淺析制漿造紙工程中特殊介質(zhì)的設(shè)計要點

徐超

摘要：在制漿造紙工程中，只有針對各種介質(zhì)流體的特有屬性予以充分考慮，才能設(shè)計和制造出符合技術(shù)要求及功能的系統(tǒng)。本文根據(jù)多個實際項目經(jīng)驗和規(guī)范，對在制漿造紙工藝中除紙漿、白水、公用系統(tǒng)等介質(zhì)之外的其他一些常見特殊介質(zhì)在實際工程中的基本設(shè)計要點、原則和內(nèi)容進行了相關(guān)闡述。

關(guān)鍵詞：制漿造紙；工程設(shè)計；介質(zhì)流體特性；設(shè)計要點；工程經(jīng)驗

中圖分類號：TS742；TS743+.1

文獻標識碼：A

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

制漿造紙工業(yè)是以纖維為原料的化學(xué)加工工業(yè)，在制漿、漂白、打漿、抄造及成紙后加工全過程的各個階段，除最常見的紙漿、白水、公用系統(tǒng)等介質(zhì)的使用外，還貫穿著其他各種特殊介質(zhì)的使用和輸送。由于介質(zhì)品種的多樣性，只有在實際工程中對各種介質(zhì)的特有屬性予以充分考慮，才能設(shè)計和制造出符合技術(shù)要求及功能的系統(tǒng)。本文結(jié)合多個實際項目經(jīng)驗和規(guī)范，對制漿造紙工藝中常見的一些特殊介質(zhì)在實際工程設(shè)計中的基本設(shè)計要點、原則和內(nèi)容進行了相關(guān)闡述，以供參考。

1氯

氯是制漿漂白工段常用的介質(zhì)，通常由氯桶（瓶）和氯罐車運輸，罐車卸液氯用的壓縮空氣，應(yīng)經(jīng)過干燥和潔凈處理。一般情況下在氯處理區(qū)域會設(shè)置獨立的壓縮空氣處理站，且其中的壓縮空氣管道系統(tǒng)不應(yīng)并入其他的壓縮空氣管網(wǎng)。

氯氣屬于GC1級中符合《職業(yè)接觸毒物危害程度分級》中高度危害氣體介質(zhì)，因此對相應(yīng)的管道、閥門及相關(guān)設(shè)備的密封性有特別高的要求。用氯管道通常應(yīng)使用無縫鋼管，同時要考慮到氯處理中管道具有抗低溫性能，因此在材料選擇時應(yīng)滿足能在-30℃工況下保持穩(wěn)定性能的材料。一般濕氯氣管道選用鈦材，干氯氣管道選用普通碳鋼即可?？蛇x擇的標準有GB/T 9948—2006《石油裂化用無縫鋼管》、GB/T 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》等。管道的尺寸計算應(yīng)至少滿足2.5 MPa的操作壓力，內(nèi)部和外部的腐蝕裕量都需考慮在內(nèi)。從防泄漏的角度出發(fā)，氯氣管道應(yīng)盡量減少活動連接，盡可能焊接，并依據(jù) GC1管道要求進行焊縫檢測。在必要的連接部位，選擇法蘭、墊片、緊固件等應(yīng)嚴格遵守HG/T 20592—20635—2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》的規(guī)定。其中法蘭應(yīng)選用凹凸面或榫槽面對焊法蘭，法蘭墊片也應(yīng)選用耐氯墊片。

氯氣設(shè)備、管道和閥門安裝前應(yīng)經(jīng)清洗、吹掃、干燥處理，定期清除滯留在反應(yīng)設(shè)備和管道內(nèi)的反應(yīng)生成物，消除堵塞。閥門應(yīng)逐個做耐壓試驗。用氯設(shè)備也應(yīng)使用與氯氣不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的潤滑劑。同時氯化器、貯罐等設(shè)備的壓力表、液位計、溫度計，應(yīng)裝有帶遠傳報警的安全裝置。

另外需要注意的是當溫度低于9.6℃時氯水會結(jié)晶成Cl2·8H2O，因此在進行相關(guān)管道設(shè)計時，應(yīng)避免造成結(jié)晶積聚的拐角，以防止管道堵塞。

2硫磺（熔融硫磺）

硫磺的熔點是113℃，能有效地進行泵送的溫度區(qū)間約為130～150℃，當溫度上升超過155℃時，液硫的流動性會變差而無法輸送。因此輸送液硫的管道一般需要設(shè)置保溫和伴熱系統(tǒng)，以使得整個管道內(nèi)的液硫平均溫度保持在能良好輸送的范圍內(nèi)。液硫管道的伴熱一般通過蒸汽夾套伴熱完成，若管道公稱直徑用于蒸汽伴熱的蒸汽一般采用0.3～0.45 MPa的飽和蒸汽，在管道設(shè)計中液硫流速一般選用0.8～1.5 m/s，而相應(yīng)的伴熱用蒸汽流速一般應(yīng)在20 m/s以上。液硫管道應(yīng)沿介質(zhì)流動方向保持至少1∶250的坡度，若僅為重力流管道則最好有至少1∶50的坡度。在低點應(yīng)設(shè)排液口，以利于管道排凈，防止液硫凝結(jié)堵塞管道。對設(shè)有閥門或者法蘭的管道一般最少每隔12 m設(shè)置一個冷凝水排放口，沒有閥門和法蘭的管道可延長至每隔24 m設(shè)置一個。

