高速衛(wèi)生紙機(jī)的工程設(shè)計(jì)案例

劉軍杰　中國(guó)輕工業(yè)成都設(shè)計(jì)工程有限公司

高速衛(wèi)生紙機(jī)的工程設(shè)計(jì)案例

The Engineering Design Case of Highspeed Tissue Machine

劉軍杰中國(guó)輕工業(yè)成都設(shè)計(jì)工程有限公司

編者按

近年來(lái)，由于生活用紙市場(chǎng)容量的持續(xù)擴(kuò)增，企業(yè)不斷擴(kuò)大產(chǎn)能，使用的紙機(jī)也向高速、寬幅、高度自動(dòng)化方向發(fā)展。新月型紙機(jī)以其技術(shù)先進(jìn)、車(chē)速高、產(chǎn)能大、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)而獲得市場(chǎng)青睞，成為擴(kuò)產(chǎn)和紙機(jī)升級(jí)換代的主導(dǎo)機(jī)型。本文著重介紹幅寬5,620mm、車(chē)速2,400m/min的衛(wèi)生紙生產(chǎn)線(xiàn)的工程設(shè)計(jì)和相關(guān)施工圖設(shè)計(jì)。希望為工程設(shè)計(jì)人員及生產(chǎn)企業(yè)相關(guān)工藝人員提供大型衛(wèi)生紙機(jī)工程設(shè)計(jì)參考和生產(chǎn)指導(dǎo)。

以年產(chǎn)能6萬(wàn)t的高速新月型衛(wèi)生紙機(jī)項(xiàng)目為例，介紹了工藝流程、系統(tǒng)特點(diǎn)、輔助設(shè)備選型、廠(chǎng)房及設(shè)備管道布置等施工圖設(shè)計(jì)，并總結(jié)了該類(lèi)大型衛(wèi)生紙機(jī)工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

1　工藝流程

（1） 漿料制備系統(tǒng)

分為NBKP、LBKP兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，生產(chǎn)能力均為180t/d、連續(xù)運(yùn)行。NBKP系統(tǒng)配水力碎漿機(jī)、高濃除砂器、3臺(tái)雙盤(pán)磨漿機(jī)，漿料叩解后進(jìn)入NBKP叩后池待配漿用；LBKP系統(tǒng)配水力碎漿機(jī)、高濃除砂器、疏解機(jī)，漿料疏解后進(jìn)入LBKP叩后池待配漿用。

（2） 配漿系統(tǒng)

該紙機(jī)為雙層流漿箱結(jié)構(gòu)，配漿分為毯層和網(wǎng)層，使用在線(xiàn)控制系統(tǒng)配漿。配漿后經(jīng)過(guò)雙盤(pán)磨漿機(jī)整飾，進(jìn)入抄前漿池，雙盤(pán)磨漿機(jī)能力為252t/d（絕干漿量）。

（3） 上漿系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)整飾后的漿料進(jìn)入機(jī)外白水桶，進(jìn)行漿料的稀釋?zhuān)俳?jīng)沖漿泵、壓力篩（篩孔φ1.6mm）后進(jìn)入流漿箱。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：

a. 為節(jié)約能耗，流漿箱回流的漿料經(jīng)過(guò)低脈沖增壓泵直接進(jìn)入沖漿泵后（壓力篩前）；

b. 在白水導(dǎo)流槽內(nèi)安裝蒸汽加熱管，以控制漿料進(jìn)流漿箱溫度在55℃，能有效提升系統(tǒng)性能；

c. 為保證上漿穩(wěn)定、平順，從低脈沖網(wǎng)前篩至流漿箱的供漿管道需要拋光處理，保證平滑，其拋光度要求為Ra=0.4μm。

（4） 損紙系統(tǒng)

紙邊、損紙經(jīng)碎漿機(jī)處理的損紙漿及機(jī)下碎漿機(jī)的出漿，均送至損紙漿塔。經(jīng)過(guò)高濃除砂器、損紙篩、損紙疏解機(jī)后進(jìn)入損紙叩后槽，分別添加至網(wǎng)層、毯層配漿槽。產(chǎn)能達(dá)到6萬(wàn)t/a的紙機(jī)其切邊紙量大，所以在分切段配置了旋風(fēng)分離器收集紙邊；機(jī)下水力碎漿機(jī)配備雙推攪拌器；損紙漿塔設(shè)計(jì)容積350m3。

（5） 化學(xué)品系統(tǒng)

