新月形纸机真空系统的工艺设计

杨五锋 马定泉 张瑞琦

(轻工业杭州机电设计研究院，浙江杭州，310004)

新月形纸机真空系统的工艺设计

杨五锋 马定泉 张瑞琦

(轻工业杭州机电设计研究院，浙江杭州，310004)

介绍了新月形纸机的基本结构和真空系统工艺流程特点。阐述了新月形纸机真空系统典型的设备配置情况和工艺设计的一些基本原则;提出了真空系统设备选型和设备维护的方案。

新月形纸机;真空系统;工艺设计

随着人们生活水平的提高，对生活用纸的需求量及品质提出了更高的要求，近年来国内投产和新上的生活用纸项目越来越多，对于生活用纸纸机新项目的工艺设计及投产项目的车间管理提出了更高的要求。新月形纸机由于其技术先进、结构紧凑、车速高和成纸质量好，成为近年来新上生活用纸项目广泛采用的机型。新月形纸机其辅助系统包括:热风气罩系统，蒸汽冷凝水系统，真空系统，喷淋水系统，化学品系统等。纸机的辅助系统为纸机的正常可靠稳定运行提供支持。真空系统作为纸机辅助系统之一，在网部和压榨部其主要作用是脱去湿纸幅中的水分，同时还兼具纸幅转移及毛布净化功能［1］。压榨真空辊利用真空脱去湿纸幅中更多的水分，可为干燥系统节约能耗。不同纸机对真空系统的配置要求是不尽相同的，到目前为止，还没有找到一个行之有效的公式来对所有纸机的真空系统进行一个理论化的计算，在纸机真空系统的设计和配置时一般是利用一些经验公式和工程实践来进行工艺设计。本文介绍了新月形纸机的基本结构和真空系统工艺流程特点，阐述了真空系统典型的设备配置情况和工艺设计的一些基本原则，提出了真空系统设备选型和设备维护的方案。

1 新月形纸机真空系统

1.1 新月形纸机概况

新月形纸机是由流浆箱、新月成形器、真空压榨部、扬克烘缸、高速热风气罩、卷纸部及纸机机架等组成。新月成形器是由大直径的成形辊、毛毯、成形网所组成的辊式成形器，毛毯和成形网以近似于180°的角度包覆着高速旋转的成形辊，浆流由喷浆口喷出进入成形区，经成形脱水形成纸幅，如图1所示。

图1 新月形成形器示意图

纸幅的成形、脱水同时在毛毯和成形网之间进行，又称瞬间辊式毯网成形器，由于其成形区形似新月而称新月成形器［2］。新月形卫生纸机因其纸幅成形方式采用的新月成形器而得名，其优点是纸幅在压榨毛毯上直接成形，网毯之间不再需要传递装置。新月形纸机有以下优点:车速高，产能大，通常车速为1000～2200 m/min，产能50～220 t/d;脱水快速、均匀;纤维留着率高，成纸品质好;网、毯的寿命长;与夹网成形器卫生纸机相比，结构简单，操作方便，需要的操作人员少。新月形纸机作为高档生活用纸生产企业的主导机型，近年来被国内生活用纸厂家广泛采用。

1.2 新月形纸机真空系统流程及其特点

1.2.1 新月形纸机真空系统流程

典型的新月形纸机的真空系统流程简图如图2所示。

图2 新月形纸机真空系统流程图

从图2可知，新月形纸机真空系统流程中有以下主要设备:1#真空泵 (用于真空吸水箱)。2#真空泵(用于真空压辊)，收集水槽，冷却塔循环水泵，过滤器，冷却塔，真空水封槽，真空泵水封水泵，1#气水分离器，滤液泵，2#气水分离器，消音器，新月形纸机。

1.2.2 新月形纸机真空系统工艺流程的特点

新月形卫生纸机的真空使用点包括真空压榨辊的真空室、毛毯真空吸水箱以及水平式卷纸机引纸真空［3］。由于真空压榨辊和吸水箱的真空度和抽吸量要求不同，因此，一般采用2台真空泵分别抽吸，1台抽吸真空压榨辊，1台抽吸真空吸水箱。为了生产工艺调整的需要也可采用3台真空泵，2台抽吸真空压榨辊，1台抽吸真空吸水箱。为了节省真空泵冷却水清水的用量，一般采用冷却水内部循环的方式，即真空泵排出的水到收集水槽，再由冷却塔循环水泵送至风冷式冷却塔冷却后 (一般在25～30℃)回到真空水封槽，再经真空泵水封水泵送至真空泵工作液进口，供真空泵工作用。另外，卷纸机引纸真空只在开始卷纸时使用，当纸端卷到卷纸辊上时，就自动切断，时间非常短暂且用量也少，因此可以在真空泵的主管线上引一条旁路直接抽真空，也可以单独配置一台离心风机供引纸时用。真空吸水箱和真空压榨辊的真空度可以通过自控排空阀来调节，以满足纸机生产不同产品对真空度的要求。