圖1為蒸汽夾套伴熱系統(tǒng)中蒸汽與冷凝水管道的其中一種接法，在此案例中蒸汽沿切線方向進入夾套，在靠近蒸汽進入的液硫管道上設(shè)置一塊厚度為3 mm 左右的緩沖板以避免對液硫管道造成影響。泠凝水出口管道設(shè)置在管路的最低點，若因現(xiàn)場情況限制泠凝水管道必須水平引出時，R一般應(yīng)大于冷凝水管道直徑的4倍。

蒸汽夾套伴熱系統(tǒng)的法蘭加熱有2種方式，一種是法蘭加熱系統(tǒng)中液硫管道的法蘭帶有2個鉆孔的加熱腔，一個鉆孔用于蒸汽進入，另一個鉆孔則用于冷凝水排出，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。另一種法蘭加熱可使蒸汽直接對法蘭進行加熱，利用夾套上的鉆孔將蒸汽引出或者排出冷凝水回收，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖4為液硫管道中溫度傳感器接法示意圖，溫度傳感器附近的夾套管道應(yīng)斷開以防止夾套內(nèi)的蒸汽對傳感器影響。

3硫酸

硫酸屬于GC2級中符合《職業(yè)接觸毒物危害程度分級》中中度危害介質(zhì)。濃硫酸由硫酸罐車運輸，可以用玻璃瓶、鐵桶或者鋁桶等進行包裝。與氯一樣，硫酸也可使用壓縮空氣從罐車卸載。一般情況下，用于卸載硫酸的壓縮空氣可以使用工廠壓縮空氣管網(wǎng)，但也要保證干燥、無油和無塵。而目前比使用壓縮空氣更安全、成本更低以及效率更高的方式是使用酸泵進行卸載。在濃硫酸（質(zhì)量分數(shù)98.3%）管道設(shè)計中，應(yīng)嚴格控制濃硫酸的流速，推薦濃硫酸的流速為25～75 mm/s，并嚴格控制流速不能超過1.0 m/s。因為在流速過高的情況下管道內(nèi)形成的氧化膜會被沖刷破壞，直至泄露甚至噴漏造成事故。在管道尺寸計算時應(yīng)至少考慮3 mm的腐蝕裕量。為防泄漏，管道應(yīng)盡可能焊接并進行焊縫檢測。法蘭應(yīng)選用適用于厚壁管道的帶頸對焊法蘭，壓力等級可選1.6 MPa。在管材選擇上，對于質(zhì)量分數(shù)98.3%的濃硫酸使用碳鋼材質(zhì)能滿足生產(chǎn)要求，而當硫酸質(zhì)量分數(shù)為90%～96%以及溫度在20～30℃的條件下，也可以使用耐酸不銹鋼。在國外工程中，對于質(zhì)量分數(shù)低于93%以及使用溫度低于80℃的硫酸，可以使用PVDF（聚偏二氟乙烯）內(nèi)襯的管道和閥門，硫酸質(zhì)量分數(shù)低于16%以及使用溫度低于50℃時，可使用PVDC（聚偏二氯乙烯+樹脂）內(nèi)襯的管道和閥門。

另外一點需要注意的是由于濃硫酸的吸水性，因此常壓的濃硫酸儲罐一定要做好密封，防止水汽進入。否則在長期儲存的情況下硫酸質(zhì)量分數(shù)會逐漸減小，儲罐的碳鋼材料會逐漸被腐蝕。

4氧氣

氧氣屬于GC2級中符合《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中乙類可燃氣體介質(zhì)。在實際工程中，液態(tài)氧由罐車運輸至工廠所在地點，由泵抽入到儲存罐中。液氧儲罐一般為雙殼程結(jié)構(gòu)，夾層內(nèi)采用真空粉末或珠光砂真空絕熱。內(nèi)膽材質(zhì)一般選用不銹鋼，外膽材質(zhì)可用碳鋼。常見的液氧儲罐內(nèi)筒最高壓力一般為0.8 MPa和1.6 MPa。液氧管道材質(zhì)通常選用不銹鋼無縫鋼管（GB/T14976—2012）。氧氣管道應(yīng)按照管道工作壓力條件選用氧氣專用閥門和壓力表，彎頭可選用彎曲半徑不小于5倍公稱直徑的冷彎或熱彎彎頭，亦可選用長半徑壓制對焊彎頭，但不可選用褶皺彎頭。除與設(shè)備閥門連接處采用法蘭或螺栓連接外，氧氣管道的連接均應(yīng)采用焊接。氧氣管道上的閥門出口也不應(yīng)與彎頭或三通直接連接。氧氣管道上調(diào)節(jié)閥組、支管閥門、干管閥門等出口側(cè)留有一段不小于5倍公稱直徑且長度不小于1.5 m的直管段。在管道規(guī)劃中，液氧管道應(yīng)盡可能地短，并且必須采用相應(yīng)的絕熱保冷和管道應(yīng)力補償措施。在管橋中，氧氣管道與其他介質(zhì)管道應(yīng)保持至少250 mm的安全距離，與電纜橋架之間至少要保持500 mm的安全距離。氧氣管道安全閥引出的管道需遠離有機材料及易燃氣體。

