呂文志 蔣志龍 李菊香 周海燕 鮑安惠 駱朝濤 田江洪 龍 柱

（1.黔南民族師范學院化學化工學院，貴州都勻，558000；2.江南大學紡織科學與工程學院，江蘇無錫，214122）

隨著現(xiàn)代造紙的發(fā)展，生產中各類助劑被大量應用[1-3]；造紙原料來源日益豐富和多樣化，特別是回收纖維的大量循環(huán)使用，導致紙機系統(tǒng)容易出現(xiàn)各類“污染物”問題，并由此引起生產和產品質量問題，給造紙廠商造成巨大損失[4-6]。為了降低造紙體系污染物的數(shù)量，減少和避免污染物問題的發(fā)生，造紙生產者也采取了很多措施：如熱分散、除渣器、壓力篩和高、低壓噴淋等機械設備的優(yōu)化使用[7-9]；又如添加各種膠黏物控制劑、殺菌劑及對成形網、毛毯和干網進行保潔清洗應用等[10-13]。盡管如此，在生產周期內各類沉積物的積累還是會發(fā)生，如不及時加以清除將會造成嚴重的膠黏物問題，這就需要在生產間歇對紙機上漿和白水系統(tǒng)進行充分的清洗。進行系統(tǒng)清洗時，首先要根據(jù)造紙體系的實際情況，選擇合適的清洗藥劑，用白水或清水加以稀釋后，在封閉漿料和白水系統(tǒng)中循環(huán)一段時間，最后將溶出的污染物連同清洗藥液一同排掉。紙機系統(tǒng)清洗，外文一般稱作“bo‐ilout”，國內有文獻稱之為“串洗”[14]，是消除紙機管路和設備表層沉積物，降低造紙體系內各類污染物數(shù)量的重要措施。

目前國內造紙生產中，特別是對于大型紙機來說，紙機系統(tǒng)清洗一般由專門的造紙化學品供應商來完成，包括提供清洗藥劑、清洗設備及人員服務等，而紙廠一線生產技術人員對紙機系統(tǒng)清洗包括其重要性、清洗原理及操作步驟等還缺乏深入的認識。本文就紙機系統(tǒng)清洗的相關原理、分類、清洗步驟及過程監(jiān)測等加以闡述，并通過列舉在國內某大型文化紙機上進行系統(tǒng)清洗的完整過程來加以說明。

1 紙機系統(tǒng)清洗分類及原理

根據(jù)清洗范圍或規(guī)模的不同，紙機系統(tǒng)清洗可分為短循環(huán)系統(tǒng)清洗和長循環(huán)系統(tǒng)清洗，另外還可根據(jù)所選用清洗劑種類的不同，分為堿性系統(tǒng)清洗和酸性系統(tǒng)清洗[14-15]。

1.1 按清洗區(qū)域或規(guī)模分類

1.1.1 長循環(huán)系統(tǒng)清洗

長循環(huán)系統(tǒng)清洗也可稱作大循環(huán)系統(tǒng)清洗，是對紙機上漿和白水系統(tǒng)的全面徹底清洗，涵蓋所有漿槽和從碎漿到紙機網部的全部設備。通常選擇在第一個漿槽中添加清洗劑，經過一段時間的循環(huán)串洗，再依次泵送到其他漿槽進行循環(huán)串洗。因為清洗區(qū)域大，涉及到的設備多，總的清洗時間較長，所以該類型系統(tǒng)清洗一般會放在紙機大修期間進行。

1.1.2 短循環(huán)系統(tǒng)清洗

大多數(shù)情況下，長循環(huán)系統(tǒng)清洗因耗時太多，不太容易被生產人員認可。另外，停機期間維修人員往往需要對漿料儲槽和制漿設備進行維修保養(yǎng)，也使得此類長循環(huán)系統(tǒng)清洗無法開展，這時候就只能選擇更便捷的短循環(huán)系統(tǒng)清洗。

