扬克烘缸安全性、可靠性和效率最大化的探究

Ken Patrick

扬克烘缸安全性、可靠性和效率最大化的探究

Maximizing Yankee Cylinders Safety，Reliability and Effciency

Ken Patrick

当今卫生纸机以扬克烘缸为主的干燥部是几十年发展演变的产物，使用扬克烘缸不仅是为了提高产品质量和降低生产成本，而且还为了使生产的安全性和可靠性最大化。美国纸浆造纸技术协会（TAPPI）扬克烘缸安全性和可靠性（YDS&R）委员会在2014年内进行了几次有关扬克烘缸在生活用纸生产方面重要问题的分析和讨论。

为了探讨全球扬克缸和其气罩的一些问题，Tissue360°杂志最近会见了YDS&R委员会的两位会员，他们分别是Jaeger公司的技术总监John Holton和Airtherm公司的总裁Scott Thompson。

通过与Holton和Thompson的讨论，探索了扬克烘缸的相关问题和研发情况，包括钢制扬克缸、缸内部件、蒸汽箱应用、起皱刮刀和完整的气罩系统等。讨论要点包括如下几部分：

钢制扬克烘缸是未来之路

Holton在生活用纸行业中工作了很多年，包括曾经效力于美卓和Albany International公司。2014年10月1日，他在华盛顿州范库弗市正式开设了Jaeger（美国）办事处。他指出，美国的生活用纸行业改用钢制扬克烘缸的速度很慢，但使用钢制扬克缸无疑将是未来之路。钢和铁的导热性非常接近，但是钢的强度更大。因此可以把烘缸做得更薄。Holton说：“因为钢制的扬克缸较薄，所以可容易地得到更好的热传递。”

Holton指出，从安全性角度看，钢不发脆，因此不会像铸铁扬克缸那样受到灾难性的损坏。他补充道：“但实际上钢太软，刮刀会使钢制扬克缸迅速磨损。钢制烘缸还需焊接制成，这将会造成烘缸表面不平整。因此所有的钢制扬克缸必须经过热喷涂，经证明喷涂后使用效果良好，这是因为热喷涂的扬克缸可给予生活用纸生产极其平整的烘缸面。而铸铁是一种非均化物质，因此铸铁扬克缸有些区域更容易磨损，并且有些区域空隙多少不一。由于这个原因，具有热喷涂层（金属涂层）的钢制扬克缸，实现了更加均一的粘附性能，这在生活用纸的生产中非常重要。”

每次TAPPI的YDS&R委员会会议都会谈到钢制扬克缸问题。一位会员最近指出，这些扬克缸是用卷成弧形的钢板经焊接制成的。一般焊缝会使表面不平整，当受压时，例如通过扬克缸压榨辊压区，会造成应力梯级（应力增大）。

在运行过程中，因为焊缝会产生使缸面挠曲的应力点，所以与会会员暂时不能真正确定钢制扬克缸的使用寿命有多长。另一方面，一些会员指出，铸铁扬克缸可以保持很长的使用寿命，一些铸铁扬克缸的寿命已经超过了50年。

在YDS&R委员会会议的讨论中，大多数会员都认为，喷涂金属层（热喷涂）给包括焊缝在内的钢制扬克缸整个表面一个坚硬的涂层。它主要用于延长耐磨时间，并没增加扬克缸的强度。一些会员还指出，有热喷涂涂层的钢制扬克缸不能使用焊缝外观检测技术，即焊缝不能从外面进行视觉检查，这是因为它们被涂层覆盖。所以，只有涂层被磨损掉的时候才能进行焊缝检查。举例来讲，如果耐磨涂层能用8～10年的话，在那段时间里纸厂不能真正知道焊缝的情况。

尽管如此，至少有一家钢制扬克烘缸的制造商报告说，有一种新检测技术能测定金属涂层下面的焊缝。据YDS&R委员会一位会员说，这项技术不用射线照相，避免产生令人担忧的放射性问题。

