用纳尔科公司3D TRASARTM控制器保护和监控扬克缸系统

2014-02-18SteveHoefs,曾晓桂,陈海昌

生活用纸 2014年10期

对于一台卫生纸机来说，扬克缸可靠的性能对纸机稳定运行和成品质量至关重要。要保持始终如一的烘缸性能，就必须有高质量蒸汽连续供给和冷凝水有效排出系统。当扬克缸性能降低时，就会减小干燥能力，产生较大的压差，纸页有湿条纹和斑迹。当出现这些情况时，补救为时已晚，产品质量和产量已经受到了负面影响。

要维持扬克缸系统的性能，生活用纸生产商就必须制定考虑到下述要素的蒸汽/冷凝水全面且恰当的控制策略：冷凝水化学处理、腐蚀/积垢控制和系统监控。本文主要介绍了采用纳尔科公司3D TRASAR控制器对扬克缸进行监控，它确保随时给予系统恰如其分的保护，以应对扬克缸蒸汽/冷凝水系统的动态特性。

蒸汽/冷凝水化学：碱、氧气的来源及影响

碳酸和氧气进入扬克缸系统会降低其性能，而锅炉预处理系统对碳酸和氧气的量有直接的影响。在钠沸石软化水系统中，从水源抽水给锅炉补水时，原水中的碱可进入给水系统。在锅炉水温和压力条件下，水中的碱分解并产生二氧化碳气体，反应式如图1所示。

图1 碱的分解反应

二氧化碳气体随着蒸汽从锅炉向外输送，在蒸汽成为冷凝水前，不会造成操作问题，蒸汽冷凝时，冷凝水与CO2气体起反应，生成碳酸，如图2所示，碳酸通过反应在水溶液中应达到平衡。

图2 冷凝水与CO2气体的反应

系统在锅炉补水速率及碱含量变化的状态下工作将导致冷凝水输送系统中的碳酸浓度前后不一致，如果不对整个系统进行连续监控和调整，则将使冷凝水出现阶段性的低pH值，这样不仅会腐蚀冷凝水输送系统甚至还会腐蚀扬克缸。

通过提高锅炉预处理设备的能力可降低锅炉给水中的碱含量。在大多数生活用纸厂，锅炉系统都是采用低压操作，锅炉的补水系统一般只使用钠沸石软化剂。当纸厂在预处理系统中增添一组反向渗透设备提高锅炉预处理能力时，就可以把补水中的碱含量减少95%。

在预处理和冷凝水回流系统中，必须给予重视的另一个元素是溶解氧。在给水脱氧器效果不佳或真空密封漏气时，氧气会进入扬克缸，当系统中同时有二氧化碳和氧时，其腐蚀速率将比这两种气体单独存在时高出10～40倍。

腐蚀/积垢控制

扬克缸的性能与高效除去烘缸内蒸汽冷凝水有直接关系。普通扬克缸冷凝水去除装置都是采用虹吸管来排出蒸汽冷凝水，如果虹吸管排量受到限制，那么累积在烘缸内的冷凝水将降低干燥效率。虹吸管排量受限最常见的原因是聚积的铁渣堵塞虹吸管口。这些铁渣可能来源于缸内活性腐蚀副产物或者源于在烘缸内壁和缸内形成的钝性磁铁层快速脱离。当扬克缸系统中有腐蚀性气体时，这两种情况都可能发生。

要减少虹吸管堵塞，关键是用于处理的化学品与冷凝水蒸汽中的碳酸和氧之间要保持真正的平衡，这种化学品用来中和/消除这两种气体。因为纸机蕴含着运行固有的动态特性（如改产、断纸等），所以这个平衡不断变化，因此很难保持非腐蚀性环境。

监控

由于锅炉预处理系统和纸机运行都存在着可变性，因此，制订监控和化学控制方案必不可少，这种方案可让扬克缸和冷凝水回流系统一直保有非腐蚀性环境。

如表1所示，生活用纸生产商采用各种技术来监控扬克缸蒸汽和冷凝水系统。表1列出的检验中没有一项能直接表明扬克缸冷凝水回流的实际情况。所有这些技术都使用间接测定手段，试图量化扬克缸冷凝水的腐蚀性，并极力要确保所使用的化学处理方案能应对不断变化的生产条件。