1.3 新月形纸机真空系统配置要求

新月形纸机的真空系统配置相对较为简单，但作为纸机的辅助系统之一的真空系统，工艺设备配置的合理与否，对整个纸机的正常运行、生产效率和产品质量的提高以及能耗的降低有着密切的关系。真空系统的真空抽吸点有3处:真空吸水箱、真空压榨辊、卷纸机引纸真空。真空吸水箱真空度:-25～-47 kPa，真空压榨辊抽吸真空度:-25～-40 kPa，卷纸机引纸真空度:-15 kPa。纸机各个真空点的抽气量与纸机的车速、网宽以及其他因素相关，不同纸机生产厂家对真空抽吸量的要求也有一定的差异，工艺设计时必须根据项目纸机生产不同产品时的最大真空需要量来配置真空泵。表1为4台新月形纸机的真空配置情况。

表1 4台新月形纸机的真空配置

由表1可见，2台纸机配置了2台真空泵，另2台配置了3台真空泵。从生产实践结果来看，3台真空泵对生产工艺调整的灵活性更好，但是投资稍大。

1.4 新月形纸机真空系统工艺设计的基本原则

真空系统工艺设计的基本原则:尽可能满足纸机生产不同产品时对真空度的要求，保证真空系统管道阻力较小，使得整个真空系统的设备在较高效率区间运行。以下是真空系统工艺设计的说明，以供工程设计和项目改造时参考。

1.4.1 真空泵设备选型

真空泵的选用，造纸工业真空元件对真空度的要求为低真空度 (102～105Pa绝对压强)，大型纸机上较多选用水环真空泵。水环真空泵的工作原理是采用带有多叶片的转子偏心安装在泵壳内，当转子旋转时会将液体抛向泵壳并形成液环，液环和转子叶片形成容积周期变化的旋转变容积真空泵［4］。其优点是结构简单，制造精度要求不高，容易加工，结构紧凑，电机转动可以是皮带传动，也可以直连电机传动。新月形纸机真空系统真空发生设备可选用水环真空泵。水环真空泵有两种排气形式:一种是自带气水分离器的上排气式，一种是侧排气式;在工程设计或设备定货时需要给生产厂家提出采用哪种形式。图2所示的流程为上排气式，真空泵的工作液和抽吸的气体经过真空泵自带的气水分离器，进行水气分离，水经过管道自流到收集水槽中，收集水槽中的水经循环水泵经过滤器送至冷却塔，对工作液进行冷却，一般收集水槽水温40～50℃左右，经过冷却塔冷却后可达到25℃。真空泵工作液的量必须严格按设备对工作液的要求进行供配，工作液供给量太多，真空泵的功率消耗较大，对设备的正常运行产生影响。工作液供给量太少，真空泵工作液的排出温度过高，真空的效率较低。因此真空泵水封泵的流量需要根据所有真空泵需要的工作液量进行配置，可在真空泵的工作液进口管道上安装流量计和阀门来控制进泵液体的流量。如果真空泵采用侧排水式，则需要做地下真空白水池地坑，并且需要在真空水封水泵前设置吸上水罐才能将真空白水池中的白水抽出送到冷却塔。当然这里需要根据不同的工程项目及水泵性能参数来核算泵的安装高度。新月形纸机的真空系统真空泵数量较少。真空泵采用图2流程中上排水式的方案设计较好，该方案不需要做白水池地坑，节省土建投资，并且日常生产中的设备维护较方便，适用单层和二层布置的生产车间。

1.4.2 气水分离器和真空管道的设计选型

气水分离器的直径按气流速度为2 m/s进行核算，高度按气流在气水分离器经过的时间约1．0～1．5 s换算，其作用是真空元件排出的气水混合物尽可能地分离，避免白水进入真空管道，从而提高真空系统的工作效率［5］。真空泵的主管道气流速度可取18 m/s，一般不要超过25 m/s为宜。真空泵布置尽量靠近真空元件区域，缩短真空管道的长度，减小管道阻力损失。真空泵的上方尽可能安装维护真空泵的起吊装置，以便日常设备维修用。如果考虑空间较小，无法安装起吊装置，需要在设计时预留足够的真空泵维修通道空间。由于真空泵噪音较大，最好设计时考虑将真空泵隔离开来，这样可以减少车间噪音。真空泵的排气管上可以安装消音器，以减少排气噪音对环境的污染。真空泵房的通风也需要考虑设计，因为在工作时真空泵体和电机会产生较多热量，这些热量尽可能通过通风使热量部分散去，以保证真空泵在较高的效率下工作。

