Paolo Raffaelli

TT SYD鋼制揚克缸的實際應(yīng)用和現(xiàn)場體驗

TT SYD Steel Yankee Dryer

Paolo Raffaelli

介紹

揚克缸是干燥部的主要組成部分，也是確保生活用紙質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備。揚克缸和氣罩的共同作用決定了紙幅的干度，因此它對紙廠的生產(chǎn)能力有著重要影響，確切地說，如果想要獲得較大的熱交換能力，它影響更大。紙幅的干燥也是個熱能密集的過程，揚克缸的某些區(qū)域具有節(jié)能的巨大潛力。

歷史

紙機用鋼制烘缸的制造始于上世紀60年代初。自此以后各公司制造了1,200多臺鋼制烘缸，在制造、工藝和故障排除等方面，積累了大量的參考數(shù)據(jù)。

1999年，鋼制烘缸被廣泛應(yīng)用，同時一些公司開始使用有限元法（FEM）和3D技術(shù)等現(xiàn)代化分析手段，設(shè)計和檢驗鋼制揚克缸的結(jié)構(gòu)。

一年后，第一臺直徑為2,500mm的加肋鋼制揚克缸的原型被制造出來了，并經(jīng)過運行測試。兩年后，第一臺直徑為3,660mm的鋼制揚克缸成功投入運行；2006年第一臺直徑為4,572mm的鋼制揚克缸投放市場，而2010年第一臺直徑為4,876mm的鋼制揚克缸被安裝就位。

如今，10多年的經(jīng)驗和現(xiàn)場數(shù)據(jù)有助于設(shè)計更先進的鋼制揚克缸，在技術(shù)上，可供使用的鋼制揚克缸直徑可高達5,486mm，最大缸體寬度可達7,200mm，并符合美國機械工程師協(xié)會（ASME）、歐洲壓力容器標準（PED）、中國特種設(shè)備標準（CSEI）和日本工業(yè)標準（JIS）等制造標準?，F(xiàn)有的技術(shù)背景、現(xiàn)場數(shù)據(jù)以及有效的制造流程有助于進一步優(yōu)化揚克缸的設(shè)計、制造和工藝。

設(shè)計和制造

鋼制揚克缸的制造從設(shè)計、3D示意圖確定和利用有限元法（FEM）分析開始，在運行時，缸體產(chǎn)生的應(yīng)力和變形都是承受的負載和受到的制約造成的。下列條件評估一般適用于任一揚克缸：

● 工作條件：評估揚克缸運行狀態(tài)下的應(yīng)力和排汽量。

● 損紙條件：在這種配置下?lián)P克缸不與濕紙幅接觸。

● 流體檢驗條件：評估揚克缸在流體檢驗條件下的應(yīng)力和排汽量。

利用應(yīng)變儀和排汽量測定法進行實驗室檢測，驗證理論分析。

在純惰性氣體環(huán)境中，使用合格的鋼板和螺栓、經(jīng)驗證的幾何結(jié)構(gòu)和自動化的制造工藝，還有在制造鋼制揚克缸的不同階段進行質(zhì)量、尺寸和無損檢驗，這些都確保了鋼制揚克缸最終能達到相應(yīng)規(guī)范和工藝要求的質(zhì)量標準。

定期進行檢驗

鋼制揚克缸運行時現(xiàn)場測量和控制的數(shù)據(jù)將繼續(xù)為這種設(shè)備的進一步發(fā)展積累經(jīng)驗。

到目前為止，幾乎所有已安裝的鋼制揚克缸都進行了定期檢驗。建議定期檢驗應(yīng)包括以下幾個方面：

● 用傳統(tǒng)方法（MT、UT、其他無損檢驗）進行檢驗，以及用最新一代儀器（即相控陣檢驗儀）對所有結(jié)構(gòu)焊縫和螺栓以及壓力最高區(qū)域進行檢驗。

● 冷凝水排出系統(tǒng)檢驗。

● 金屬鍍層檢驗。

● 在室溫和高溫環(huán)境下的徑向振擺檢驗。

● 鋼制揚克缸在帶紙和不帶紙情況下的溫度橫向分布檢驗。

近10多年的檢驗數(shù)據(jù)表明，鋼制揚克缸在經(jīng)過4億次以上的疲勞周期后，擺幅小于0.05mm。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)和經(jīng)驗概述

鋼制揚克缸10多年的應(yīng)用經(jīng)驗構(gòu)成了以今天大量有用現(xiàn)場數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的技術(shù)和工藝標準。

用鋼材代替鑄鐵可顯著降低缸體的厚度，減小熱傳遞阻力。其結(jié)果是，鋼制揚克缸內(nèi)的蒸汽冷凝作用大于一般揚克缸和氣罩系統(tǒng)，因此干燥能力更大。就能源需求而言，鋼制揚克缸是最有效的干燥設(shè)備，運行中最大允許工作壓力在10bar以內(nèi)。

已安裝的鋼制揚克缸證實，在尺寸和操作壓力都相同的情況下，鋼制揚克缸的熱交換率和冷凝能力一般比鑄鐵揚克缸至少高30%。同樣，用鋼制揚克缸代替鑄鐵揚克缸可全面提高紙機的干燥能力。

表1 5.5bar壓力下的兩種加肋揚克缸比較

表2 7.8bar壓力下的兩種加肋揚克缸比較

在不同操作壓力下，直徑4,572mm鋼制揚克缸和鑄鐵揚克缸的干燥效率比較（根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)），見圖1：