使用的化學(xué)助劑有CMC助劑（羧甲基纖維素鈉）、濕強(qiáng)劑、干強(qiáng)劑、MAP助劑（磷酸二氫銨）、烘缸剝離劑及貼缸劑、NaOH、柔軟劑、消泡劑等。

所有助劑稀釋完成后均經(jīng)過(guò)計(jì)量泵送入添加點(diǎn)。其中CMC及NaOH送入沖漿泵入口處、濕強(qiáng)劑送入抄前漿泵入口、干強(qiáng)劑送入抄前漿槽內(nèi)、柔軟劑送入配漿泵入口、剝離劑和貼缸劑經(jīng)混合稀釋后送至烘缸接入點(diǎn)、MAP也送入烘缸接入點(diǎn)、消泡劑送入白水導(dǎo)流槽。白水導(dǎo)流槽長(zhǎng)度約22m、寬度4.8m，設(shè)計(jì)容積260m3，白水在導(dǎo)流槽內(nèi)流動(dòng)速度相對(duì)較慢，利于空氣排出。

為提升化學(xué)品的效用，CMC及干強(qiáng)劑溶解槽內(nèi)部均安裝蒸汽加熱管，保證溶解溫度控制在60℃；MAP溶解溫度也控制在60℃，該設(shè)計(jì)利用烘缸蒸汽冷凝水（就近取水）；因?yàn)樵摷垯C(jī)設(shè)計(jì)車(chē)速達(dá)到2,400m/min、氣罩為燃?xì)飧邷貧庹?，烘缸運(yùn)行中的溫度很高，對(duì)于烘缸用助劑的溫度穩(wěn)定性要求很高，所以，烘缸用助劑均從溫水槽引入溫水進(jìn)行稀釋?zhuān)赃_(dá)到連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度穩(wěn)定控制。并且為保護(hù)烘缸，在進(jìn)入溫水及送出的助劑混合液管路上均配置管道過(guò)濾器，提升液體清潔度。

（6） 真空系統(tǒng)

需要進(jìn)行抽真空的點(diǎn)有：引紙真空吸水箱、真空壓榨輥、毛毯真空吸水箱、卷紙缸（間歇使用）。該系統(tǒng)配置的是較大型真空泵，考慮單層布置紙機(jī)的檢修空間等因素，選擇的是水環(huán)式真空泵。系統(tǒng)共配置了3臺(tái)真空度3.5MWC、抽氣量為348m3/min水環(huán)式真空泵（其中一臺(tái)變頻控制）以及1臺(tái)變頻控制的真空度4.0MWC、抽氣量為327m3/min水環(huán)式真空泵。水環(huán)式真空泵的工作效率約為30%～50%、最高真空度約為83.4×103Pa，并且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于檢修維護(hù)，運(yùn)行穩(wěn)定、壽命較長(zhǎng)。

真空系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)同樣重要，其中較為核心的是管內(nèi)流速的合理取值。本項(xiàng)目中，前置汽水分離器的設(shè)計(jì)流速（2.54～3.81m/s之間）要選擇較低，避免夾帶工藝流體及紙漿進(jìn)入真空泵，影響真空泵的效率及使用壽命；經(jīng)后置汽水分離器后的排氣管內(nèi)流速可以提高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值28m/s左右，可使用管徑較小的排氣管，便于車(chē)間內(nèi)管道布置。氣體流速要根據(jù)水分含量的情況調(diào)整，含水較多的吸水箱抽氣管道流速的經(jīng)驗(yàn)取值為16～19m/s。工作液溫度是否穩(wěn)定、排水是否通暢對(duì)真空泵運(yùn)行穩(wěn)定性有重要影響。本設(shè)計(jì)采用低位排水，將排水主管設(shè)置在管溝內(nèi)，保障通暢；同時(shí)設(shè)置了工作液冷卻塔以保證工作液的穩(wěn)定溫度。在真空吸水箱的抽氣管上設(shè)計(jì)有聯(lián)通空氣的破壓管，在獲得斷紙信號(hào)后即破開(kāi)真空，避免大量損紙的產(chǎn)生。

（7） 清水及噴淋系統(tǒng)和白水系統(tǒng)

衛(wèi)生紙機(jī)的清水主要用在清洗、噴淋、密封水以及化學(xué)品稀釋等，為有效控制清水用量，必須要進(jìn)行白水回收利用。白水經(jīng)過(guò)多盤(pán)過(guò)濾機(jī)處理后分類(lèi)循環(huán)使用。另外，該紙機(jī)使用溫水的地方主要有烘缸用助劑稀釋、真空輥的內(nèi)清洗及潤(rùn)滑、水針?biāo)龋瑴厮烧羝訜崆逅@得。