5白液

白液即為硫酸鹽法的蒸煮液，其對皮膚、呼吸道黏膜及眼睛有害并可致重度灼傷，因此處理白液時要做好專門的防護措施。鋁、鋅等材料的管材易被白液快速腐蝕，當管道內(nèi)高溫的白液高速流動時，碳鋼也很容易被腐蝕，因此建議采用不銹鋼（AISI SS 304或與之相當?shù)牡燃墸┑墓懿模艿佬枳鱿鄳?yīng)的保溫絕熱。在相應(yīng)的白液介質(zhì)計算中，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。由于白液冷卻時會產(chǎn)生結(jié)晶，停機時應(yīng)用熱水沖洗白液管道，因此在白液泵進口和出口管道上應(yīng)預(yù)留能連接沖洗熱水快速連接頭的閥門。

6黑液

制漿過程產(chǎn)生的廢水中含有大量的木素，呈黑褐色，故稱作黑液。洗滌工段回收得到的黑液為稀黑液，稀黑液經(jīng)過蒸發(fā)器被逐步濃縮，得到中濃黑液，中濃黑液在繼續(xù)蒸發(fā)濃縮后得到超高濃黑液，之后送入堿爐進行燃燒。黑液輸送管道一般使用焊接連接，輸送超高濃黑液時，應(yīng)使用法蘭連接的閥門，在管道較長時也應(yīng)在管道中設(shè)置拆卸法蘭，以便于管道沖洗。中濃和超高濃黑液管道應(yīng)保持至少1∶250的坡度，避免造成積液。所有輸送黑液的管道都應(yīng)設(shè)置保溫，必要時輸送超高濃黑液的管道應(yīng)設(shè)置伴熱（電伴熱或蒸汽伴熱）。黑液泵進口和出口管道上應(yīng)預(yù)留能連接沖洗熱水快速連接頭的閥門和排污閥，高濃黑液泵進出口管道有時也會設(shè)置蒸汽沖洗的接頭。

7綠液

黑液固形物經(jīng)堿回收爐燃燒后的熔融物溶液稱為綠液。在相應(yīng)的管道設(shè)計中應(yīng)考慮到綠液易結(jié)晶成垢（結(jié)鹽），甚至完全堵塞管道。其中從綠液溶解槽將綠液輸送到苛化工段澄清器的輸送管道最容易堵塞，在此工段一般需設(shè)置兩路綠液輸送管道，一路用于綠液輸送，另一路用稀液反清洗。此兩路管道每隔一定時間通過遠程控制閥進行相互切換，以延緩管道結(jié)垢。同時綠液管道也應(yīng)配置相應(yīng)的沖洗管路或沖洗器。建議綠液管道設(shè)置保溫。

8白泥

綠液經(jīng)苛化后含有不容沉積物的液體叫做白泥。用來泵送的白泥固含量約為40%，在泵選型時應(yīng)考慮白泥的腐蝕性，白泥輸送時不推薦使用控制閥來控制，可使用變頻泵。泵出口管道流速設(shè)計一般小于2 m/s，入口管道流速使用0.5～1 m/s。若管道內(nèi)流速低于0.2 m/s，白泥將開始沉積。同時泵進口和出口管道也應(yīng)設(shè)置用于沖洗和排污的接頭或者閥門。管道設(shè)計時應(yīng)杜絕造成介質(zhì)流速減慢的死角，防止白泥產(chǎn)生沉積。白泥管道應(yīng)設(shè)置保溫。

9其他

除了上述的常見介質(zhì)外，在實際工程中還有另外一些需根據(jù)其特性來設(shè)計的化學(xué)品介質(zhì)，如皂化物、填料、涂料等懸浮液介質(zhì)輸送時應(yīng)通過泵和回流管的設(shè)計使其保持循環(huán)狀態(tài)，防止介質(zhì)沉積和堵塞。在易沉積介質(zhì)的泵前后管道上均應(yīng)考慮設(shè)置沖洗接口或排污組件等。

10結(jié)語

綜上所述，在制漿造紙工程中需要輸送、處理和使用的特殊介質(zhì)較多，并且各種介質(zhì)均有各自不同的特性。在工程實踐中，應(yīng)深入了解工藝條件及介質(zhì)特性，結(jié)合相關(guān)的規(guī)范和標準來進行合理的設(shè)計。

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（責任編輯：董鳳霞）