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高王王士峰，江西紙業(yè)集團(tuán)有限公司設(shè)備動(dòng)力部高級(jí)工程師?！√?要：通過對(duì)國產(chǎn)的兩臺(tái)3150mm紙機(jī)三段通汽系統(tǒng)烘缸重新分段設(shè)計(jì)、烘缸排水裝置的改進(jìn)和旋轉(zhuǎn)接頭的改進(jìn)等整改措施，使紙機(jī)車速從原來的420m/min提高到560m/min，烘缸傳動(dòng)負(fù)荷降低80%以上，節(jié)約蒸汽用量60%以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。關(guān)鍵詞：紙機(jī)干燥部；積水；電機(jī)負(fù)荷；分段布置；排水布置；旋轉(zhuǎn)接頭；提高車速我公司#8、#9紙機(jī)是新一代國產(chǎn)化3150mm紙機(jī)，設(shè)計(jì)車速600m/min，工作車速550m/min，生產(chǎn)49g/m2新聞紙，1995年投產(chǎn)。投產(chǎn)初期，經(jīng)常因烘缸積水、傳動(dòng)超負(fù)荷、電機(jī)頻繁跳閘、紙頁烘不干而使兩臺(tái)紙機(jī)工作車速只能勉強(qiáng)維持在380～420m/min，故烘缸排水問題上升為制約紙機(jī)生產(chǎn)水平和工作車速的主要矛盾。針對(duì)這些問題，我們采取“邊生產(chǎn)，邊探索，邊整改”的方法，有的放矢，使烘缸積水得到較好的解決。　1 改造前的狀況該紙機(jī)干燥部共由35個(gè)缸組成(其中引紙缸和冷缸不通蒸汽)，分四組傳動(dòng)，每組配9kW直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，烘缸通汽方式為三段通汽，Ⅰ段#13～#34缸，共22個(gè)；Ⅱ段#6～#12缸，共7個(gè)；Ⅲ段#2～#5缸，共4個(gè)。烘缸冷凝水的排水裝置為旋轉(zhuǎn)虹吸器。為提高紙機(jī)干燥效率，在#8～#28烘缸之間還設(shè)有袋通風(fēng)裝置。當(dāng)三段通汽工作時(shí)，每段只有10～30kPa左右壓差；而每當(dāng)開機(jī)或短暫停機(jī)后再起動(dòng)時(shí)，烘缸傳動(dòng)電流則成倍上升，以致于造成烘缸傳動(dòng)電機(jī)經(jīng)常跳閘。我們通過測(cè)量烘缸表面溫度，發(fā)現(xiàn)三段缸溫度均低于正常溫度：Ⅰ段缸只有60～80℃，Ⅱ、Ⅲ段缸溫度有時(shí)反而高于Ⅰ段缸，這明顯不符合干燥工藝要求。這時(shí)操作者往往采取兩種方式來維持生產(chǎn)：一種方法是降低車速抄造；另一種方法是通過短暫關(guān)閉主段進(jìn)蒸汽后再進(jìn)汽，或短暫停機(jī)后再啟動(dòng)，有意識(shí)使得烘缸積水，以提高干燥效率。這兩種方法雖然有時(shí)能奏效，但紙機(jī)車速始終升不高，而且虹吸管旋轉(zhuǎn)接頭、金屬軟管特別易損壞。末段抽氣真空泵也因抽到大量未冷凝蒸汽而經(jīng)常出故障?？傊稍锵到y(tǒng)運(yùn)行很不理想，汽耗大?！? 整改思路與整改措施根據(jù)上述干燥部運(yùn)行狀況，我們對(duì)照原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了認(rèn)真的分析，認(rèn)為該系統(tǒng)存在以下問題：(1)烘缸分段設(shè)計(jì)不合理：原三段通汽烘缸比例為22∶7∶4，Ⅱ段7只烘缸顯然“消化”不了Ⅰ段22只烘缸排出的過量二次蒸汽。