圖1 鋼制揚克缸和鑄鐵揚克缸的干燥效率比較

鋼制揚克缸的隔熱端蓋可提高熱效率和節(jié)能3%～5%。

圖2 鋼制揚克缸使用的隔熱端蓋

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)可知，理論上計算的熱損失是偏低的。圖3為直徑4,876mm，缸體寬3,995mm的鋼制揚克缸在不同隔熱層厚度下通過端蓋的熱損失。

通過熱掃描等方法對運行的鋼制揚克缸進行現(xiàn)場檢測，驗證了以上數(shù)據(jù)。

圖3 鋼制揚克缸熱損失與隔熱層厚度的對比

由揚克缸尺寸大小決定的熱流量，已確認會隨端蓋表面溫度的顯著下降而降低。

TT SYD鋼制揚克缸的運行——故障排除

以下為揚克缸最常出現(xiàn)的問題：

● 虹吸管堵塞

● 由于刮刀架定位有誤或者其他外部原因（如不均勻或不正確的噴涂）造成金屬鍍層的不均勻磨損

● 異物通過壓區(qū)造成的意外損傷

● 紙幅出現(xiàn)濕條痕。

表3給出了鍋爐用水一些推薦的水質(zhì)參數(shù)，僅供參考，以維持水在蒸汽發(fā)生器的多次循環(huán)，水-蒸汽系統(tǒng)通過水-蒸汽管線與鋼制揚克缸相連。

表3 紙廠鍋爐用水水質(zhì)參數(shù)

實踐經(jīng)驗證明，虹吸管的堵塞經(jīng)常是由于蒸汽質(zhì)量差造成的，因為蒸汽質(zhì)量差有可能會導(dǎo)致?lián)P克缸內(nèi)部形成過多黑色氧化物（四氧化三鐵銹層），并隨后發(fā)生脫落堵塞虹吸管。

對以上參數(shù)進行控制，將可獲得最理想的生產(chǎn)條件，即確保黑色氧化物的成形薄而均勻，并牢固地附著于鋼制揚克缸的內(nèi)表面。

在鐵氧化量與熔化的氧化物量還沒處于均衡狀態(tài)之前，緊密且附著的四氧化三鐵銹層可提高反應(yīng)阻力，減緩發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，保持四氧化三鐵銹層厚度不變（這種反應(yīng)是自身限制的）。實際上，四氧化三鐵銹層是防銹蝕層。

圖4為自2000年以來一直在運行的加肋鋼制揚克缸內(nèi)表面相片。檢查時發(fā)現(xiàn)其內(nèi)表面牢牢地附著一層均勻且薄的黑色氧化物。這層氧化物保護烘缸內(nèi)表面不被銹蝕，制造時機械工具留下的痕跡仍清晰可見。

圖4 加肋鋼制揚克缸內(nèi)表面相片（2011年5月攝)

上述數(shù)據(jù)是檢驗鍋爐用水質(zhì)量的標準。另外，為了確保質(zhì)量參數(shù)正確無誤，額外的數(shù)據(jù)還可用于幫助紙廠技術(shù)人員準確地對采樣點、化學(xué)品加入點、用量和種類進行定位。

刮刀架準確定位可有效避免金屬鍍層和刮刀本身的過度磨損；刮刀過度磨損就得頻繁地更換刮刀，這意味著增加了磨刀量，并且還會增加停機時間和減產(chǎn)。影響刮刀壽命的其他重要因素還有缸面涂層的均勻性和化學(xué)品混合的均勻性，這兩個因素對確保刮刀固有性能必不可少。雖然這些都

是一般性準則，但是還需紙廠受過專業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員進行定期檢驗。

圖5 不均勻磨損的藍鋼刮刀

有些時候，紙廠會生產(chǎn)出帶濕條痕的衛(wèi)生紙。在過去10年中已出現(xiàn)了各種各樣的案例。紅外線技術(shù)的使用對根治紙病非常有效。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明，在這些案例中，92%都與揚克缸無關(guān)。在其余的8%中，濕條痕的產(chǎn)生通常與虹吸管的堵塞有關(guān)。虹吸管堵塞是由于蒸汽質(zhì)量差，導(dǎo)致產(chǎn)生了過多的黑色氧化物，而黑色氧化物隨之發(fā)生脫落，堵塞虹吸管。

從圖6中能觀察到帶濕條痕的紙卷的溫度記錄。

圖6 帶濕條痕與無紙病的紙卷的溫度記錄對比

多年以來，異物通過壓區(qū)造成鋼制揚克缸外表面損壞屢見不鮮。在每個案例中，出事后立刻對揚克缸進行檢驗，檢驗缸體的結(jié)構(gòu)完整性，并確認結(jié)構(gòu)完整性是否受到破壞。對異物通過區(qū)域進行必要的無損檢測發(fā)現(xiàn)，損壞僅發(fā)生在金屬鍍層上，不會影響揚克缸的運行。鋼材的機械性能使其比較脆的鑄鐵更耐沖擊。

圖7 螺釘通過壓區(qū)后真空托輥包膠上出現(xiàn)的傷痕

圖8 螺釘通過TT SYD鋼制揚克缸壓區(qū)后缸面出現(xiàn)的傷痕

圖9 螺釘通過TT SYD鋼制揚克缸壓區(qū)后缸面出現(xiàn)的傷痕尺寸

結(jié)論

上述證據(jù)表明，現(xiàn)在已有大量有關(guān)鋼制揚克缸的制造、運行和故障排除的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

擁有10多年的經(jīng)驗以及超過90臺的應(yīng)用，如今鋼制揚克缸的設(shè)計技術(shù)已日益成熟，但仍需進一步改進。

（黎的非編譯，陳海昌審校）