扬克缸内部部件

关于扬克缸内部部件，Holton说：“近期发生了很多情况，多数牵扯到部件长时间使用会产生磨损。不论是钢制还是铸铁的扬克缸，历经约15年的连续运行后，内部部件都会松动。由于扬克缸的腐蚀或者只是持续的加热和冷却会损坏垫圈等部件，因此部件会松动。这必定会出现很多潜在的内漏点。”

Holton指出，这类的“牢度腐蚀”开辟了缸内的“捷径”之路。形成这种现象仅需极少量的缸内蒸汽泄漏，使其压力下降。蒸汽将短距离地循环到最易走的路线，此处就是系统中的泄漏点。

在使用了超过15年或20年，扬克缸极缓慢地降低了效率。无论何时，扬克缸都会发生压力下降现象——非常高速的蒸汽冲蚀着小孔——这些小孔孔径随着时间的过去会慢慢地越来越大。但是它发生的非常缓慢以致于扬克缸操作人员确实无法发现。很多时候，这些冷凝水系统并没有得到严格的检查，因为小孔很难被发现。你必须知道到哪里去找小孔，怎么识别和如何修理它们。并且很多纸厂不能做上述的所有工作。系统有很多地方会跑冒滴漏，这些经常被忽视。

Holton强调，生产效率会慢慢降低，并且扩大到冷凝水系统中，几乎是整个生活用纸行业的普遍现象。这不仅浪费了能源，而且造成了纸幅纵横向不均匀的问题。扬克缸通常有4个或者6个蒸汽总管，如果有一个总管运行不正常，就会连累整个系统。它不仅会让扬克缸不能稳定运行，而且会由于受热不均而产生冷区。并且在横向，如果系统没有正确的工作，经常会在边缘或者溢流管下边出现冷区，这是非常普遍的现象。在生活用纸生产中，纠正它往往失去了最佳时机。

Holton指出，在某种程度上，蒸汽箱的检查和扬克缸内部部件的检查相似。当一个蒸汽箱工作不正常时，需要进行彻底检查。例如，当检查蒸汽箱时，必须确认执行机构工作正常，在整个控制范围内要反应连贯，并且孔板是干净的。此外，应有人员对蒸汽箱进行定期的彻底检查，这些人员应知道要检查什么，并且当蒸汽箱工作不正常时能够排除故障。

Holton强调说：“很遗憾的是，一些纸厂错误的“节约”方式，继续使用那些有运行问题的蒸汽箱，实际上它们早该被换掉。”

起皱刮刀

Holton认为，使用陶瓷起皱刮刀显然是“未来的趋势”。他指出，尤其是陶瓷刮刀和热喷涂层配合使用效果非常好，会延长刮刀寿命，这通常是处于第一位的纸机效率可控因素。

然而，两者配合使用不仅仅是延长刮刀的寿命。由于几乎所有纸机停卷的首要原因就是换刮刀，因此，如果能把换刮刀次数减至最少，就会获得非常高的潜在效率。在使用陶瓷刮刀上，很多欧洲的优质生活用纸原纸生产厂走在了前列，现在它们的陶瓷刮刀可以使用5～7天。但是在美国市场目前还没达到这个水平。

尽管钢制扬克缸是生活用纸行业的较新设备，并且包括使用寿命在内的性能问题尚无定论，但在生活用纸行业中，很多人把使用钢制扬克缸看成是“未来之路”。

除了延长寿命，陶瓷刮刀的另一个主要好处就是纸幅的松厚度和抗张强度极均匀。当钢制刮刀在运行中磨损时，纸幅松厚度上升，并且抗张强度下降。更换刮刀以后（一般使用约4h），纸幅的抗张强度回升，且松厚度下降。当这种情况发生后，纸厂再把质量反复不定的原纸送去加工，显然会引起运行问题。总的来说，陶瓷刮刀可让纸厂使纸幅在几乎恒定的松厚度和抗张强度下运行，尤其在加工厂试图控制纸幅张力和纸卷密实度等的时候。因此，加工厂就能设置加工机的运行模式，而不必经常改变参数。