同理，Ⅲ段又“消化”不了Ⅱ段排出的閃蒸汽。Ⅲ段排出大量的閃蒸汽和不凝性氣體進(jìn)入表面冷凝器和抽氣真空泵，又使這些設(shè)備不堪重負(fù)無法正常工作，故整個(gè)系統(tǒng)始終處在不平衡狀態(tài)，每段壓差均低于烘缸排水所需50kPa左右，使得烘缸排水不暢，干燥效率低下等等一系列問題出現(xiàn)。(2)烘缸排水裝置結(jié)構(gòu)不合理：原虹吸器吸口幾何尺寸不合理，使冷凝水霧化能力差，缸內(nèi)冷凝水難以排出，也使得烘缸容易積水。(3)旋轉(zhuǎn)蒸汽頭存在質(zhì)量問題，蒸汽頭密封用碳精圈和盤根易磨損。蒸汽與冷凝水互通，進(jìn)汽量減少，使烘缸熱效率降低。對(duì)上述問題我們分別進(jìn)行了整改： 圖1 3150mm紙機(jī)三段通汽系統(tǒng)示意圖 圖2 改進(jìn)后的旋轉(zhuǎn)接頭2.1 對(duì)烘缸分段的重新設(shè)計(jì)為了避免出現(xiàn)理論設(shè)計(jì)計(jì)算與實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行發(fā)生矛盾，我們對(duì)有關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行了多次測(cè)定和計(jì)算。主要工藝技術(shù)參數(shù)如下：(1)抄寬3200mm(以卷紙缸為準(zhǔn))；(2)最大工作車速V=550m/min；(3)定量q=49g/m2；(4)最大抄造量G=5.17t/h；(5)進(jìn)干部紙頁干度C1=42%；(6)出干部紙頁干度C2=92%；(7)每個(gè)烘缸干燥面積F約為10m2；(8)每千克成品紙蒸發(fā)水量W=(C2-C1)/C1=1.2kg水；(9)紙機(jī)蒸發(fā)水量Q=W×G=6204kg水/h；(10)干燥速率m:當(dāng)缸面溫度tm1=100～110℃，m1=26～29kg/m2·h；tm2=80～90℃，m2=14～20kg水/m2·h；tm3=50～70℃，m3=4～10kg水/m2·h。在設(shè)計(jì)中，一方面我們考慮到系統(tǒng)在運(yùn)行中，個(gè)別虹吸器可能會(huì)被冷凝水擊斷；旋轉(zhuǎn)接頭可能存在內(nèi)漏因素，這些因素會(huì)導(dǎo)致二次蒸汽量的大幅度上升，整個(gè)系統(tǒng)平衡點(diǎn)被破壞，使得每段壓差下降，烘缸排水不暢；另一方面根據(jù)干燥工藝方面要求：紙頁干度在50%以內(nèi)時(shí)，烘缸表面溫度不允許超過95℃，以免影響紙質(zhì)。綜合上述因素，我們認(rèn)為原則上在確保干燥能力情況下，Ⅰ段(100～110℃)缸數(shù)量應(yīng)盡量減少，而適當(dāng)增加Ⅱ段(80～95℃)缸數(shù)量。目的在于加大Ⅰ段、Ⅱ段之間壓差，有益烘缸排水，同時(shí)也符合干燥工藝要求。Ⅲ段(50～70℃)缸據(jù)干燥工藝要求數(shù)量不能太多，有4個(gè)左右即可。