浅谈纸机真空系统及配置要点

2011-12-11陈小龙岳阳纸业股份公司高档复印纸车间湖南岳阳414002

湖南造纸 2011年3期

关键词：水环纸机真空泵

陈小龙岳阳纸业股份公司高档复印纸车间湖南岳阳（414002）

浅谈纸机真空系统及配置要点

陈小龙岳阳纸业股份公司高档复印纸车间湖南岳阳（414002）

介绍了两种不同的纸机真空系统的设备配置，着重探讨了水环真空泵与其他辅助设备的选型，提出了选型中要注意的一些参数和问题。

真空系统；纸机；透平；水环真空泵；分离；过滤

纸机真空即网部、压榨部脱水元件和真空辊所需的真空，它是纸页成形的关键因素之一。它对于保证纸页中纤维均匀分布，提高纸页湿强度，提高填料和细小纤维的留着率，顺利地引纸和延长毛毯运行时间等有重要的作用。我们在配置纸机真空系统时，需要从多方面比较。

1 水环真空泵与透平真空机

现代高速纸机所配置的真空系统主要采用水环真空泵或透平真空机与离心风机搭配。图1为采用透平真空机的真空系统。透平是turbine的音译，源于拉丁文turbo一词，意为旋转物体，透平最主要的部件是旋转元件（转子或称叶轮）。透平真空泵（如图2）是电机旋转经增速变速箱带动轴、旋转元件高速旋转，把动量传输给气体或气体分子，被驱向排气口，在进气口产生抽吸力。因此透平真空机是电动转化为流体动能的动量传输设备。

纸机真空脱水元件经管道接气水分离器5入口，汽水分离后白水用泵送至白水池，分离器出口与真空泵相连，真空泵出口经热回收排入大气。各真空泵安装于二楼楼面，汽水分离器安装于一楼。由于此系统结构紧凑、管道较少、节能环保、安装方便，越来越受到造纸行业的青睐。2005年山东寿光晨鸣PM4、2006年广纸PM9、2007年濮阳龙丰PM1都采用了德国MAN透平真空系统，而在国外透平真空泵应用更早、更广泛，如我公司二手机PM3在法国工厂生产时湿部的真空脱水就是用的苏尔寿透平真空系统，如图3苏尔寿多级透平真空机。PM3在我公司1997年纸机安装时，因多方面原因没有再使用这套系统。此类真空设备投资大、技术含量高，现在国内配套的多用水环真空泵。

图1 透平真空系统流程（未包括离心风机）

图2 左为多级透平真空机，右为单级透平真空机

水环式真空泵具有结构紧凑易维护等特点。由于转动部分没有机械摩擦，其使用寿命较长，操作可靠，并且具有在大抽吸量的情况下效率下降很小等优点。其缺点是：效率较低，约在50%左右，水循环的设备较多。如图4所示是采用水环真空泵的典型真空系统。汽水混合物经汽水分离器分离，白水送至白水池，带少量纤维的气体经水环真空泵抽吸送至收集水池，收集之后用泵送至冷却塔，经冷却后自流入冷却水池，水环真空泵的工作水来自冷却水池。

图3 苏尔寿透平真空机

图4 水环真空系统流程（未包括离心风机）

2 两种不同结构的水环真空泵

水环真空泵从结构上有两种，即平面式和锥体式（图5、图6）。平面式的进气口和排气口设计在泵的平面侧盖上，从叶轮侧面进出气。锥体式设计在泵的锥体座上，从叶轮内部进排气体。

图5 平面泵

图6 锥体泵

很多学术论文对锥体泵和平面泵做了性能比较，如进气面积、启动性能、气封性比较，从真空腔的位置分析轴承的受力等，结论为锥体泵的性能比平面泵要好[1]，但造纸行业绝大多数的都为平面泵，如占据全球主导地位的NASH推出专为造纸机设计的2BE3系列，国内的肯富来CBF系列泵，都为平面式。所以我认为这两种形式的都能够满足要求，不必在乎泵的结构形式。

3 选型时须注意的几个参数

3.1 真空度与抽吸量

真空度是指处于真空状态下的气体稀簿程度，是一个负压力指示。在真空计算中经常见到的所犯错误是，将不同的真空度下的真空容量相加、相减[2]。

由理想气体状态方程可知，对一定质量的气体，其压力、体积和温度的关系如下式所示：

这样我们就能理解一台带隔板的水环真空泵抽吸两个不同真空度的真空点。两个真空点用一台泵工作：-65kPa，抽吸量 180m3/min和 -40kPa，抽吸量130m3/min。我们在选泵的抽吸量不是310m3/min，而是将-40kPa的抽吸量换算成-65kPa的抽吸量,这样泵的抽吸量大于310m3/min。而此真空度下大于130m3/min的气量将会吸入空气来补充。需要指出的是通常所指的真空度是抽吸点的表压。

3.2 工作液的温度和吸入汽水混合物的温度

通常水环式真空泵的运行条件是指泵吸入的气体温度为20℃，相对湿度为70%的空气，入口气体压力为101.325kPa，泵工作液为15℃的水。工作液的温度及其蒸汽压力严重影响抽速。抽气室与叶轮室中工作液体分压力随温度升高而增大，结果使输运气体容积变小，泵抽速下降。因工作液为水，所以蒸汽压力是随水的温度而变化。当水在一个标准大气压下的100℃时，蒸汽压力为760mmHg，进气口所能达到的最小压力为760mmHg，也就是说在此情况下不可能产生真空。水环真空泵的极限压力就是相应温度水的饱和蒸汽压力。