（8） 蒸汽系統(tǒng)

該系統(tǒng)相對(duì)于其他中小型衛(wèi)生紙機(jī)的蒸汽系統(tǒng)并沒(méi)有太大調(diào)整，原理基本一致。將送入車(chē)間的飽和蒸汽經(jīng)調(diào)壓調(diào)溫后送入紙機(jī)烘缸及其他蒸汽加熱點(diǎn)，烘缸冷凝水經(jīng)過(guò)一次、二次閃蒸罐后泵送至鍋爐房。但該紙機(jī)的設(shè)計(jì)車(chē)速高達(dá)2,400m/min、幅寬達(dá)5,620mm，為了保障車(chē)速的提升，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)預(yù)熱蒸汽箱，安裝在紙頁(yè)進(jìn)入烘缸前，對(duì)濕紙頁(yè)進(jìn)行預(yù)熱脫水，能有效提升烘干效率。

2　燃?xì)鈿庹窒到y(tǒng)

本項(xiàng)目紙機(jī)的干燥部由蒸汽預(yù)熱箱、揚(yáng)克缸和熱風(fēng)氣罩組成，揚(yáng)克缸直徑5,486mm。紙幅經(jīng)過(guò)真空壓榨、預(yù)熱箱和揚(yáng)克缸后的干度約為43%～45%（如未設(shè)置預(yù)熱箱，干度約為40%）。對(duì)于這種寬幅、高速紙機(jī)來(lái)說(shuō)，采用蒸汽氣罩無(wú)法滿(mǎn)足干燥要求，所以該機(jī)配置了高效燃?xì)鉄犸L(fēng)氣罩系統(tǒng)，見(jiàn)圖1。天然氣經(jīng)過(guò)燃燒器，通過(guò)燃燒風(fēng)機(jī)送入氣罩的濕區(qū)及干區(qū)外側(cè)，干燥紙幅后的濕空氣從氣罩內(nèi)側(cè)抽出，一部分濕空氣通過(guò)熱交換器預(yù)熱新鮮空氣后經(jīng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)排空，一部分與加熱后的新鮮空氣混合后經(jīng)燃燒風(fēng)機(jī)送入燃燒器。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)2臺(tái)燃燒器，以滿(mǎn)足使用要求。

圖1　燃?xì)鉄犸L(fēng)氣罩系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

3　濕法除塵系統(tǒng)

紙頁(yè)在干燥過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的紙塵，對(duì)于高檔生活用紙，紙塵是一個(gè)必須要解決的問(wèn)題，不單是為了產(chǎn)品品質(zhì)的提升，也是出于生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定、改善工作環(huán)境、預(yù)防火災(zāi)等安全的考慮。該紙機(jī)配備了一套濕法除塵系統(tǒng)，見(jiàn)圖2。在除塵罩、起皺刮刀下及機(jī)下碎漿機(jī)處安裝有紙塵收集器，通過(guò)風(fēng)機(jī)吸入紙塵并與噴水水霧混合后，經(jīng)過(guò)分離器一并排入除塵集水槽。為了有效控制紙塵，該設(shè)計(jì)在機(jī)下碎漿機(jī)槽的頂部增加了水霧噴水器，有效地截留一部分進(jìn)入碎漿機(jī)內(nèi)。

圖2　濕法除塵系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

4　廠(chǎng)房及設(shè)備管道布置

碎漿車(chē)間單層廠(chǎng)房，長(zhǎng)76m、寬49m，輕鋼屋頂。用于漿板堆存及碎漿。

造紙車(chē)間長(zhǎng)218m、寬48.5m。主跨為跨度22.5m、高20.5m的單層廠(chǎng)房，行車(chē)軌頂標(biāo)高13.6m，紙機(jī)部安裝一臺(tái)32+16t雙梁行車(chē)，復(fù)卷部安裝兩臺(tái)15+15t雙梁行車(chē)。附房寬26m，兩層廠(chǎng)房，設(shè)有辦公室、MCC控制室、熱風(fēng)系統(tǒng)交換平臺(tái)等。

