6号纸机真空系统设计

李云泽

（南纸股份有限公司技术中心, 福建 南平 353000）

6号纸机真空系统设计

李云泽

（南纸股份有限公司技术中心, 福建 南平 353000）

现代造纸机对真空技术的应用是非常重要的。在生产过程中选择高效、低能耗的真空泵能有效地脱除纸浆的空气，脱除纸页的水分，降低能耗，提高车速，确保产品质量，都是不可缺少的。

纸机真空泵 真空系统设计

造纸生产过程中真空技术的应用十分重要。在高速纸机上浆系统中利用真空脱除浆料中的空气，对改善成型均匀度效果显著；在网部和压榨部可利用真空脱除纸页和毛布水分，是完成纸页成型的关键因素之一，对提高纸页干度，顺利引纸也有重要作用；在干燥部利用真空技术形成适当压差能有效提高烘缸部干燥能力。因此，真空技术的正确应用，已成为造纸生产过程中的重要环节[1]。就南纸6号纸机真空系统的设计，谈谈纸机真空系统中真空泵的选型、工艺设计[2]。

1 真空泵的选型

1.1 真空泵的类型

造纸厂使用的真空泵主要有两种：罗茨真空泵和水环式真空泵，都属湿式真空泵，只能产生85%～90%的真空度。

（1）罗茨真空泵：目前国内用于造纸行业的罗茨真空泵主要以ZBK系列为代表。它具有体积小、重量轻、节能显著等优点。缺点主要为：

①泵的转子易磨损使泵的效率下降。

②泵的抽吸量小。

③泵所能达到的真空度较低，在1.33～53.3 kPa真空度下可以正常使用，当真空度超过53.3 kPa时，效率急剧下降。因此罗茨真空泵使用具有一定的局限性，仅用于小型纸机中。

（2）水环式真空泵：水环式真空泵具有结构紧凑、易维护等特点。由于转动部分没有机械摩擦，故使用寿命较长，操作可靠，并具有在大抽吸量的情况下效率下降不多等优点。缺点是：效率低，约在50%左右。水环式真空泵被广泛地应用于大中型造纸厂。

各厂家生产的水环式真空泵产生真空的原理都一样，但内部结构不尽相同，使得各种真空泵的能耗和效率有一定的差别。

1.2 水环式真空泵选型

（1）结构。NASH真空泵的结构最简单。由于采用锥管进气和排气的专利技术，使得NASH真空泵体积小，抽气量大，并有侧向和向下排气口，方便用户安装，其904系列真空泵专为造纸设计生产的。西门子2BE系列真空泵，则采用了最新的发明“柔性舱门板”结构，可随抽气量的变化自动调节排气口的开度，保证真空度稳定，并有向上和侧向排气口。伏伊特真空泵是较普通的真空泵，有侧向及向下排气口。佛山、武汉生产的水泵CBF系列真空泵系引进西门子20世纪80年代的技术。

（2）材质。用于造纸工业的真空泵的壳体和转子必须采用铸铁制造，NASH系列真空泵的所有过流部件均采用球墨铸铁制造，耐酸碱的腐蚀。西门子CBF系列真空泵采用铸铁制造，并在过流件表面涂有耐腐蚀的高分子化合物涂料。伏伊特真空泵、佛山、武汉2BE1系列真空泵也采用铸铁制造。NASH系列真空泵和西门子CBF系列真空泵的材质较好，能适应造纸过程中低pH值条件下运行。

（3）能耗。真空泵能耗计算公式：

能气比＝动能消耗（kW）/ 抽气量（m3/min）

若能气比等于或者小于1，则说明该真空泵性能优良、能气低。通过对掌握的数据和资料的分析：NASH真空泵能气比在0.9～1之间，节能效果最佳。西门子CBF真空泵在1.0～1.1之间，效果较差。