短循環(huán)系統(tǒng)清洗也被稱作小循環(huán)系統(tǒng)清洗，只需將清洗劑泵送到白水系統(tǒng)即可，或者選擇將清洗劑泵送到碎漿機中，再依次經過損紙漿槽、混合漿槽、紙機漿槽、調漿箱、除渣器、壓力篩、流漿箱、白水收集槽，然后排入溝渠。為了進一步縮短清洗時間，該過程中的任一中間環(huán)節(jié)都可以選擇去掉。

1.2 按清洗劑種類分類

1.2.1 堿性系統(tǒng)清洗

該類清洗所用清洗劑為堿性清洗劑，一般由苛性堿、陰離子表面活性劑、溶劑、螯合劑及分散劑等組成。其中堿和有機溶劑的作用是溶解系統(tǒng)中各類沉積物；表面活性劑可促進清洗劑向沉積層的滲透；添加少量的螯合劑有助于絡合溶液中的Ca2+、Mg2+等金屬離子，降低它們再次沉積的可能；分散劑也可以起到分散溶出物，防止其二次沉積的作用。

通過堿性系統(tǒng)清洗可除去系統(tǒng)中大多數(shù)有機沉積物和微生物沉積物，但這也依賴于正確的清洗方案和步驟。實踐證明，為了使系統(tǒng)中大多數(shù)有機沉積物得以皂化和溶解，清洗液的pH 值至少要控制在12 以上。由于不同紙廠實際用水情況不同，達到相應pH值所需的堿性系統(tǒng)清洗劑的用量也不同。最終的清洗劑用量將由水的酸堿度、體系容量和諸如酸性造紙還是中堿性造紙等生產實際情況決定。此外，考慮到在清洗過程中可能會因堿消耗及額外清水的混入，導致pH 值降低，還需要在清洗過程中根據(jù)監(jiān)測結果，通過補充燒堿或清洗劑來維持pH 值的穩(wěn)定。在清洗劑添加之前，可以通過對清洗過程用水（白水或者清水）進行簡單滴定，來預估達到相應pH 值所需的清洗劑用量。

1.2.2 酸性系統(tǒng)清洗

酸性系統(tǒng)清洗采用的是酸性清洗劑，該類清洗劑一般由各類有機或無機酸、表面活性劑、螯合劑及分散劑等組成，主要是針對中堿性造紙的紙機體系，清除來自填料的碳酸鈣類無機鹽沉積物。酸性清洗劑組分中往往還含有一定量的緩蝕劑，以減少在清洗過程中可能對設備造成的腐蝕。此外，該類清洗劑對清除染料槽、淀粉槽、漂白車間螺旋擠漿機及脫墨車間洗漿機等設備表面沉積的無機鹽也非常有效。

進行酸性系統(tǒng)清洗時，pH 值一般控制在3～4，系統(tǒng)中清洗液需要循環(huán)1～2 h。不同于堿性系統(tǒng)清洗，酸性系統(tǒng)清洗時一般可在常溫下進行。這是由碳酸鈣特殊的溶解特性決定的，采用較低的溫度有利于碳酸鈣溶解，而且還可大大降低洗滌過程中酸性清洗劑對設備表面的腐蝕。類似的，在進行酸性系統(tǒng)清洗之前，也可以通過對清洗用白水或清水進行滴定，預估使系統(tǒng)達到預定pH 值所需的清洗劑用量。此外，由于在清洗過程中，沉積的碳酸鹽將消耗相當數(shù)量的酸，所以清洗期間需要通過額外添加酸來維持清洗液pH值的穩(wěn)定。

系統(tǒng)清洗過程中，溫度、pH 值及時間等參數(shù)的參考值見表1。

表1 系統(tǒng)清洗過程中參數(shù)的參考值

2 系統(tǒng)清洗應用實例

大型紙機一般每月進行1 次堿性系統(tǒng)清洗，每3個月進行1次酸性系統(tǒng)清洗，而且一般是先酸性系統(tǒng)清洗，隨后再進行堿性系統(tǒng)清洗。如果酸性系統(tǒng)清洗后沒有進行堿性系統(tǒng)清洗，則應在清洗液排空后使用弱堿性溶液沖洗系統(tǒng)，直到系統(tǒng)或設備表面沒有殘留的酸，然后用清水沖洗至pH 值為中性。無論長、短循環(huán)系統(tǒng)清洗，所用清洗劑的類型都是相同的，一般由沉積物的類型決定。

