揚克烘缸安全性、可靠性和效率最大化的探究

Ken Patrick

揚克烘缸安全性、可靠性和效率最大化的探究

Maximizing Yankee Cylinders Safety，Reliability and Effciency

Ken Patrick

當今衛(wèi)生紙機以揚克烘缸為主的干燥部是幾十年發(fā)展演變的產(chǎn)物，使用揚克烘缸不僅是為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，而且還為了使生產(chǎn)的安全性和可靠性最大化。美國紙漿造紙技術(shù)協(xié)會（TAPPI）揚克烘缸安全性和可靠性（YDS&R）委員會在2014年內(nèi)進行了幾次有關(guān)揚克烘缸在生活用紙生產(chǎn)方面重要問題的分析和討論。

為了探討全球揚克缸和其氣罩的一些問題，Tissue360°雜志最近會見了YDS&R委員會的兩位會員，他們分別是Jaeger公司的技術(shù)總監(jiān)John Holton和Airtherm公司的總裁Scott Thompson。

通過與Holton和Thompson的討論，探索了揚克烘缸的相關(guān)問題和研發(fā)情況，包括鋼制揚克缸、缸內(nèi)部件、蒸汽箱應(yīng)用、起皺刮刀和完整的氣罩系統(tǒng)等。討論要點包括如下幾部分：

鋼制揚克烘缸是未來之路

Holton在生活用紙行業(yè)中工作了很多年，包括曾經(jīng)效力于美卓和Albany International公司。2014年10月1日，他在華盛頓州范庫弗市正式開設(shè)了Jaeger（美國）辦事處。他指出，美國的生活用紙行業(yè)改用鋼制揚克烘缸的速度很慢，但使用鋼制揚克缸無疑將是未來之路。鋼和鐵的導(dǎo)熱性非常接近，但是鋼的強度更大。因此可以把烘缸做得更薄。Holton說：“因為鋼制的揚克缸較薄，所以可容易地得到更好的熱傳遞?！?/p>

Holton指出，從安全性角度看，鋼不發(fā)脆，因此不會像鑄鐵揚克缸那樣受到災(zāi)難性的損壞。他補充道：“但實際上鋼太軟，刮刀會使鋼制揚克缸迅速磨損。鋼制烘缸還需焊接制成，這將會造成烘缸表面不平整。因此所有的鋼制揚克缸必須經(jīng)過熱噴涂，經(jīng)證明噴涂后使用效果良好，這是因為熱噴涂的揚克缸可給予生活用紙生產(chǎn)極其平整的烘缸面。而鑄鐵是一種非均化物質(zhì)，因此鑄鐵揚克缸有些區(qū)域更容易磨損，并且有些區(qū)域空隙多少不一。由于這個原因，具有熱噴涂層（金屬涂層）的鋼制揚克缸，實現(xiàn)了更加均一的粘附性能，這在生活用紙的生產(chǎn)中非常重要。”

每次TAPPI的YDS&R委員會會議都會談到鋼制揚克缸問題。一位會員最近指出，這些揚克缸是用卷成弧形的鋼板經(jīng)焊接制成的。一般焊縫會使表面不平整，當受壓時，例如通過揚克缸壓榨輥壓區(qū)，會造成應(yīng)力梯級（應(yīng)力增大）。

在運行過程中，因為焊縫會產(chǎn)生使缸面撓曲的應(yīng)力點，所以與會會員暫時不能真正確定鋼制揚克缸的使用壽命有多長。另一方面，一些會員指出，鑄鐵揚克缸可以保持很長的使用壽命，一些鑄鐵揚克缸的壽命已經(jīng)超過了50年。

在YDS&R委員會會議的討論中，大多數(shù)會員都認為，噴涂金屬層（熱噴涂）給包括焊縫在內(nèi)的鋼制揚克缸整個表面一個堅硬的涂層。它主要用于延長耐磨時間，并沒增加揚克缸的強度。一些會員還指出，有熱噴涂涂層的鋼制揚克缸不能使用焊縫外觀檢測技術(shù)，即焊縫不能從外面進行視覺檢查，這是因為它們被涂層覆蓋。所以，只有涂層被磨損掉的時候才能進行焊縫檢查。舉例來講，如果耐磨涂層能用8～10年的話，在那段時間里紙廠不能真正知道焊縫的情況。

盡管如此，至少有一家鋼制揚克烘缸的制造商報告說，有一種新檢測技術(shù)能測定金屬涂層下面的焊縫。據(jù)YDS&R委員會一位會員說，這項技術(shù)不用射線照相，避免產(chǎn)生令人擔憂的放射性問題。

揚克缸內(nèi)部部件

關(guān)于揚克缸內(nèi)部部件，Holton說：“近期發(fā)生了很多情況，多數(shù)牽扯到部件長時間使用會產(chǎn)生磨損。不論是鋼制還是鑄鐵的揚克缸，歷經(jīng)約15年的連續(xù)運行后，內(nèi)部部件都會松動。由于揚克缸的腐蝕或者只是持續(xù)的加熱和冷卻會損壞墊圈等部件，因此部件會松動。這必定會出現(xiàn)很多潛在的內(nèi)漏點?！?/p>