（4）维护。由于NASH、佛山真空泵采用SKF轴承，可保证真空泵连续运转15年以上。其中NASH真空泵维护方便、CBF真空泵维护较复杂。

综上四点比较，NASH系列真空泵性能最佳，佛山CBF系列次之，在资金许可的条件下，首选NASH真空泵。国内生产的真空泵则首选CBF系列。

2 真空泵传动形式的选择

绝大多数纸机真空系统的真空泵是由异步和同步电动机传动的。真空泵的传动形式主要有4种：电机直联传动； 同步电机传动；齿轮减速传动；V形皮带传动。有时由买方自己配传动时，应注意各种传动形式的优缺点。

（1）电机直联传动。仅用于单台小型水环式真空泵的传动。缺点：泵转速较高，使得其效率较低。

（2）同步电机串联传动。在北美和欧洲大型纸机的水环式真空泵常采用该形式传动。优点：真空泵传动故障较少，减少停机时间。

（3） V形皮带传动。优点：结构简单，容易维护。如果需要调整真空泵和抽吸量，只要改变皮带轮直径即可。缺点：国产V形皮带公差较大，易造成皮带磨损。

（4）齿轮箱传动。多用于大型水环式真空泵，其传递功率效率高。缺点：配润滑油系统，设备一次性投资较大，不能象皮带传动那样简便地调整真空泵转速。

3 现代纸机真空系统的设计

现代纸机真空系统包含了纸机真空系统和真空泵水环水回收系统两个部分。纸机真空系统由真空泵、气水分离器、水泵、集水坑等设备和工艺管道组成。真空泵水环水回收系统则包含水的回收和热回收两个方面，大多数工厂只有水的回收，该系统主要由泵、过滤筛、冷却塔、换热器等设备组成。现代纸机真空系统的自控部分可并入DCS系统。

3.1 基本特点

现代纸机需要的是一整套运行可靠性、灵活性好，而且对环境影响最小的真空系统。要实现这些目标必须有以下特点[3]：

（1）真空泵要耐腐蚀，耐磨损，能耗低，并保证真空泵的性能多年不变。

（2）真空泵在真空分配上要做到各个吸点的真空相对独立互不影响。例如在毛布洗涤区里，每条毛布的脱水是按运行时间和透气性，并按所要求的抽吸量和真空度进行的，不受其他毛布工艺状况的影响，以实现毛布最佳洗涤效果。

（3）通过排气管道内的消音器控制噪声。

（4）部分抽吸点要求9.81 ～ 19.62 kPa真空度，可选用径流风机来实现。

（5）真空泵要集中布置，泵下设置排水沟和集水坑，便于水环水的回收利用。

（6）配置一套冷却塔和过滤器进行水环水利用，以节约清水用量。配置一套好的水环水回收系统，只需补充10%的清水，就可维持真空系统正常运行。

3.2 设备布置

近年来随着世界各国大型纸机的相继投产，出现了不同的真空系统布置方式。真空系统设备布置的好坏，直接影响到真空系统的运行和维护。目前已不再将真空泵分散于车间内，而代之以独立的真空泵房。以下为真空系统设备布置的特点：

（1）目前最佳的真空泵布置方案是“一”字形配列方式。对纸机改造则另当别论。

（2）要有一间独立的真空泵房，并采用一定的隔音措施。要配备检修真空泵和电机的手动单轨行车。

（3）真空泵采用“一”字形排列方式，可在泵下设一条排水沟和集水坑（关于排水沟和集水坑的设计将在第4部分说明）。

（4）真空泵水环水的冷却塔，可置于离真空泵2.5～7.0 m高的地方。采用这种安排，所有真空泵都能工作于一个公共的循环系统上，因为水流动是通过位差来产生的，所以可以节约水泵、控制阀和仪表。

3.3 管道设计

设计真空系统时，真空管道的设计与真空泵的选择同样重要。许多真空系统由于优化了真空管道的设计而得到改善。在设计真空管道时应注意以下几点：

（1）纸机真空抽吸点至真空泵吸口的管道应尽可能地短，并且尽可能减少弯头和其他管件，以减少管道阻力损失。通常每条管道中真空度损失不超过3.4～6.8 kPa。

（2）真空管道沿介质顺流方向坡度不小于0.2%。在管道布置时避免出现“U”管道，因为在“U”管段中容易积水，会对真空泵产生冲击，使得真空泵负载增大。

（3）在纸机真空管道设计中气体流速通常选用：在气水分离器前的真空管道中气体流速不得超过18 m/s。

（5）气水分离器水腿管的高度应在真空点的真空度（kPa）下加上1 m水柱的余量。水腿管道应尽量垂直，如果无法垂直，则水腿与垂线的倾斜不得超过45°。同时用于水腿管密封的水封槽容积至少是水腿管容积的2倍，以防止开机时槽中水被抽空。