本文分別以國內某30 萬t/a 文化紙機進行的短循環(huán)堿性系統(tǒng)清洗和酸性系統(tǒng)清洗為例，對整個系統(tǒng)清洗過程加以說明，其中對短循環(huán)酸性系統(tǒng)清洗過程只做簡要描述。

2.1 短循環(huán)堿性系統(tǒng)清洗步驟

（1）紙機停機后，由操作人員打開流漿箱并抽出飄片，防止清洗劑對其造成腐蝕的可能性。

（2）正式清洗前，對紙機漿水系統(tǒng)進行仔細檢查，關閉末段除渣器排渣閥、清水補給閥及除渣器、脫氣罐的噴淋水等。

（3）網下白水槽預留80%左右的液位，打開蒸氣閥給系統(tǒng)加熱，定期取樣監(jiān)測溫度。

（4）紙機漿池預留25%左右的漿料，該部分漿料在清洗過程中可以增加對設備表面的沖刷，有助于增強清洗效果。

（5）降低成形網張力，調至爬行狀態(tài)，降低脫水元件的真空度，維持成形網低速運轉。

（6）添加1.5%片堿（相對白水量），待系統(tǒng)溫度升至55℃以上時添加清洗劑，對系統(tǒng)pH 值進行監(jiān)測，使pH值維持在12.0以上。

（7）以短循環(huán)形式運轉漿料和清洗液，對流送設備、管路、漿池和流漿箱進行強力沖洗。

（8）清洗臨近結束時關閉蒸汽閥門，然后快速排掉清洗液，以防沉積物在溫度降低后黏附在設備表面。

（9）清洗結束后，用清水對系統(tǒng)進行充分洗滌，直到系統(tǒng)pH值接近中性。

（10）流漿箱等需要重點清洗的設備，可用高壓水槍進一步徹底沖洗。

（11）現(xiàn)場對紙機進行檢查確認，做好開機準備。

2.2 短循環(huán)堿性系統(tǒng)清洗過程中各監(jiān)測指標變化情況

2.2.1 溫度和pH值

溫度、pH 值無疑是堿性系統(tǒng)清洗過程中影響清洗效果的兩個最關鍵因素，因此需要在清洗期間對其進行實時監(jiān)測，其中溫度最好維持在55～60℃，而pH值最佳范圍則是12.0～12.5。

圖1 系統(tǒng)pH值及溫度監(jiān)測情況

圖1 為系統(tǒng)pH 值及溫度監(jiān)測情況。由圖1 可見，堿性系統(tǒng)清洗期間，在經過前期短暫的快速升溫階段后，紙機系統(tǒng)中清洗液溫度基本維持在55～60℃之間。較高的清洗溫度有助于促進系統(tǒng)內設備表面沉積物的軟化溶解，并且可以有效避免已溶解的沉積物發(fā)生二次沉積。清洗開始后，隨著片堿和清洗劑的添加，紙機系統(tǒng)pH 值迅速增加，在達到最大值后隨著清洗過程的進行逐漸下降，之后趨于穩(wěn)定。這是因為隨著片堿和清洗劑添加結束，由于清洗液中的堿會與系統(tǒng)中的有機沉積物發(fā)生皂化反應，從而被大量消耗，導致系統(tǒng)pH 值逐漸降低。為此，清洗期間應該根據(jù)pH 值的實時監(jiān)測結果，向體系中補充部分片堿或清洗劑，以維持清洗液pH 值的穩(wěn)定?？傮w而言，系統(tǒng)清洗期間，維持較高的pH 值有助于各類沉積物的充分軟化和皂化溶解，從而提高總的清洗效果，但也要防止過高的pH值可能會對成形網造成損壞。