Holton指出，這類的“牢度腐蝕”開辟了缸內(nèi)的“捷徑”之路。形成這種現(xiàn)象僅需極少量的缸內(nèi)蒸汽泄漏，使其壓力下降。蒸汽將短距離地循環(huán)到最易走的路線，此處就是系統(tǒng)中的泄漏點。

在使用了超過15年或20年，揚克缸極緩慢地降低了效率。無論何時，揚克缸都會發(fā)生壓力下降現(xiàn)象——非常高速的蒸汽沖蝕著小孔——這些小孔孔徑隨著時間的過去會慢慢地越來越大。但是它發(fā)生的非常緩慢以致于揚克缸操作人員確實無法發(fā)現(xiàn)。很多時候，這些冷凝水系統(tǒng)并沒有得到嚴格的檢查，因為小孔很難被發(fā)現(xiàn)。你必須知道到哪里去找小孔，怎么識別和如何修理它們。并且很多紙廠不能做上述的所有工作。系統(tǒng)有很多地方會跑冒滴漏，這些經(jīng)常被忽視。

Holton強調(diào)，生產(chǎn)效率會慢慢降低，并且擴大到冷凝水系統(tǒng)中，幾乎是整個生活用紙行業(yè)的普遍現(xiàn)象。這不僅浪費了能源，而且造成了紙幅縱橫向不均勻的問題。揚克缸通常有4個或者6個蒸汽總管，如果有一個總管運行不正常，就會連累整個系統(tǒng)。它不僅會讓揚克缸不能穩(wěn)定運行，而且會由于受熱不均而產(chǎn)生冷區(qū)。并且在橫向，如果系統(tǒng)沒有正確的工作，經(jīng)常會在邊緣或者溢流管下邊出現(xiàn)冷區(qū)，這是非常普遍的現(xiàn)象。在生活用紙生產(chǎn)中，糾正它往往失去了最佳時機。

Holton指出，在某種程度上，蒸汽箱的檢查和揚克缸內(nèi)部部件的檢查相似。當一個蒸汽箱工作不正常時，需要進行徹底檢查。例如，當檢查蒸汽箱時，必須確認執(zhí)行機構(gòu)工作正常，在整個控制范圍內(nèi)要反應(yīng)連貫，并且孔板是干凈的。此外，應(yīng)有人員對蒸汽箱進行定期的徹底檢查，這些人員應(yīng)知道要檢查什么，并且當蒸汽箱工作不正常時能夠排除故障。

Holton強調(diào)說：“很遺憾的是，一些紙廠錯誤的“節(jié)約”方式，繼續(xù)使用那些有運行問題的蒸汽箱，實際上它們早該被換掉?！?/p>

起皺刮刀

Holton認為，使用陶瓷起皺刮刀顯然是“未來的趨勢”。他指出，尤其是陶瓷刮刀和熱噴涂層配合使用效果非常好，會延長刮刀壽命，這通常是處于第一位的紙機效率可控因素。

然而，兩者配合使用不僅僅是延長刮刀的壽命。由于幾乎所有紙機停卷的首要原因就是換刮刀，因此，如果能把換刮刀次數(shù)減至最少，就會獲得非常高的潛在效率。在使用陶瓷刮刀上，很多歐洲的優(yōu)質(zhì)生活用紙原紙生產(chǎn)廠走在了前列，現(xiàn)在它們的陶瓷刮刀可以使用5～7天。但是在美國市場目前還沒達到這個水平。

盡管鋼制揚克缸是生活用紙行業(yè)的較新設(shè)備，并且包括使用壽命在內(nèi)的性能問題尚無定論，但在生活用紙行業(yè)中，很多人把使用鋼制揚克缸看成是“未來之路”。

除了延長壽命，陶瓷刮刀的另一個主要好處就是紙幅的松厚度和抗張強度極均勻。當鋼制刮刀在運行中磨損時，紙幅松厚度上升，并且抗張強度下降。更換刮刀以后（一般使用約4h），紙幅的抗張強度回升，且松厚度下降。當這種情況發(fā)生后，紙廠再把質(zhì)量反復(fù)不定的原紙送去加工，顯然會引起運行問題?？偟膩碚f，陶瓷刮刀可讓紙廠使紙幅在幾乎恒定的松厚度和抗張強度下運行，尤其在加工廠試圖控制紙幅張力和紙卷密實度等的時候。因此，加工廠就能設(shè)置加工機的運行模式，而不必經(jīng)常改變參數(shù)。

