒸汽通過(guò)集水箱，同時(shí)因集水箱的液封作用也很少有蒸汽從冷凝水泵處流失。當(dāng)然，當(dāng)集水箱內(nèi)的液位過(guò)低時(shí)，停運(yùn)冷凝水泵，以免其空轉(zhuǎn)。

與多段供汽系統(tǒng)相比，熱泵主動(dòng)式蒸汽并聯(lián)技術(shù)解決紙機(jī)干燥系統(tǒng)烘缸積水問(wèn)題的效果更好。熱泵供汽系統(tǒng)根據(jù)二次蒸汽的流向，可以分為開式熱泵供汽系統(tǒng)和閉式熱泵供汽系統(tǒng)。在確保熱泵使用的高壓蒸汽在允許干度的情況下，熱泵系統(tǒng)的蒸汽入口管道和混合蒸汽出口管道之間避免并聯(lián)旁通閥，確保烘缸排水壓差。熱泵系統(tǒng)在出現(xiàn)斷紙等異常現(xiàn)象時(shí)，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng) (冷凝水偵測(cè)監(jiān)視系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng))反應(yīng)要及時(shí)，以免烘缸積水。

一旦出現(xiàn)斷紙，烘缸冷凝負(fù)荷就會(huì)降低。此時(shí)，如果虹吸管喇叭口形集水頭 (吸水管)與烘缸缸壁之間的間隙合理，確保蒸汽和冷凝水氣液二相流產(chǎn)生的管道阻力在一定范圍，即可保證虹吸器的排水能力。虹吸管的尺寸設(shè)計(jì)合適，虹吸管長(zhǎng)度合適，確保不碰到烘缸，以免虹吸管彎頭密封不好或斷裂而加劇烘缸積水。

對(duì)于單層布置的紙機(jī)的熱泵式三段供汽系統(tǒng)，閃蒸罐被落入地下坑內(nèi)，并且回水總管安裝高度不低于閃蒸罐的入口高度，總回水管道中的冷凝水［5］可以升高進(jìn)入閃蒸罐，使烘缸中的冷凝水順利排出。

固定式虹吸管要求烘缸排出冷凝水所需要的壓差較小，適用于車速較高的紙機(jī)。懸臂式虹吸管［6］所需的壓差不隨車速的提高而增大。懸臂式虹吸管也可在接近或低于大氣壓的進(jìn)汽壓力和壓差小的情況下排出冷凝水，通常適用于中速到高速的紙機(jī)。在旋轉(zhuǎn)虹吸管 (虹吸管固定在烘缸內(nèi)部)隨著烘缸一起旋轉(zhuǎn)的情況下，它需要克服重力和離心力，故旋轉(zhuǎn)虹吸管式排水裝置需要的壓差較高，此時(shí)最高車速以不影響排水為宜。圖1所示的旋轉(zhuǎn)虹吸管［7-8］的管頭部有特殊設(shè)計(jì)的進(jìn)汽孔，使蒸汽未經(jīng)冷凝直接進(jìn)入虹吸管內(nèi)，增加該管內(nèi)氣液混合物的流速，在虹吸管吸入口處產(chǎn)生負(fù)壓，使承受很大離心力的冷凝水強(qiáng)制排出。該技術(shù)也適用于高速紙機(jī)。同組烘缸內(nèi)旋轉(zhuǎn)虹吸管的吸口同方向位置上安裝，使得在紙機(jī)低速運(yùn)行或停機(jī)時(shí)，冷凝水呈積聚狀時(shí)起戽斗作用，利于烘缸內(nèi)冷凝水及時(shí)排出。

熱泵供熱系統(tǒng)各段烘缸冷凝水出口管道上分別設(shè)置排水孔板，保證汽水分離罐壓力不會(huì)過(guò)高，使烘缸排水順暢。在紙機(jī)蒸汽系統(tǒng)里，疏水閥將冷凝水排到系統(tǒng)外，當(dāng)操作壓力提高 (提高車速)時(shí)，烘缸內(nèi)冷凝水會(huì)突增，而合理設(shè)計(jì)的疏水閥壓差系統(tǒng)應(yīng)該及時(shí)應(yīng)對(duì) (排水迅速)，以免烘缸內(nèi)積水過(guò)多。在烘缸的出口用阻力小的孔板式連續(xù)疏水器［9］取代自由浮球式疏水閥，保證烘缸內(nèi)無(wú)積水。

對(duì)于開式熱泵干燥系統(tǒng)，由于閃蒸罐壓力降低、選擇的壓差疏水器及調(diào)壓疏水罐等疏水設(shè)備阻力小、排水壓差大，因此烘缸的冷凝水排出通暢。閉式熱泵供汽系統(tǒng)，一次性投資更高，但是其二次蒸汽經(jīng)由熱泵提升品位后只供本段烘缸使用，不足的部分通過(guò)補(bǔ)充蒸汽來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此烘缸排水性能更好。“質(zhì)調(diào)節(jié)單噴嘴熱泵”在輸出蒸汽流變化時(shí)，依靠裝在熱泵前的驅(qū)動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥以保持出口壓力不變，但是調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失使驅(qū)動(dòng)蒸汽的引射能力下降?！岸鄧娮炝空{(diào)節(jié)熱泵”［10］與單噴嘴質(zhì)調(diào)節(jié)熱泵相比較，不僅能滿足用戶蒸汽流量變化大 (10%～30%)的工況需要，還不用使用旁通閥，系統(tǒng)發(fā)生積水問(wèn)題的可能性更小。

4 紙廠對(duì)烘缸積水的處理及效果

表1中給出了紙廠采用蒸汽噴射式熱泵干燥供汽系統(tǒng)改造處理烘缸積水，且效果較好的情況，采用其他處理措施并取得效果的紙廠情況見(jiàn)表2。

5 結(jié)語(yǔ)

在生產(chǎn)過(guò)程中，由于烘缸排水不暢造成人孔蓋漏氣、漏水現(xiàn)象而不得不進(jìn)行維修操作，因此需要設(shè)計(jì)方便拆卸人孔蓋的工具以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。有的排水裝置需要的壓差較高，因此不得不提高進(jìn)汽壓力，不僅與其配套的汽頭很容易泄漏，還浪費(fèi)能源。在烘缸的虹吸器設(shè)計(jì)時(shí)，要確保烘缸進(jìn)汽端與排水端之間的壓差，還要考慮排水不暢發(fā)生水擊的、與缸體相切的沖擊力對(duì)缸體的可能破壞。當(dāng)烘缸及虹吸器都設(shè)計(jì)好后，確定排水能力時(shí)，還要考慮壓力及車速的提高使烘缸產(chǎn)生更多的冷凝水因素，設(shè)法將多余的冷凝水排走。設(shè)計(jì)各烘缸加熱組控制系統(tǒng)時(shí)，不僅要求烘缸排水效果好，還要求冷凝水中帶入的不凝蒸汽也比較少。設(shè)計(jì)紙機(jī)烘缸排出冷凝水的回用設(shè)施，以進(jìn)一步降低紙廠由于冷凝水當(dāng)作清水使用或者簡(jiǎn)單外排而增加的能量損失，一旦回用還可以節(jié)水。一個(gè)設(shè)計(jì)完善的紙機(jī)干燥部，需要考慮諸多因素的影響。

表1 紙廠采用蒸汽噴射式熱泵干燥供汽系統(tǒng)改造處理烘缸積水的情況

表2 紙廠采用其他措施處理烘缸積水的情況

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