纸机烘缸积水的处理技术

刘超锋 付汉卿 刘应凡 许培援 刘亚莉 戚俊清

(1.郑州轻工业学院河南省表界面科学重点实验室，河南郑州，450002;2.河南神马氯碱发展有限责任公司，河南平顶山，467000)

经网部脱水及压榨后的湿纸幅含有的剩余“结合水”借助烘缸蒸发，从而实现纸张的干燥。由于种种原因干燥过程中会使烘缸内部积水，当烘缸内部严重积水时，需加大吹通蒸汽量，造成部分蒸汽在烘缸内未冷凝就排出，使蒸汽用量升高导致能耗增加;有时需放慢纸机车速，如果在冬天，车速会降得更低，使纸机产量减少。烘缸积水，再加上长期使用后还会在烘缸内部结垢，造成烘缸表面温度降低，使纸张横幅水分的稳定性下降，导致成品率下降。烘缸内积水还会使烘缸局部过热，易引起纸幅在干燥部断纸。对于扬克烘缸，烘缸积水易导致以下现象:传动侧“脱缸”，即湿纸幅进入烘缸干燥时，在托辊出口与烘缸面间的楔形区域，湿纸幅不能紧密贴于烘缸面而发生脱离;另一侧“抓缸”，即湿纸幅紧密贴于烘缸面而不能从烘缸面剥离。烘缸积水，使得烘缸两侧表面温度低于露点而“出汗”，引起刮刀上刮出水来，使纸面上产生锈痕［1］。烘缸积水会导致纸张横幅水分两边小、中间大的状况，也是纸张产生皱褶的原因之一，使得纸张平整性差，表面强度下降、施胶熟化效果差［2］，AKD消耗量偏高。不仅如此，烘缸严重积水后，纸机传动电耗偏高;烘缸的动平衡遭到破坏，使得运转中的机架产生振动和摇晃;过多的冷凝水从烘缸的中空轴漏出而使烘缸轴承的润滑油遭受污染，进而使轴承温度在短时间内升高过多而引起纸毛起火的事故;蒸汽冷凝水系统超压导致自烘缸人孔盖处泄漏出水;为了排除积水，进汽压力被迫加大，也易造成汽头过分受压而损坏。对于被动式串联供热的多段供汽系统，烘缸内严重积水时，会造成冷凝水泵反复启停而损坏。而为了排除烘缸积水，有时不得不打开直排的旁通阀，后续设备可能经不起如此大的热负荷冲击。尤其是对于三段通汽系统，烘缸积水后，新鲜蒸汽通过冷凝水排出管道直接进入二段、三段通汽管道和冷凝器，接着冷凝水与不凝性气体一起进入抽气真空泵，此时抽气真空泵叶轮存在遭受高温汽蚀的可能。

根据现场情况判断出烘缸内积水，烘缸积水后进行正确的处理，在设计阶段就制定出烘缸积水的防范措施，吸收纸厂烘缸积水的改造经验对防范和解决烘缸积水问题很有必要。

1 烘缸积水的判断

在生产现场，可以借助于以下几个运行参数和现象判断烘缸是否积水:①烘缸排水管上的视镜［3］流水情况;②烘缸内蒸汽温度和烘缸表面温度的差值过高;③运行烘缸表面温度偏低;④其他条件无变化而干燥能力不足;⑤纸机断纸时，积水烘缸中的冷凝水封住虹吸管入口，其进汽压力很难降低;⑥烘缸的传动电流明显超过工作车速稳定时的最小电流，且无设备故障原因等。

2 烘缸积水后的处理措施

烘缸微积水状态下，适当提高末段真空度，增加压差有利于排水。烘缸积水量大时，因传动负荷变化而引起车速变化，由此导致无法生产时，被迫放慢车速、打开旁通阀疏水 (甚至把疏水阀拆除)或停机进行排水。

烘缸内积水后，提供更高的烘缸进汽压力 (通入更多蒸汽)，以便顺利排水。喷吹蒸汽的流量足够，确保烘缸排水通畅。对于采用热泵供热的烘缸，其排水结构如果采用固定虹吸管，则靠烘缸内蒸汽压力与排水管线终端压力的压差排出烘缸内的冷凝水，并在虹吸管接头处进行压差调节，确保冷凝水跨过虹吸管的压差足够，保证烘缸内不出现积水。

在运行中，为了确保烘缸排水通畅，分别及时检查及修复以下设备:损坏 (松动、脱落、被磨穿孔、冷凝水击断)的虹吸器;发生内漏的旋转接头;有故障的回汽管上疏水阀;检测烘缸上不准或失灵的压力变送器;对中性比较差的水平管。尤其是汽头进汽腔与出水腔中间的密封损坏后要及时修复，以免进汽腔与出水腔串汽，从根本上保证排水压差。

3 防范烘缸积水的设计

若使烘缸不积水，必须使烘缸排水顺畅。在多通道烘缸中，蒸汽被限制在紧贴烘缸内表面的细小通道空间中［4］流过、放热冷凝，冷凝水由后续蒸汽推动从通道出口流出，使得排水十分容易。在烘缸内壁沿烘缸轴向安装破水棒 (扰流棒或称湍流器)，可防止烘缸运行时产生水环，使得排水顺畅。

对于多段串联逆向通汽的供热系统，应设法单独调节各段烘缸所需要的蒸汽压力和流量，使冷凝水在闪蒸罐内正常工作，确保烘缸中的蒸汽冷凝水通畅排出。当烘缸积水致使汽水分离器液位低时，可在汽水分离器后加装疏水阻汽阀和集水箱，因为疏水阻汽阀使很少的蒸汽通过集水箱，同时因集水箱的液封作用也很少有蒸汽从冷凝水泵处流失。当然，当集水箱内的液位过低时，停运冷凝水泵，以免其空转。