揚克缸氣罩問題

關(guān)于揚克缸氣罩，Thompson說，當燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或者紙廠偶然發(fā)生火災(zāi)的時候，Airtherm公司人員常被請來解決問題，這些始終是大事，也是YDS&R委員會關(guān)注的問題之一。他說：“沒有人希望在建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)。近來，特別是美國消防協(xié)會（NFPA）制定的新標準確實對生活用紙生產(chǎn)廠內(nèi)外的灰塵控制系統(tǒng)提供了嚴格的要求。而且，管好廠房衛(wèi)生——保持對灰塵積累的可控，顯然是避免灰塵造成火災(zāi)的關(guān)鍵因素?！?/p>

實際上，偶發(fā)性火災(zāi)的另一個促成因素是，一些比較老的揚克缸氣罩系統(tǒng)會產(chǎn)生過熱點。他指出，多數(shù)紙廠，約15年前就開始使用熱感照相機，它安裝在氣罩和熱風系統(tǒng)中的熱點位置。

揚克缸本身一般可在300?F～350?F（約149?C～177?C）溫度下運行，但取決于蒸汽壓力，然而揚克缸氣罩自身能把溫度增加到900?F（約482?C）或者更高。通常，氣罩越舊，越漏氣，裸露的金屬就越多，隔熱材料也就越老化。因此，如今大多數(shù)紙廠使用熱感照相技術(shù)來發(fā)現(xiàn)氣罩外殼的高溫位置，然后使用該信息來做更準確的檢查，以便找到裂紋?；蛘叽蠖鄶?shù)時候，找到并更換因年久而損壞的隔熱材料。他補充說，近幾年，Airtherm公司已經(jīng)做了很多氣罩改造工作，更換老化的隔熱材料或者整個氣罩換上新的隔熱材料，還包括加裝高耐熱值（測定熱阻）的陶瓷隔熱材料。

無論是新的還是舊的氣罩，由于它們運行在非常高的溫度下，都會產(chǎn)生裂紋和泄漏溫度非常高的熱風。Thompson說：“我們最近接到了YDS&R委員會一位會員的電話，他使用的是比較舊的揚克缸氣罩。他請我們?yōu)槠錃庹肿鰝€檢查，由于他們知道有泄漏點，只是不知道泄漏點在哪里。在這些類型的檢查中，需要檢查熱點、裂紋和管道系統(tǒng)中的伸縮接頭，接頭隨著長時間使用會產(chǎn)生裂紋。我們找到了問題所在，并且修好了它們?！?/p>

管道系統(tǒng)問題

Thompson講，揚克缸氣罩漏氣的另一個主要源頭是位于氣罩后面連接風管與氣罩的軟管。過去，當氣罩伸縮時，只能將管道系統(tǒng)與氣罩連接處的管道斷開。后來所有紙廠都轉(zhuǎn)而使用軟管連接，這樣可使氣罩伸縮時避免和風管的連接松動。

“目前，已經(jīng)有很多不同類型的軟管。一些是金屬的，一些是織物質(zhì)地的。多年來，我們已經(jīng)做了很多工作，包括更換一些不耐用的軟管。根據(jù)使用情況，有時候我們使用內(nèi)置陶瓷隔熱層的高技術(shù)編織材料。更多的時候，則使用伸縮金屬管，當氣罩伸縮時，金屬管可移動。同時，還能保持管中的熱風壓力和溫度。”

腐蝕問題

Thompson說，揚克缸氣罩的另一個大問題是腐蝕，并且各紙廠都在嘗試解決造紙過程的化學品腐蝕問題。他指出，氣罩是用金屬板制成的，并且在造紙過程中很多時候都使用氯化物，而氯化物能腐蝕一般性鋼材，如300系列不銹鋼、低碳鋼或耐候鋼。在過去的20～30年間，鋼廠已經(jīng)生產(chǎn)出了不同類型的雙煉不銹鋼。至于使用哪種不銹鋼更好和哪種不銹鋼最有成本效益，在供應(yīng)商之間一直都存在爭議。

Thompson解釋道：“我認為，現(xiàn)在在氣罩的濕端部使用某些種類的專用不銹鋼已成流行，這些不銹鋼用于制造氣罩內(nèi)的噴嘴箱以及內(nèi)外部的面板。在這一點上，我們甚至用不銹鋼板制做了同為0.5in厚的濕端部側(cè)板。在過去，紙廠安裝氣罩希望可以使用20年。今天，紙廠希望氣罩的壽命更長。他們充分認識到更換熱風系統(tǒng)的花費很高，并且采用專用不銹鋼防腐蝕將需大筆先期投資。氣罩的濕端部必須耐受最潮濕的環(huán)境。濕端部緊挨著壓榨部和濕毯，因此干燥的是最濕的紙幅。濕端氣罩最低處的外部是最容易腐蝕的地方，通常，從此處一直到揚克缸水平中心線的部位全是用不銹鋼制造的，而非低碳鋼或抗高溫耐候鋼。這些不銹鋼中有些是非常貴的，但是從長遠考慮，它們物有所值。”

（姚姝娓編譯自Tissue 360°/2014年秋冬版，陳海昌審校）