浅析制浆造纸工程中特殊介质的设计要点

徐超

摘要：在制浆造纸工程中，只有针对各种介质流体的特有属性予以充分考虑，才能设计和制造出符合技术要求及功能的系统。本文根据多个实际项目经验和规范，对在制浆造纸工艺中除纸浆、白水、公用系统等介质之外的其他一些常见特殊介质在实际工程中的基本设计要点、原则和内容进行了相关阐述。

关键词：制浆造纸；工程设计；介质流体特性；设计要点；工程经验

中图分类号：TS742；TS743+.1

文献标识码：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.08.008

制浆造纸工业是以纤维为原料的化学加工工业，在制浆、漂白、打浆、抄造及成纸后加工全过程的各个阶段，除最常见的纸浆、白水、公用系统等介质的使用外，还贯穿着其他各种特殊介质的使用和输送。由于介质品种的多样性，只有在实际工程中对各种介质的特有属性予以充分考虑，才能设计和制造出符合技术要求及功能的系统。本文结合多个实际项目经验和规范，对制浆造纸工艺中常见的一些特殊介质在实际工程设计中的基本设计要点、原则和内容进行了相关阐述，以供参考。

1氯

氯是制浆漂白工段常用的介质，通常由氯桶（瓶）和氯罐车运输，罐车卸液氯用的压缩空气，应经过干燥和洁净处理。一般情况下在氯处理区域会设置独立的压缩空气处理站，且其中的压缩空气管道系统不应并入其他的压缩空气管网。

氯气属于GC1级中符合《职业接触毒物危害程度分级》中高度危害气体介质，因此对相应的管道、阀门及相关设备的密封性有特别高的要求。用氯管道通常應使用无缝钢管，同时要考虑到氯处理中管道具有抗低温性能，因此在材料选择时应满足能在-30℃工况下保持稳定性能的材料。一般湿氯气管道选用钛材，干氯气管道选用普通碳钢即可。可选择的标准有GB/T 9948—2006《石油裂化用无缝钢管》、GB/T 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》等。管道的尺寸计算应至少满足2.5 MPa的操作压力，内部和外部的腐蚀裕量都需考虑在内。从防泄漏的角度出发，氯气管道应尽量减少活动连接，尽可能焊接，并依据 GC1管道要求进行焊缝检测。在必要的连接部位，选择法兰、垫片、紧固件等应严格遵守HG/T 20592—20635—2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》的规定。其中法兰应选用凹凸面或榫槽面对焊法兰，法兰垫片也应选用耐氯垫片。

氯气设备、管道和阀门安装前应经清洗、吹扫、干燥处理，定期清除滞留在反应设备和管道内的反应生成物，消除堵塞。阀门应逐个做耐压试验。用氯设备也应使用与氯气不发生化学反应的润滑剂。同时氯化器、贮罐等设备的压力表、液位计、温度计，应装有带远传报警的安全装置。

另外需要注意的是当温度低于9.6℃时氯水会结晶成Cl2·8H2O，因此在进行相关管道设计时，应避免造成结晶积聚的拐角，以防止管道堵塞。

2硫磺（熔融硫磺）

硫磺的熔点是113℃，能有效地进行泵送的温度区间约为130～150℃，当温度上升超过155℃时，液硫的流动性会变差而无法输送。因此输送液硫的管道一般需要设置保温和伴热系统，以使得整个管道内的液硫平均温度保持在能良好输送的范围内。液硫管道的伴热一般通过蒸汽夹套伴热完成，若管道公称直径用于蒸汽伴热的蒸汽一般采用0.3～0.45 MPa的饱和蒸汽，在管道设计中液硫流速一般选用0.8～1.5 m/s，而相应的伴热用蒸汽流速一般应在20 m/s以上。液硫管道应沿介质流动方向保持至少1∶250的坡度，若仅为重力流管道则最好有至少1∶50的坡度。在低点应设排液口，以利于管道排净，防止液硫凝结堵塞管道。对设有阀门或者法兰的管道一般最少每隔12 m设置一个冷凝水排放口，没有阀门和法兰的管道可延长至每隔24 m设置一个。