与多段供汽系统相比，热泵主动式蒸汽并联技术解决纸机干燥系统烘缸积水问题的效果更好。热泵供汽系统根据二次蒸汽的流向，可以分为开式热泵供汽系统和闭式热泵供汽系统。在确保热泵使用的高压蒸汽在允许干度的情况下，热泵系统的蒸汽入口管道和混合蒸汽出口管道之间避免并联旁通阀，确保烘缸排水压差。热泵系统在出现断纸等异常现象时，设计的控制系统 (冷凝水侦测监视系统和自动控制系统)反应要及时，以免烘缸积水。

一旦出现断纸，烘缸冷凝负荷就会降低。此时，如果虹吸管喇叭口形集水头 (吸水管)与烘缸缸壁之间的间隙合理，确保蒸汽和冷凝水气液二相流产生的管道阻力在一定范围，即可保证虹吸器的排水能力。虹吸管的尺寸设计合适，虹吸管长度合适，确保不碰到烘缸，以免虹吸管弯头密封不好或断裂而加剧烘缸积水。

对于单层布置的纸机的热泵式三段供汽系统，闪蒸罐被落入地下坑内，并且回水总管安装高度不低于闪蒸罐的入口高度，总回水管道中的冷凝水［5］可以升高进入闪蒸罐，使烘缸中的冷凝水顺利排出。

固定式虹吸管要求烘缸排出冷凝水所需要的压差较小，适用于车速较高的纸机。悬臂式虹吸管［6］所需的压差不随车速的提高而增大。悬臂式虹吸管也可在接近或低于大气压的进汽压力和压差小的情况下排出冷凝水，通常适用于中速到高速的纸机。在旋转虹吸管 (虹吸管固定在烘缸内部)随着烘缸一起旋转的情况下，它需要克服重力和离心力，故旋转虹吸管式排水装置需要的压差较高，此时最高车速以不影响排水为宜。图1所示的旋转虹吸管［7-8］的管头部有特殊设计的进汽孔，使蒸汽未经冷凝直接进入虹吸管内，增加该管内气液混合物的流速，在虹吸管吸入口处产生负压，使承受很大离心力的冷凝水强制排出。该技术也适用于高速纸机。同组烘缸内旋转虹吸管的吸口同方向位置上安装，使得在纸机低速运行或停机时，冷凝水呈积聚状时起戽斗作用，利于烘缸内冷凝水及时排出。

热泵供热系统各段烘缸冷凝水出口管道上分别设置排水孔板，保证汽水分离罐压力不会过高，使烘缸排水顺畅。在纸机蒸汽系统里，疏水阀将冷凝水排到系统外，当操作压力提高 (提高车速)时，烘缸内冷凝水会突增，而合理设计的疏水阀压差系统应该及时应对 (排水迅速)，以免烘缸内积水过多。在烘缸的出口用阻力小的孔板式连续疏水器［9］取代自由浮球式疏水阀，保证烘缸内无积水。

对于开式热泵干燥系统，由于闪蒸罐压力降低、选择的压差疏水器及调压疏水罐等疏水设备阻力小、排水压差大，因此烘缸的冷凝水排出通畅。闭式热泵供汽系统，一次性投资更高，但是其二次蒸汽经由热泵提升品位后只供本段烘缸使用，不足的部分通过补充蒸汽来实现，因此烘缸排水性能更好。“质调节单喷嘴热泵”在输出蒸汽流变化时，依靠装在热泵前的驱动蒸汽调节阀以保持出口压力不变，但是调节阀的节流损失使驱动蒸汽的引射能力下降。“多喷嘴量调节热泵”［10］与单喷嘴质调节热泵相比较，不仅能满足用户蒸汽流量变化大 (10%～30%)的工况需要，还不用使用旁通阀，系统发生积水问题的可能性更小。

4 纸厂对烘缸积水的处理及效果

表1中给出了纸厂采用蒸汽喷射式热泵干燥供汽系统改造处理烘缸积水，且效果较好的情况，采用其他处理措施并取得效果的纸厂情况见表2。

5 结语

在生产过程中，由于烘缸排水不畅造成人孔盖漏气、漏水现象而不得不进行维修操作，因此需要设计方便拆卸人孔盖的工具以提高劳动生产率。有的排水装置需要的压差较高，因此不得不提高进汽压力，不仅与其配套的汽头很容易泄漏，还浪费能源。在烘缸的虹吸器设计时，要确保烘缸进汽端与排水端之间的压差，还要考虑排水不畅发生水击的、与缸体相切的冲击力对缸体的可能破坏。当烘缸及虹吸器都设计好后，确定排水能力时，还要考虑压力及车速的提高使烘缸产生更多的冷凝水因素，设法将多余的冷凝水排走。设计各烘缸加热组控制系统时，不仅要求烘缸排水效果好，还要求冷凝水中带入的不凝蒸汽也比较少。设计纸机烘缸排出冷凝水的回用设施，以进一步降低纸厂由于冷凝水当作清水使用或者简单外排而增加的能量损失，一旦回用还可以节水。一个设计完善的纸机干燥部，需要考虑诸多因素的影响。

表1 纸厂采用蒸汽喷射式热泵干燥供汽系统改造处理烘缸积水的情况

表2 纸厂采用其他措施处理烘缸积水的情况

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