為控制投資，紙機(jī)采用單層布置，直接安裝在車(chē)間±0.0m層平面，設(shè)有深5m的沖漿泵坑及深6m的機(jī)下碎漿機(jī)坑。因?yàn)檐?chē)速很高，所以紙機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行動(dòng)平衡分析，以滿(mǎn)足高速運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)要求。紙機(jī)基礎(chǔ)通過(guò)聯(lián)系梁及機(jī)下池形成一個(gè)整體。紙機(jī)的懸臂裝置在換網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的向上拉力，所以懸臂基礎(chǔ)也與紙機(jī)基礎(chǔ)連為一體，這樣在節(jié)省基礎(chǔ)投資的同時(shí)，也提供足夠的質(zhì)量對(duì)抗向上拉力。

圖3　管廊設(shè)計(jì)示意圖

所有設(shè)備都根據(jù)物料輸送流程順序布置，使整個(gè)車(chē)間內(nèi)布局流暢，便于管理。因產(chǎn)能較大，所以設(shè)備的本體及電機(jī)都較為龐大，需要充分考慮起吊檢修的便利性，及足夠的安全距離，布置宜寬敞。管道數(shù)量多且管徑大，運(yùn)行中載荷較大。為了車(chē)間整潔美觀(guān)、也便于安裝，車(chē)間內(nèi)設(shè)置管廊，管廊貫穿漿料制備區(qū)域及紙機(jī)區(qū)域，可承擔(dān)整個(gè)工程約70%的管道，見(jiàn)圖3。在非管廊區(qū)域內(nèi)的管道預(yù)埋件要足夠并準(zhǔn)確，由于單管載荷較大，需要在遺漏埋件處設(shè)置支撐，宜采用化學(xué)螺栓。

5　設(shè)計(jì)特點(diǎn)

該機(jī)型為目前全球幅寬最大、車(chē)速最高紙機(jī)之一，設(shè)計(jì)中有諸多區(qū)別于中小機(jī)型的地方，尤其為了滿(mǎn)足高車(chē)速下的穩(wěn)定運(yùn)行，相關(guān)輔助系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)如下：

（1）在管道設(shè)計(jì)中，加入了管道除鐵裝置，見(jiàn)圖4。有效降低了未除掉的金屬雜質(zhì)進(jìn)入磨漿機(jī)對(duì)磨片造成損壞的概率。在運(yùn)行中也驗(yàn)證了增加該裝置的合理性。

圖4　管道除鐵裝置示意圖

圖5　配漿槽示意圖

圖6　上漿管示意圖

（2）配漿槽的作用是充分混合各種漿料，在生產(chǎn)能力很大的情況下，增大配漿槽的容積不能保證漿料的充分混合，單一的管道在線(xiàn)配漿也無(wú)法保證漿料混合充分。在這個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，采用了模擬管道混合器的進(jìn)漿方式，較為有效地解決了混合的問(wèn)題，也有效縮小了配漿槽的容積，見(jiàn)圖5。與桶槽連接的母管必須切線(xiàn)方向，便于充分利用攪拌器的效用，其他進(jìn)漿管道依次在母管兩側(cè)切線(xiàn)45°進(jìn)入，各漿料旋轉(zhuǎn)進(jìn)入母管，可達(dá)到充分混合。

（3）穩(wěn)定的上漿壓力和流量才能保證紙機(jī)運(yùn)行達(dá)到高車(chē)速，所以上漿管道的設(shè)計(jì)必須要平緩，尤其是在經(jīng)過(guò)低脈沖網(wǎng)前篩后進(jìn)入流漿箱的管道，這段管道需要進(jìn)行拋光處理，且該段管道的每一段組成短管都要有準(zhǔn)確的長(zhǎng)度，見(jiàn)圖6。拋光管道的吊運(yùn)，必須采用軟吊帶，避免碰傷。拋光管的切割采用φ100mm、φ125mm、φ150mm三種規(guī)格的砂輪切割機(jī)和手動(dòng)盤(pán)式切割機(jī)，兩臺(tái)同時(shí)同步對(duì)稱(chēng)切割，以防止拋光管在切割過(guò)程中造成熱變形。禁止采用等離子切割機(jī)對(duì)拋光管進(jìn)行切割。拋光管的焊接采用氬弧焊打底，檢查合格后，再用手工電弧焊蓋面。焊縫打磨后要達(dá)到粗糙度小于3.8μm，檢驗(yàn)：用棉花球擦過(guò)不掛纖維。