1.4.3 滤液泵的设备选型

纸机在抄纸过程中，从真空吸水箱、真空压榨辊等湿部来的气液混合物，如果均用真空泵排出，会在气、液混合排放过程中产生如下问题:①大量浪费真空泵用于排水的动力;②真空度降低或波动;③因白水结垢缩短真空泵的使用寿命;④因白水无法合理回收而增加环境污染等弊病。基于以上原因，可在真空泵吸气管前设置气水分离器和排液泵避免上述问题，采用自带滤液泵的气水分离器，该滤液泵能在真空度-88 kPa的条件下工作，省掉了吸入管路，由泵体与容器法兰直接连接，减小了占地面积。泵吸入性能好，可在不灌水的条件下连续自启动，排除了普通泵对必需汽蚀余量的要求。滤液泵的流量扬程需根据抽气点在真空抽吸下的脱水量和排出管道阻力进行设计选型。

1.4.4 冷却塔的设备选型

一般可选用逆流式冷却塔，其原理是干燥的低焓值空气在风机的作用下由底部入风网进入塔内，热水自上而下流经填料表面时形成水膜和空气的热交换，高湿度高焓值的热风从顶部抽出，冷却水滴入底盆内，经出水管流出冷却塔。作为真空泵工作液的冷却塔，其工作参数:循环水量按生产实际需要量选用，热水温度60℃，冷水温度25℃，一般冷却塔的蒸发和飞溅损失为4%，损失掉的水需要用清水来补充。采用冷却塔后以每小时真空泵工作液需水量为30 m3工作液为例，每天则可节约清水用量为690 m3。冷却塔一般可安装在屋顶上，或是通风的平台上，需要保证空气流通以利于设备散热良好。

1.4.5 过滤器的设计选型

因为真空泵抽吸时会有少量的细小纤维和填料等带入泵体内，工作液排到收集水槽，这些杂质需在进冷却塔前去除掉，否则长时间会造成冷却塔的填料层堵塞，使冷却塔的工作效率下降，因此在冷却塔循环水泵的出口设置2台过滤器 (可选用30目孔网)，其中1台过滤器作备用，保证生产连续进行。定期需要对过滤器进行清洗，为了减少维护成本，也可采用自动清洗的过滤器。在实际生产中有些企业为防止冷却塔的填料层堵塞，可采用无填料冷却塔。

1.5 新月形纸机真空系统设备维护

水环真空泵在工作过程中做功产生热量会使水环发热，同时一部分水和气体一起被排走，因此，在工作中，必须补充泵内消耗的水，以满足泵的工作要求。工作液不足，使泵内的相对停留时间变长，各项损失最终转变为热能，工作液的温度升高，如果泵内局部的压力降低到液体相应此温度的饱和蒸汽压以下，则液体将发生汽化，产生气泡。随着液体的流动，这些气泡被带到高压区，在高压下，气泡破裂，形成水锤。在生产中应避免水锤产生，一般来说要保证真空泵不超负荷运转，真空泵的工作液供应量需足够，但也不能太多，否则泵的能耗升高，泵内工作液的量达到泵体的1/2较好。严禁泵内充满工作液启动泵，因为这样容易使泵的电机过载，有可能会烧坏电动机。真空泵需要定期进行泵体内检查，看是否有结垢发生，如有则需要清理掉。为了减少真空泵结垢现象的发生，工作液可采用较低硬度的水，或可采用软化水，在长时间停机时需要把真空泵中的水放干净。

2 结语

新月形纸机真空系统是纸机辅助系统重要的组成部分，真空系统设计合理与否，与纸机能否顺利投产和确保纸机高效运行密切相关。因此真空系统的设计需要在工程设计时进行全面考虑，尽量保证设备在高效率区间运行，降低生产成本和减少投产后的设备维护成本。

［1］ 冯军贤，陈 科，毛爱娟．国产纸机真空系统的配置特点及优化［J］．中国造纸，2004，23(2):33．

［2］ 周景辉，杨瑞丰．生活用纸［M］．北京:化学工业出版社，2006．

［3］ 徐世荣．年产3万吨高档生活用纸项目的工程设计［J］．中华纸业，2006，27(12):82．

［4］ 向冬枝．纸厂水环真空泵常见故障与排除［J］．中华纸业，2008，29(24):86．

［5］ 赵 生．造纸机湿部真空系统的工艺设计［J］．中国造纸，2002，21(6):33．

Process Design of Vacuum System in the Crescent Paper Machine

YANG Wu-feng*MA Ding-quan ZHANG Rui-qi
(Hangzhou Project＆ Research Institute of Electromechanical in Light Industry，Hangzhou，Zhejiang Province，310004)

This paper introduced the basic structure of crescent paper machine and the character of its vacuum system．Some basic principles of typical configuration and process design of the vacuum system were discussed．The selection and maintenance program of the vacuum system equipment were suggested．

crescent paper machine;vacuum system;process design

TS73

B

0254-508X(2012)11-0047-04

杨五锋先生，工程师;主要从事制浆造纸工程设计工作。

(*E-mail:ywfrcy@yahoo．com．cn)

2012-07-09(修改稿)

(责任编辑:常 青)