被抽气体对泵性能也有影响。被抽气体是由空气与蒸汽混合物组成，被抽蒸汽与工作液相接触可发生冷凝，这时抽速有所增大。所以工作液温度不变情况下，被抽气体温度越高，冷凝量越大，抽吸量也加大。经验认为：真空泵在进气温度一定的情况下，工作水温每升高一度，则气量约减少0.6m3/min左右，在水温一定的情况下，进气口的进气温度每升高一度，则气量约增加0.7m3/min左右。所以我们在泵的选型时，一定要确定工作水液的温度和吸抽汽水混合物的温度。

4 选型、布置时的一些问题

4.1 与离心风机搭配

通常情况下，真空度范围小于-15kPa，可考虑选择单级离心风机代替真空泵。与水环真空泵相比，排风机体积小，价格低，效率更高。在选择排风机的材料和结构上要考虑到潮湿的环境条件和汽水混合物和特点。进入排风机的气体中不能夹带太多的水分，否则，会影响排风机的正常运行，引起风机振动。因此，在排风机之前也要安装一个分离器。分离器还能分离细小纤维，减小风机叶片的结垢。

4.2 真空点的分布和泵数量的确定

根据真空点的分布来确定真空泵数量是一项很重要的工作，直接影响到纸机抄造、纸页质量、工作效率和水电消耗等。一般情况下纸机的供货商会提供一个成熟的方案，设计院也会综合考虑。需要注意以下几点：

1)每条毛毯在使用周期的不同时间里透气性不同，而且使用寿命也不同。工作时，要根据每条毛毯的情况对真空度进行调节，使之能达到理想的使用周期。因此，每条毛毯都配备独立的专用真空泵是最佳的选择。

2）带隔板的水环真空泵可为两个真空区工作，也就是一台泵可作为两台泵来用，而且互不干涉。

3)一台泵最好不要工作于网部和压榨部两个真空点，网部和压榨部的真空点尽量要分开。在纸机开机的过程中，先开网部，待上网的浆料稳定后再开压榨部和压榨部真空。如果压榨部真空先开，对毛毯有很大的损害。因此真空泵要分网部真空用泵和压榨真空用泵。

4.3 泵的材质

在造纸车间，真空白水对泵的腐蚀是很小的，但由于含有细小的纤维，结垢却很严重，严重影响成纸质量，如采用全不锈钢的泵投资会成倍增加，所以考虑用普通材质加防结垢处理。例如，Nash泵采用泵体内衬聚二烯橡胶，肯富来泵泵体防腐喷涂处理，还有一些用内衬不锈钢板，使泵内壁光滑，不易结垢。厂商不管用哪一种防腐，都必须是厂商成熟的技术，投入使用后喷涂防腐层或不锈钢板不应脱落，这样会造成更严重的后果。

4.4 辅助设备

4.4.1 前置分离器和负压白水泵

前置分离器介于真空泵与脱水元件之间，有带负压泵和不带负压泵两种形式，不带负压泵的前置分离器有旋风式和挡板式。一般情况下，当纸机安装在车间的二楼时，真空度小于等于45kPa时可选用不带负压泵的分离器，分离器水腿的高度可按下式进行计算：（H-水腿高度，单位m；V-真空度，单位为kPa）

例如压榨上毛布吸水箱-50KPa，换算成真空度为50kPa，经以上公式计算，水腿高度应为6m。也就是说只要此吸水箱的水腿高度能高于6m，就无须负压泵。很显然，楼层高度加上上毛布吸水箱所在二楼楼面高度，会大于6m，因此，此真空点无须配负压泵。前置分离器和负压白水泵可根据真空点的抽吸量和脱水量来选型。

4.4.2 密封水过滤设备

循环的真空白水中所含的细小纤维和填料如不过滤，会越积越多，对真空系统的泵、冷却塔都有影响。在过滤设备的选择上，一般选用弧形筛、管道过滤器、重力过滤器等。

4.4.3 冷却塔

即使真空白水在进入冷却塔之前都经过了过滤，但仍有大量的细小纤维，细小纤维易在冷却塔填料处堆积，轻则影响冷却效果，重则可将填料压垮，碎片如进入系统，后果非常严重。在选型时可选择污水型冷却塔，可避免上述后果。

结合当地气候，在选择冷却塔风机时，可考虑选择双速电机或变频电机，减少电能的消耗。

4.4.4 白水泵的选型

真空白水从地坑中泵送至冷却塔，因落差有3-4m，若选用普通离心泵，吸入液面在叶轮之下，起动时需预先灌水，并且吸入管需装底阀，不能满足工艺生产要求。因此选择自吸泵或液下泵（如图7）。自吸泵成本较高，液下泵运行可靠性不高，且需要有较高的维修空间。要想让普通泵达到自吸的目的，我们可以在普通的离心泵上加装一进水弯管或引水罐，结构简单，操作方便，运行可靠。