2.2.2 總堿度和電導率

總堿度反映的是體系中各類堿性物質的總含量，相比pH 值，它能更準確地反映出體系中堿的濃度及變化情況。電導率值可用于表征體系中溶解的各類電解質的總濃度，該濃度與體系中所含物質的溶解程度密切相關。且鑒于造紙生產中添加的各類化學品基本都帶有正負電荷，因此電導率測量結果能較好地反映此類物質在體系中的溶解含量。通過對系統(tǒng)中總堿度和電導率值的實時監(jiān)測，一方面可以了解清洗期間系統(tǒng)中堿的變化情況，另一方面也可對清洗期間系統(tǒng)中沉積物的溶解和電離情況進行考察，從而能更好地掌握清洗效果。

圖2 為系統(tǒng)電導率及總堿度變化情況。由圖2 可知，開始階段，隨著片堿及清洗劑的加入，系統(tǒng)的總堿度和電導率值均迅速增加，達到最大值后又快速降低。這是因為在開始階段，隨著片堿及清洗劑這類強堿的加入，導致系統(tǒng)總堿度和電導率值快速增加；但之后隨著片堿及清洗劑添加結束，系統(tǒng)中各類有機沉積物不斷與堿發(fā)生皂化反應，消耗了大量的強堿性物質，并生成相應的有機弱堿鹽，導致總堿度和電導率監(jiān)測值快速降低?？倝A度和電導率值的監(jiān)測結果，在一定程度上也反映了系統(tǒng)清洗的效果。

圖2 系統(tǒng)電導率及總堿度變化情況

2.3 短循環(huán)堿性系統(tǒng)清洗前后紙機狀況對比

圖3 分別是清洗前后流漿箱、除氣器內部及紙機表面的對比照片。由圖3可見，短循環(huán)堿性系統(tǒng)清洗之后，設備表面的沉積物已基本被除去。通過短循環(huán)堿性系統(tǒng)清洗，將沉積在設備表面的腐漿、有機和無機沉積物清洗干凈，可有效避免后續(xù)生產過程中，因此類沉積物質脫落而導致的斷紙、紙張破洞等生產和質量問題，進而為造紙企業(yè)創(chuàng)造可觀的經濟效益。

2.4 短循環(huán)酸性系統(tǒng)清洗及過程監(jiān)測

短循環(huán)酸性系統(tǒng)清洗步驟和短循環(huán)堿性系統(tǒng)清洗類似，只是將藥劑由堿性系統(tǒng)清洗劑改為檸檬酸及專用酸性系統(tǒng)清洗劑，清洗過程中無需加熱，pH值一般控制在3.0～3.5。除pH 值外，清洗期間還需要對電導率、總酸度、總硬度等系統(tǒng)參數(shù)進行監(jiān)測，以實時了解整個清洗過程及清洗效果。表2是進行1次短循環(huán)酸性系統(tǒng)清洗時，系統(tǒng)中相關參數(shù)的監(jiān)測情況。

由表2 可見，短循環(huán)酸性系統(tǒng)清洗過程中，pH值接近3.0，控制的相對較低，溫度低于清洗前的白水溫度；電導率、總酸度和總堿度均隨著清洗劑加入達到最大值，之后明顯回落，其中以總堿度在清洗劑添加后增幅最大，應該是系統(tǒng)中沉積的碳酸鈣類填料大量溶解所致。

圖3 短循環(huán)堿性系統(tǒng)清洗效果

表2 短循環(huán)酸性系統(tǒng)清洗過程監(jiān)測

3 結 語

對紙機定期進行系統(tǒng)清洗的目的，是通過清洗，使紙機在經過一個運轉周期之后，最大程度恢復到其最初的設計能力，并通過有效清除或減少生產過程中體系內各種膠黏物的數(shù)量，從而保證生產的連續(xù)運轉和維持穩(wěn)定的紙張質量。要保證良好的紙機系統(tǒng)清洗效果，有幾點非常重要，包括：①通過對系統(tǒng)隔離創(chuàng)造一個封閉的循環(huán)體系，能有效避免體系外清水、白水的侵入，以及體系中清洗藥液的過度流失；②通過分析，準確判斷體系中沉積物的主要成分，選擇最有效的清洗類型和清洗劑產品；③結合生產實際，制定合理的系統(tǒng)清洗方案并正確應用清洗劑產品。