經(jīng)過多方案比較我們選用：Ⅰ段缸16個(gè)，Ⅱ段缸10個(gè)，Ⅲ段缸4個(gè)(如圖1)，并通過干燥能力計(jì)算：Ⅰ總蒸發(fā)量+Ⅱ總蒸發(fā)量+Ⅲ總蒸發(fā)量≥Q紙頁所需總蒸發(fā)水量(即Q=6204kg水/h)每段總蒸發(fā)量：Q′=F·n·m(kg水/h)其中：n—烘缸數(shù)量其中：F—每個(gè)缸干燥面積，m2其中：m—平均干燥速率，kg水/m2·h因此：Q=Q′Ⅰ+Q′Ⅱ+Q′Ⅲ=F(nI·m1+n2· m2+n3·m3)=10(16×27+10×17+4×7)=6300＞6204kg/h。說明這個(gè)方案干燥能力足夠，這個(gè)方案與原方案比較：Ⅰ段缸減少6個(gè)，Ⅱ段缸增加3個(gè)，Ⅲ段缸數(shù)不變?？紤]到Ⅱ段缸數(shù)量增加可能會(huì)引起Ⅲ段“消化不良”，因此把Ⅱ段一部分閃擊蒸汽用于袋通風(fēng)加熱器，另一部分閃擊蒸汽進(jìn)入Ⅲ段，這樣做既可節(jié)約大量生蒸汽(原袋通風(fēng)加熱器用生蒸汽加熱)，又可增大Ⅱ、Ⅲ段壓差。2.2 烘缸排水裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)對(duì)旋轉(zhuǎn)虹吸排水裝置而言：排水所需的壓差不僅要克服冷凝水重力，還要克服虹吸管旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，其計(jì)算方程為：P=r(R+V2/2g)+P′+P″P—烘缸排水所需壓差；r—冷凝水和蒸汽混合物的密度；R—烘缸半徑;V—虹吸管旋轉(zhuǎn)線速度等于烘缸線速度;g—重力加速度;P′—虹吸管道摩擦阻力;P″— 填料函泄漏壓力。從這個(gè)方程我們可看出：(1)排水所需壓差P，隨著車速V上升而以較大幅度上升，所以車速越高，排水所需壓差值越大，烘缸排水難度加大。(2)排水所需壓差P還與冷凝水和蒸汽混合物密度有關(guān)：密度小，則P也下降。而密度大小又取決于噴吹蒸汽的百分率。如果噴吹蒸汽的流量太低，則離心力較高，所需壓差P也較高，烘缸排水可能不暢。據(jù)一些國外專家和有關(guān)資料介紹：高速紙機(jī)噴吹蒸汽量為凝結(jié)水量的20%左右。(3)P″和P′：P″阻力值與安裝旋轉(zhuǎn)接頭填料密封質(zhì)量及密封材料的質(zhì)量有關(guān)。如果能使接頭不存在內(nèi)漏，這項(xiàng)P″可以忽略不計(jì)。P′是指蒸汽和凝結(jié)水汽液二相流產(chǎn)生的管道阻力，其阻力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單相流體。P′值與噴吹蒸汽量有密切關(guān)系，如果噴吹量大，P′值會(huì)成倍上升，P′阻力大將導(dǎo)致虹吸管失去排水能力。根據(jù)相關(guān)的理論計(jì)算，當(dāng)噴吹蒸汽量約為10%～20%時(shí)，管道摩擦阻力壓降坡度為：2000～4500(N/m2)/m，P′值大約為8～20kPa(設(shè)虹吸管長(zhǎng)為4m時(shí))；但噴吹蒸汽量為40%時(shí)，其管道摩擦阻力壓降坡度高達(dá)18000(N/m2)/m，P′值約為72kPa。由此可見，P′阻力值是影響烘缸排水的重要因素之一。在實(shí)際生產(chǎn)中，一旦出現(xiàn)斷紙，烘缸冷凝負(fù)荷大幅降低，如果虹吸器吸口間隙過大，噴吹蒸汽量會(huì)因此大幅度上升。此時(shí)由于P′阻力過大，虹吸器可能失去排水能力，最終將導(dǎo)致烘缸凝結(jié)水泛濫。因而，在虹吸器設(shè)計(jì)中，既要考慮到有一定比例的蒸汽作為凝結(jié)水的載體通過虹吸器以提高排水能力，但又要控制好比例，蒸汽量不能太大，否則，烘缸將失去排水能力。