扬克缸气罩问题

关于扬克缸气罩，Thompson说，当燃烧系统发生故障或者纸厂偶然发生火灾的时候，Airtherm公司人员常被请来解决问题，这些始终是大事，也是YDS&R委员会关注的问题之一。他说：“没有人希望在建筑物内发生火灾。近来，特别是美国消防协会（NFPA）制定的新标准确实对生活用纸生产厂内外的灰尘控制系统提供了严格的要求。而且，管好厂房卫生——保持对灰尘积累的可控，显然是避免灰尘造成火灾的关键因素。”

实际上，偶发性火灾的另一个促成因素是，一些比较老的扬克缸气罩系统会产生过热点。他指出，多数纸厂，约15年前就开始使用热感照相机，它安装在气罩和热风系统中的热点位置。

扬克缸本身一般可在300˚F～350˚F（约149˚C～177˚C）温度下运行，但取决于蒸汽压力，然而扬克缸气罩自身能把温度增加到900˚F（约482˚C）或者更高。通常，气罩越旧，越漏气，裸露的金属就越多，隔热材料也就越老化。因此，如今大多数纸厂使用热感照相技术来发现气罩外壳的高温位置，然后使用该信息来做更准确的检查，以便找到裂纹。或者大多数时候，找到并更换因年久而损坏的隔热材料。他补充说，近几年，Airtherm公司已经做了很多气罩改造工作，更换老化的隔热材料或者整个气罩换上新的隔热材料，还包括加装高耐热值（测定热阻）的陶瓷隔热材料。

无论是新的还是旧的气罩，由于它们运行在非常高的温度下，都会产生裂纹和泄漏温度非常高的热风。Thompson说：“我们最近接到了YDS&R委员会一位会员的电话，他使用的是比较旧的扬克缸气罩。他请我们为其气罩做个检查，由于他们知道有泄漏点，只是不知道泄漏点在哪里。在这些类型的检查中，需要检查热点、裂纹和管道系统中的伸缩接头，接头随着长时间使用会产生裂纹。我们找到了问题所在，并且修好了它们。”

管道系统问题

Thompson讲，扬克缸气罩漏气的另一个主要源头是位于气罩后面连接风管与气罩的软管。过去，当气罩伸缩时，只能将管道系统与气罩连接处的管道断开。后来所有纸厂都转而使用软管连接，这样可使气罩伸缩时避免和风管的连接松动。

“目前，已经有很多不同类型的软管。一些是金属的，一些是织物质地的。多年来，我们已经做了很多工作，包括更换一些不耐用的软管。根据使用情况，有时候我们使用内置陶瓷隔热层的高技术编织材料。更多的时候，则使用伸缩金属管，当气罩伸缩时，金属管可移动。同时，还能保持管中的热风压力和温度。”

腐蚀问题

Thompson说，扬克缸气罩的另一个大问题是腐蚀，并且各纸厂都在尝试解决造纸过程的化学品腐蚀问题。他指出，气罩是用金属板制成的，并且在造纸过程中很多时候都使用氯化物，而氯化物能腐蚀一般性钢材，如300系列不锈钢、低碳钢或耐候钢。在过去的20～30年间，钢厂已经生产出了不同类型的双炼不锈钢。至于使用哪种不锈钢更好和哪种不锈钢最有成本效益，在供应商之间一直都存在争议。

Thompson解释道：“我认为，现在在气罩的湿端部使用某些种类的专用不锈钢已成流行，这些不锈钢用于制造气罩内的喷嘴箱以及内外部的面板。在这一点上，我们甚至用不锈钢板制做了同为0.5in厚的湿端部侧板。在过去，纸厂安装气罩希望可以使用20年。今天，纸厂希望气罩的寿命更长。他们充分认识到更换热风系统的花费很高，并且采用专用不锈钢防腐蚀将需大笔先期投资。气罩的湿端部必须耐受最潮湿的环境。湿端部紧挨着压榨部和湿毯，因此干燥的是最湿的纸幅。湿端气罩最低处的外部是最容易腐蚀的地方，通常，从此处一直到扬克缸水平中心线的部位全是用不锈钢制造的，而非低碳钢或抗高温耐候钢。这些不锈钢中有些是非常贵的，但是从长远考虑，它们物有所值。”

（姚姝娓编译自Tissue 360°/2014年秋冬版，陈海昌审校）