图1为蒸汽夹套伴热系统中蒸汽与冷凝水管道的其中一种接法，在此案例中蒸汽沿切线方向进入夹套，在靠近蒸汽进入的液硫管道上设置一块厚度为3 mm 左右的缓冲板以避免对液硫管道造成影响。泠凝水出口管道设置在管路的最低点，若因现场情况限制泠凝水管道必须水平引出时，R一般应大于冷凝水管道直径的4倍。

蒸汽夹套伴热系统的法兰加热有2种方式，一种是法兰加热系统中液硫管道的法兰带有2个钻孔的加热腔，一个钻孔用于蒸汽进入，另一个钻孔则用于冷凝水排出，其结构示意图见图2。另一种法兰加热可使蒸汽直接对法兰进行加热，利用夹套上的钻孔将蒸汽引出或者排出冷凝水回收，其结构示意图见图3。

图4为液硫管道中温度传感器接法示意图，温度传感器附近的夹套管道应断开以防止夹套内的蒸汽对传感器影响。

3硫酸

硫酸属于GC2级中符合《职业接触毒物危害程度分级》中中度危害介质。浓硫酸由硫酸罐车运输，可以用玻璃瓶、铁桶或者铝桶等进行包装。与氯一样，硫酸也可使用压缩空气从罐车卸载。一般情况下，用于卸载硫酸的压缩空气可以使用工厂压缩空气管网，但也要保证干燥、无油和无尘。而目前比使用压缩空气更安全、成本更低以及效率更高的方式是使用酸泵进行卸载。在浓硫酸（质量分数98.3%）管道设计中，应严格控制浓硫酸的流速，推荐浓硫酸的流速为25～75 mm/s，并严格控制流速不能超过1.0 m/s。因为在流速过高的情况下管道内形成的氧化膜会被冲刷破坏，直至泄露甚至喷漏造成事故。在管道尺寸计算时应至少考虑3 mm的腐蚀裕量。为防泄漏，管道应尽可能焊接并进行焊缝检测。法兰应选用适用于厚壁管道的带颈对焊法兰，压力等级可选1.6 MPa。在管材选择上，对于质量分数98.3%的浓硫酸使用碳钢材质能满足生产要求，而当硫酸质量分数为90%～96%以及温度在20～30℃的条件下，也可以使用耐酸不锈钢。在国外工程中，对于质量分数低于93%以及使用温度低于80℃的硫酸，可以使用PVDF（聚偏二氟乙烯）内衬的管道和阀门，硫酸质量分数低于16%以及使用温度低于50℃时，可使用PVDC（聚偏二氯乙烯+树脂）内衬的管道和阀门。

另外一点需要注意的是由于浓硫酸的吸水性，因此常压的浓硫酸储罐一定要做好密封，防止水汽进入。否则在长期储存的情况下硫酸质量分数会逐渐减小，储罐的碳钢材料会逐渐被腐蚀。

4氧气

氧气属于GC2级中符合《建筑设计防火规范》中乙类可燃气体介质。在实际工程中，液态氧由罐车运输至工厂所在地点，由泵抽入到储存罐中。液氧储罐一般为双壳程结构，夹层内采用真空粉末或珠光砂真空绝热。内胆材质一般选用不锈钢，外胆材质可用碳钢。常见的液氧储罐内筒最高压力一般为0.8 MPa和1.6 MPa。液氧管道材质通常选用不锈钢无缝钢管（GB/T14976—2012）。氧气管道应按照管道工作压力条件选用氧气专用阀门和压力表，弯头可选用弯曲半径不小于5倍公称直径的冷弯或热弯弯头，亦可选用长半径压制对焊弯头，但不可选用褶皱弯头。除与设备阀门连接处采用法兰或螺栓连接外，氧气管道的连接均应采用焊接。氧气管道上的阀门出口也不应与弯头或三通直接连接。氧气管道上调节阀组、支管阀门、干管阀门等出口侧留有一段不小于5倍公称直径且长度不小于1.5 m的直管段。在管道规划中，液氧管道应尽可能地短，并且必须采用相应的绝热保冷和管道应力补偿措施。在管桥中，氧气管道与其他介质管道应保持至少250 mm的安全距离，与电缆桥架之间至少要保持500 mm的安全距离。氧气管道安全阀引出的管道需远离有机材料及易燃气体。