因此，特別要注意吸口部位設(shè)計(jì)。我們的設(shè)計(jì)思路是：把吸水頭的形狀設(shè)計(jì)成喇叭狀，使吸口表面積大于水平管截面積3.5倍左右，吸口與缸內(nèi)表面間隙控制在2.2mm以內(nèi)，吸口部流體通過量要略小于水平管的通過量，以增強(qiáng)吸口部冷凝水霧化能力，降低混合物密度，從而達(dá)到提高排水能力的目的。按照上述方法，并通過多次試驗(yàn)和完善，我們自己研制的虹吸器排水能力比原配套(仿制約翰遜產(chǎn)品)虹吸器有較大幅度提高。2.3 旋轉(zhuǎn)接頭的改進(jìn)紙機(jī)原裝接頭是山東滕州一廠家產(chǎn)品。由于該產(chǎn)品密封環(huán)的材料選用和前后球管的設(shè)計(jì)均存在問題，使用壽命很短(一般只有7～10d)，特別是填料密封容易損壞，產(chǎn)生內(nèi)漏，蒸汽與冷凝水互通，使烘缸熱效率降低。針對(duì)這些問題，我們采取了以下改進(jìn)措施：(1)優(yōu)化F4密封環(huán)的配方，增加填充材料含量和其他種類材料：如青銅粉比例增加40%，還增添自潤滑和減磨材料石墨3%，二硫化鉬5%，使密封環(huán)耐磨性有了大幅提高。(2)改進(jìn)球管連節(jié)方式，增強(qiáng)前后球管銷鍵抗扭剪強(qiáng)度，避免銷鍵被剪切后填料密封也同時(shí)被損壞，產(chǎn)生內(nèi)漏的現(xiàn)象。(3)密封填料由盤根改為F4密封環(huán)，增強(qiáng)密封可靠性，旋轉(zhuǎn)接頭經(jīng)過改進(jìn)，使用壽命延長(zhǎng)至半年以上。改進(jìn)后的旋轉(zhuǎn)接頭如圖2?！? 整改后的效果3.1 干燥工藝曲線趨于合理：(1)系統(tǒng)確保了濕端烘缸(Ⅲ段缸)在很低的壓力下操作(烘缸表面溫度50～70℃)，從而徹底排除濕端紙頁的粘缸、掉毛、頻繁地?cái)嗉埖葐栴}出現(xiàn)；(2)由于增加Ⅱ段烘缸數(shù)量，烘缸表面溫度不太高，因而避免了紙頁干燥初期強(qiáng)干燥帶來紙頁疏松等紙病。3.2 車速大幅度提升，從原來420m/min左右提高至560m/min左右。由于漿供應(yīng)跟不上，目前車速只能穩(wěn)定在540m/min左右，但從干燥能力來看，車速還有一定的上升空間。3.3 烘缸傳動(dòng)負(fù)荷大幅度下降。每組傳動(dòng)電流從原來的160～240A(易跳閘)降至現(xiàn)在50～110A，節(jié)約電能達(dá)80%以上(指烘缸傳動(dòng)電能)。3.4 蒸汽消耗量大幅度下降。根據(jù)蒸汽流量計(jì)顯示，每噸紙的汽耗從原來的2.8t，降至目前1.8t左右，節(jié)約蒸汽用量60%以上。3.5 三段通汽系統(tǒng)運(yùn)行工作壓力比原來低，目前Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段烘缸進(jìn)汽壓力分別為150kPa、80kPa、20kPa，每段壓差在60kPa左右，烘缸排水順暢。而且，旋轉(zhuǎn)接頭、金屬軟管、抽氣真空泵等設(shè)備使用壽命得到明顯延長(zhǎng)。3.6 暖缸時(shí)間短，紙機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后，只要在開機(jī)前，烘缸通入適量蒸汽(約70kPa壓力)并低速運(yùn)行20～30min后，便可投入高速運(yùn)行。