（6）真空泵采用一排布置时，真空泵上方可设计一条真空总管，根据要求将真空总管用盲板分隔。有的多设一条辅助真空总管，以提高纸机操作的灵活性。

（7）关于真空泵水环水管道的设计：真空泵水环水的温度正常在25～30 ℃之间（夏季）。每台泵水环水分支管道上安装流量计，通常选用玻璃管转子流量计来控制水环水用量。在管道设计上可采用NASH泵的做法，在水环水进泵体的管道上安装一个限流孔板（孔板直径在12～22 mm），并将其余的水环水用支管引入泵口喷入，这样可以降低进泵气体的温度，既可保证进入水环水量，又能降低真空泵的能耗。

（8）真空系统的进气管道运行背压不超过6.86 kPa。如果超过6.86 kPa，应将一些真空泵的排气管拆掉，另接单个分离槽。

（9）真空管道通常用壁厚2～3 mm不锈钢管，在较高的真空度下使用时，要采取一些加强措施，防止真空管道被抽扁。

（10）在真空泵的进口处应设计DN150的检查手孔，并在吸口法兰处安装不锈钢丝网（孔径Φ550μm），可防止开机时，铁块、焊渣进入泵体造成损坏。通常铁丝网在运行一周后取下。

（11）关于气水分离器的设置问题：如果真空泵的高度能满足设置水腿的要求，则分离器要避免用抽液泵抽水，因为抽液泵工作不稳定时会影响真空系统的稳定。纸机下毛布真空吸水箱最好设置气水分离器和抽液泵（特种泵），因为通常下毛布吸水箱位置低于4 m。

（12）真空泵、风机等真空设备的进口处，可安装橡胶挠性接管，一方面可改善管道安装对中问题和由冷热引起的收缩和膨胀，另一方面可防止真空泵振动传递到纸机上。

而跟追纠缠行为成立要件中，最无争执之处应为客观上行为具有“重复、持续”实施之特性⑤实然，行为之重复实施特性尚必须对他人权利行使造成影响、社会大众普遍难以忍受，以免株连过广。，此亦属于跟追纠缠行为之所以应加以防制的原因，藉以排除仅属于单一的人际互动行为。至于行为对于被害人造成生理、心理健康，社会互动及经济层面之影响，自可由医学方式证明，或自客观事实举证。但是否必须纳入行为人主观意欲、动机或意图作为成立要件的认定，本文认为，基于举证不易，而且实际上难以客观判断，在无法判定主观要件下反而容易导致防制上的漏洞。故在此本文不建议将主观要件纳入跟追纠缠行为之成立要件中。

（13）当两个或两个以上的真空度不通的真空点合并用一台泵时，其抽吸量不是简单地相加，而应根据P1V1=P2V2公式计算，将低真空的抽吸量换算成高真空的抽吸量之后相加。

4 排水沟和集水坑的设计

在最新的大型纸机中，纸机真空系统无一例外地配置了排水沟和集水坑。真空泵布置在排水沟上，泵基础板作水沟盖板。当真空泵排出的水气通过排水沟时，是以高速蒸汽流的形式存在。在排水沟端部的挡水板处，气体流速下降，水从空气中分离出来，用水泵排出集水坑，空气通过排气口排到大气中。下面介绍排水沟和集水坑的设计要点，见图1。