通过使用3D TRASAR控制器，我们才发现，仅上述这些措施不足以对扬克缸系统进行始终如一的保护。

表1 常见冷凝水回水测量方法及其局限性

3D TRASAR控制器对扬克缸系统的作用

为了解扬克缸系统的动态运行，纳尔科公司连续监控那些与保持扬克缸蒸汽和冷凝水最大性能有关的重要参数，开发出了用于扬克缸系统的3D TRASAR控制器。通过这种控制器取得的响应能力可将系统波动减至最少，并且限制腐蚀性物质的产生，防止了扬克缸的虹吸管堵塞。

这种控制器的功能：

· 它可将扬克缸中的腐蚀性物质减至最少。3D TRASAR控制器的一个重要组成部分就是纳尔科创新并取得专利的Nalco Corrosion Stress MonitorTM监控仪（NCSM），它可直接监控回流蒸汽冷凝水的腐蚀性。NCSM能在系统温度和压力下测定热水系统的氧化还原电位。把NCSM测定的数据和系统中冷凝水的pH值相结合，就可以控制与大量冷凝水相对应的扬克缸内冷凝水的腐蚀电位。3D TRASAR控制器收集系统测得的这些数据以及扬克缸的其他数据（如蒸汽流量、烘缸压力等），并利用这些数据恰当地控制所需的辅助处理化学药品用量，以便将烘缸中冷凝水的腐蚀电位减至最低。当把NCSM数据与Fe2+、溶解铁以及实验室湿法检验数据结合起来时，就可以找到扬克缸的最佳控制范围。一旦确定了这个范围，3D TRASAR控制器将连续监控和反复调整处理化学品用量，以便把系统控制保持在规定的范围之内。

· 可对扬克缸运行状况和冷凝水系统进行每周每天24h监控和报警，以便对系统波动迅速做出响应和提供诊断支持。

· 可对蒸汽生产和扬克缸、冷凝水系统的装置、运行及化学品用量的变化所产生的作用进行实时分析，以便减少产生腐蚀性物质。

案例分析1

美国中西部的一家生活用纸厂受到扬克缸虹吸管堵塞的困扰。为了解决此问题，该厂在扬克缸系统前面安装了冷凝水处理辅助设备。在没安装3D TRASAR冷凝水处理自动化辅助控制器之前，操作人员根据从扬克缸闪蒸罐定时采样测定的pH值来调整化学品的用量。他们根据扬克缸的金属种类和溶解铁湿法检验数据，把pH值控制目标确定在8.8～9.2，湿法检验表明，当扬克缸在这一控制范围运行时，冷凝水铁含量为0ppb。

图3 使用3D TRASAR控制器控制扬克缸系统的冷凝水pH值

图3表明，使用了3D TRASAR控制器的扬克缸系统效果明显改善。前半图表示3D TRASAR控制器仅处于监测状态。这次初步评定确立了保持pH值理想控制范围的手控标准，从图上可以看出，手动控制的pH值在7.5～9.5之间波动。

后半图显示，扬克缸使用的3D TRASAR控制器被设置为控制模式时，能够把扬克缸冷凝水的pH值一直保持在8.2～9.2这一理想的控制范围之内。基于这些成果，该厂将着手升级辅助化学品加入系统，让这一控制范围更精确。

案例分析2

美国一家生活用纸厂的纸机扬克缸虹吸管多次堵塞从而造成非计划停机清洗。该厂根据从动力车间冷凝水贮罐定时提取的水样来监控冷凝水处理程序。使用纳尔科3D TRASAR控制器能够监控扬克缸的波动，并能提供保护。图4着重说明了3D TRASAR控制器所要求的烘缸冷凝水处理程序调整，这样才能保持系统恰到好处的控制，才能应对扬克缸蒸汽和冷凝水系统的动态特性。