（4）生產(chǎn)過(guò)程中，車(chē)間的水蒸氣較多，上升至屋頂后凝結(jié)成水滴，如滴在網(wǎng)部及復(fù)卷部，會(huì)導(dǎo)致紙病，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)饠嗉?。因?yàn)樵摷垯C(jī)產(chǎn)能大，所以類(lèi)似的問(wèn)題導(dǎo)致的損失會(huì)較大且造成操作不便。所以本項(xiàng)目在網(wǎng)部及復(fù)卷部屋頂下設(shè)計(jì)了暖風(fēng)箱（圖7），有效解決水蒸氣凝結(jié)的問(wèn)題。該方案在大型紙機(jī)設(shè)計(jì)上有通用性，應(yīng)納入方案設(shè)計(jì)中，需要暖通專(zhuān)業(yè)和結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)配合完成。

圖7　暖風(fēng)箱系統(tǒng)示意圖

（5）大型衛(wèi)生紙機(jī)因其生產(chǎn)能力大，所以漿料及其他流體輸送管道的數(shù)量多、管徑大。為了規(guī)整整個(gè)車(chē)間內(nèi)的布置，需要設(shè)計(jì)管廊，形成車(chē)間內(nèi)管廊通道，見(jiàn)圖3。

（6）毯層沖漿泵基本參數(shù)：Q=59.2m3/min、H=105m、MOTOR=2×800kW/6PFC；網(wǎng)層沖漿泵基本參數(shù)：Q=118.3m3/min、H=105m、MOTOR=2×1400kW/6PFC?？梢钥闯?，沖漿泵較大，其投資及運(yùn)行費(fèi)用都更高。沖漿泵進(jìn)出管道的設(shè)計(jì)，顯得更為重要。需要注意的事項(xiàng)如下，見(jiàn)圖8。

a. 沖漿泵在停機(jī)后有回流的風(fēng)險(xiǎn)，管道上必須安裝止回閥，以防止介質(zhì)回流對(duì)泵的沖擊，造成經(jīng)濟(jì)損失；

b. 管道安裝后應(yīng)達(dá)到無(wú)應(yīng)力，吸入口和輸送管一定要固定在基礎(chǔ)上，以保證管道的質(zhì)量不會(huì)傳給沖漿泵，管道采用夾板保護(hù)；

c. 吸入管長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，以使管道阻力最小，吸入管應(yīng)向泵端稍微傾斜；

d. 吸入管入料點(diǎn)應(yīng)與入口法蘭有一定間距，至少為管道入口直徑的5倍，吸入口管道的直管段長(zhǎng)度為吸入管直徑的5倍；

e. 出口管的直管段長(zhǎng)度為出口管直徑的5倍。

（7）機(jī)下白水的量很大，保證其正常循環(huán)非常重要。該項(xiàng)目的機(jī)下白水系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖，見(jiàn)圖9。

圖8　沖漿泵進(jìn)、出口管道安裝示意圖

圖9　機(jī)下白水流向示意圖

機(jī)下白水系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要注意兩個(gè)地方，一是機(jī)下坑至白水槽的預(yù)埋連接管，該連接管為自流管道，管徑及坡度均需要仔細(xì)計(jì)算，且該管道應(yīng)設(shè)計(jì)獨(dú)立管溝，不應(yīng)直接埋地，否則不便于檢修；二是白水槽不能設(shè)計(jì)溢流口，一旦液位不能有效控制，導(dǎo)致溢流，將可能出現(xiàn)較短時(shí)間淹沒(méi)地坑的可能。

6　總結(jié)

幅寬5,620mm、車(chē)速2,400m/min高速新月型衛(wèi)生紙機(jī)是目前最先進(jìn)的高速、寬幅衛(wèi)生紙機(jī)，其工程設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題相對(duì)于中小機(jī)型更為復(fù)雜。設(shè)計(jì)中各個(gè)系統(tǒng)均需要全面考慮、統(tǒng)籌核算、注重細(xì)節(jié)。這樣才能確保各系統(tǒng)的正常運(yùn)行，達(dá)到連續(xù)運(yùn)行的生產(chǎn)目標(biāo)。

[1] 姚玉英，黃鳳廉，陳常貴.化工原理[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

[2] 徐世榮.年產(chǎn)3萬(wàn)噸高檔生活用紙項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)[J].中華紙業(yè).2006，27（12）：82-85.

[3] 楊五峰，馬定泉，張瑞琦.新月型紙機(jī)真空系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)[M].中國(guó)造紙.2012，31（11）.

[4] 羅邦鋃.紙機(jī)上漿管道安裝工藝[J].山東工業(yè)技術(shù).2015，(11).