图1 排水沟、集水坑的设计

（1）要注意真空泵的布置顺序，高压真空泵应布置在排水沟的尽头，低压真空泵布置在集水坑的尽头，防止低压真空泵产生背压。

（2）排水沟和集水坑标准设计根据选用的气体流速。

（3）排水沟底面坡度为4%，排水沟内壁应贴瓷砖。

（4）集水坑内设置一块倾角为60°的挡水板，材质可以是不锈钢或混凝土，其作用是分离水和气体。集水坑内壁应贴瓷砖。

（5） 集水坑的形状和容积直接影响气水分离的效果，设计时应严格按流速要求计算。图1中的数据供设计时参考。

（6）集水坑的排水泵宜选用自吸式不锈钢离心泵。

5 水环水回收系统的设计

在真空系统运行时，因水蒸气冷凝、气体压缩和效率损失而产生热量必须不断地从系统中排出，这些热量是由真空泵排出的气体和水带走，因此，收集的水环水温度在40～50℃之间，回用于真空泵的水环水要求不低于30℃，才能保证真空系统效率稳定。收集水环水的最佳方法是配置排水沟和集水坑，经收集的水环水由泵抽提至冷却塔或经过热交换回收热能。冷却后的水环水再由曲面筛过滤或澄清器冷凝后送至纸机各系统的需求点。

真空泵水环水回收系统的设计应注意以下几点：

（1）冷却塔布置在离泵2.5～7.0 m高的位置上。

（2）冷却塔应带有两种速度的电机，可在夏季和冬季调整运行状况。

（3）在给水泵停机时，冷却塔的水都排至水槽，防止冬季停机期间冷却塔冻结，并便于检查和清洗。

（4）冷却塔的回流管应设置温度开关，用于调节风机速度，从而调节冷却塔的运行状态、避免冬天冻结。

（5）过滤设备选用曲面筛（筛缝0.1 mm）。

（6）在高寒地区回水管要保温。

6 6号纸机真空系统设计

南纸第四抄纸车间6号文化纸机，运行设计车速1 400 m/min，定量76.1 g/m2，年产文化纸25万t。目前车速稳定到1 200 m/min，向设计车速靠近。产品质量达到工艺操造要求，成纸质量稳定，已陆续生产出80 g/m2双胶纸、80 g/m2静电复印纸、70 g/m2双胶纸、70 g/m2静电复印纸、45 g/m2无碳复写原纸等多种文化用纸。

6.1 真空点参数

6号纸机各部真空点设计参数[4-7]，见表1。

表1 6号纸机各部真空点设计参数

6.2 真空泵选择

根据纸机真空系统要求，真空泵设备配置方案为：佛山水泵厂的真空泵9台，均采用西门子技术改进的CBF系列真空泵；使用SKF轴承和SEW齿轮箱传动机构，基本达到真空度要求。真空泵总装机容量2 880 kW。

6.3 真空系统设计

依据前面所述真空系统设计的原则和方法，按我厂实际情况设置独立的真空泵房。真空泵采用“一”字型布置，设置排水沟和集水坑，合理布置真空泵使之不产生背压，采用自吸式离心泵保证水环水的回收，并将回收的水环水送到过滤系统回用于纸机。真空管道的设计基本使各个抽吸点独立，尤其是吸移辊、引纸毛布吸水箱和真空压榨辊，做到真空点分配合理。采用真空总管分配方式，优化真空设计管道，严格按真空管道和汽水分离器的流速要求计算，使整个系统排气顺畅。

【1】曹邦威．纸浆造纸工程大全[M]．北京:中国轻工业出版社,2001．

【2】王忠厚．制浆造纸工业积算手册[M]．北京:中国轻工业出版社,1994．

【3】王继常．真空系统设计[M]．沈阳:东北大学出版社,2002．

【4】达道安．真空设计手册[M]．三版．北京:国防工业出版社,2006．

【5】董继先,常治国,党睿,等．纸机热泵及其供热系统简介[J]．纸和造纸，2012(6):13-17．

【6】曹振国,刘润之．热泵控制系统在低速卫生纸机上的应用[J]．纸和造纸,2012(7):12-14．

【7】袁越锦,袁月定,党新安,等．纸机干燥部蒸汽喷射式热泵内流体流动的三维CFD模拟[J]．纸和造纸,2012(5):6-9．