5白液

白液即为硫酸盐法的蒸煮液，其对皮肤、呼吸道黏膜及眼睛有害并可致重度灼伤，因此处理白液时要做好专门的防护措施。铝、锌等材料的管材易被白液快速腐蚀，当管道内高温的白液高速流动时，碳钢也很容易被腐蚀，因此建议采用不锈钢（AISI SS 304或与之相当的等级）的管材，管道需做相应的保温绝热。在相应的白液介质计算中，在泵吸入口，管道白液流速一般取0.8～1.5 m/s；在泵出口，管道可取1.5～2.0 m/s。由于白液冷却时会产生结晶，停机时应用热水冲洗白液管道，因此在白液泵进口和出口管道上应预留能连接冲洗热水快速连接头的阀门。

6黑液

制浆过程产生的废水中含有大量的木素，呈黑褐色，故称作黑液。洗涤工段回收得到的黑液为稀黑液，稀黑液经过蒸发器被逐步浓缩，得到中浓黑液，中浓黑液在继续蒸发浓缩后得到超高浓黑液，之后送入碱炉进行燃烧。黑液输送管道一般使用焊接连接，输送超高浓黑液时，应使用法兰连接的阀门，在管道较长时也应在管道中设置拆卸法兰，以便于管道冲洗。中浓和超高浓黑液管道应保持至少1∶250的坡度，避免造成积液。所有输送黑液的管道都应设置保温，必要时输送超高浓黑液的管道应设置伴热（电伴热或蒸汽伴热）。黑液泵进口和出口管道上应预留能连接冲洗热水快速连接头的阀门和排污阀，高浓黑液泵进出口管道有时也会设置蒸汽冲洗的接头。

7绿液

黑液固形物经碱回收炉燃烧后的熔融物溶液称为绿液。在相应的管道设计中应考虑到绿液易结晶成垢（结盐），甚至完全堵塞管道。其中从绿液溶解槽将绿液输送到苛化工段澄清器的输送管道最容易堵塞，在此工段一般需设置两路绿液输送管道，一路用于绿液输送，另一路用稀液反清洗。此两路管道每隔一定时间通过远程控制阀进行相互切换，以延缓管道结垢。同时绿液管道也应配置相应的冲洗管路或冲洗器。建议绿液管道设置保温。

8白泥

绿液经苛化后含有不容沉积物的液体叫做白泥。用来泵送的白泥固含量约为40%，在泵选型时应考虑白泥的腐蚀性，白泥输送时不推荐使用控制阀来控制，可使用变频泵。泵出口管道流速设计一般小于2 m/s，入口管道流速使用0.5～1 m/s。若管道内流速低于0.2 m/s，白泥将开始沉积。同时泵进口和出口管道也应设置用于冲洗和排污的接头或者阀门。管道设计时应杜绝造成介质流速减慢的死角，防止白泥产生沉积。白泥管道应设置保温。

9其他

除了上述的常见介质外，在实际工程中还有另外一些需根据其特性来设计的化学品介质，如皂化物、填料、涂料等悬浮液介质输送时应通过泵和回流管的设计使其保持循环状态，防止介质沉积和堵塞。在易沉积介质的泵前后管道上均应考虑设置冲洗接口或排污组件等。

10结语

综上所述，在制浆造纸工程中需要输送、处理和使用的特殊介质较多，并且各种介质均有各自不同的特性。在工程实践中，应深入了解工艺条件及介质特性，结合相关的规范和标准来进行合理的设计。

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（责任编辑：董凤霞）