卡伯值分析儀在漿線中的應(yīng)用和維護(hù)

黃光明

（中國(guó)輕工業(yè)長(zhǎng)沙工程有限公司，湖南長(zhǎng)沙，410004）

卡伯值分析儀通過采用全新的設(shè)計(jì)理念和具有可靠性、及時(shí)性、精確性的特點(diǎn)，保證了對(duì)整個(gè)制漿生產(chǎn)線的有效控制?？ú捣治鰞x在蒸煮器上的應(yīng)用滿足了絕大多數(shù)卡伯值的測(cè)量需求，比如對(duì)高得率制漿連續(xù)蒸煮中點(diǎn)，間歇和連續(xù)噴放等處的測(cè)量。氧脫木素段漂前及氧和過氧化氫強(qiáng)化的堿抽提（EOP）段的在線卡伯值測(cè)量已成為當(dāng)今企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量參數(shù)。在現(xiàn)代化漿廠中白度的測(cè)量也越來越普遍。通過卡伯值分析儀的白度控制和漿料質(zhì)量控制的解決方案，成功實(shí)現(xiàn)了漿線的漂白控制。本文通過對(duì)卡伯值分析儀的工作原理、基本組成和日常維護(hù)及保養(yǎng)的介紹，為制漿生產(chǎn)線的儀表人員提供參考和借鑒。

1 卡伯值分析儀在制漿生產(chǎn)線的應(yīng)用

化學(xué)漂白木漿廠要維持生產(chǎn)線的高效運(yùn)行并保持漿的品質(zhì)，使卡伯值和白度值維持在一定的范圍內(nèi)，在生產(chǎn)過程質(zhì)量管理中沒有在線分析儀的控制是非常困難的?？ú捣治鰞x對(duì)于化學(xué)木漿廠來說是一個(gè)全新、超前的在線測(cè)量漿料木素和白度的產(chǎn)品，主要應(yīng)用于蒸煮、氧脫木素和漂白工段卡伯值的測(cè)量及工藝過程控制，纖維各種參數(shù)以及纖維束含量的檢測(cè)和分析。本文以某100萬t化學(xué)漂白木漿廠卡伯值分析儀的應(yīng)用為例進(jìn)行介紹。

1.1 卡伯值分析儀安裝測(cè)點(diǎn)位置分析

某化學(xué)漂白木漿廠共有6個(gè)卡伯值取樣測(cè)點(diǎn)和4個(gè)白度取樣測(cè)點(diǎn)。6個(gè)卡伯值取樣測(cè)點(diǎn)分別安裝在噴放線出口中段、氧脫木素前段、氧脫木素后段、熱二氧化氯漂白（DO）前段、DO后段及氧強(qiáng)化的堿抽提（EO）段，4個(gè)白度取樣點(diǎn)位置分別為DO段、EO段、D1段、D2段?？ú捣治鰞x是一種分散取樣、集中檢測(cè)的裝置，所以取樣閥安裝位置離卡伯值分析儀位置較遠(yuǎn)、取樣管線較長(zhǎng)，容易出現(xiàn)取樣管堵塞情況，因此各點(diǎn)取樣閥安裝位置極為重要，需要安裝在漿料穩(wěn)定、極易反應(yīng)參數(shù)變化的位置，另外工藝條件的選擇、取樣閥的選用尤其重要，如取樣閥（SD-501）主要用于篩選工段，漿濃為5%～15%、含雜質(zhì)很少的漿料（EO段）；取樣閥（SD-502）主要用于未經(jīng)篩選工段，漿濃為0.5%～15%、含雜質(zhì)的粗漿（噴放線）；取樣閥（SD-505）主要用于漂白工段，漿濃為0.5%～15%、含有氯離子介質(zhì)的漿料（D1、D2段），具體測(cè)量位置示意圖如圖1所示。

1.2 卡伯值分析儀在漿線中的應(yīng)用

卡伯值分析儀在漿線中的應(yīng)用可以提高紙漿白度值，降低化學(xué)品用量，使100萬t制漿生產(chǎn)線D1段紙漿白度常年保持在83%，D2段紙漿白度常年保持在87%左右，且二氧化氯（ClO2）用量穩(wěn)定。

1.3 卡伯值分析儀在不同工藝的安裝形式

卡伯值分析儀在不同工藝中有不同的安裝形式，化學(xué)漂白木漿工藝主要有無元素氯（ECF）和全無氯（TCF），卡伯值分析儀取樣閥在兩種工藝中安裝位置分別為：在ECF漂白中卡伯值分析儀安裝位置為噴放線、氧脫木素（O2）前、氧脫木素（O2）后、DO前；但在TCF漂白中卡伯值分析儀主要安裝在噴放線、氧脫木素（O2）前、氧脫木素（O2）后和DO后。

1.4 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室卡伯值測(cè)量與在線卡伯值分析儀測(cè)量

1.4.1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室卡伯值測(cè)量

漿料殘留木素的含量可以采用酸溶木素與酸不溶木素含量表征，即木素含量的測(cè)定方法。但該方法測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，相對(duì)較復(fù)雜，因此普遍采用的是高錳酸鉀氧化法測(cè)定漿料的卡伯值，該數(shù)值的大小反映出經(jīng)蒸煮后殘留在漿料中木素含量的多少以及其他還原性物質(zhì)的相對(duì)含量，從而對(duì)蒸煮工藝的控制以及為漿料漂白工藝的制定提供依據(jù)。漿料的卡伯值是指一定量的漿料在特定的酸性條件下，與一定量的高錳酸鉀反應(yīng)一定時(shí)間，得到的值換算成相當(dāng)于消耗50%高錳酸鉀量。漿料卡伯值計(jì)算見式（1）。

式中，K為漿料的卡伯值；p為漿料消耗0.02 mol/L高錳酸鉀溶液的量，mL；M為漿料的絕干質(zhì)量，g；f為相當(dāng)于50%高錳酸鉀消耗量的修正值。

由于一般實(shí)驗(yàn)室測(cè)量卡伯值耗時(shí)過長(zhǎng)，工作量大，需要大量的化驗(yàn)人員，且化驗(yàn)人員熟練程度不一樣，導(dǎo)致檢測(cè)的結(jié)果誤差大，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，漿線品質(zhì)控制效果差，不能滿足生產(chǎn)要求。

1.4.2 在線卡伯值分析儀測(cè)量

在線卡伯值分析儀采用光學(xué)原理進(jìn)行測(cè)量，樣品經(jīng)過測(cè)量?jī)x時(shí)氙光源對(duì)漿料進(jìn)行照射，然后以不同波長(zhǎng)的光散射強(qiáng)度得出卡伯值，測(cè)量時(shí)間快，誤差小，能滿足工藝要求，因此大部分漿廠都采用在線卡伯值分析儀進(jìn)行測(cè)量。

2 卡伯值分析儀基本組成

卡伯值分析儀主要由現(xiàn)場(chǎng)取樣閥、沖洗單元、測(cè)量單元以及收集單元組成，如圖2所示。工作原理是現(xiàn)場(chǎng)取樣閥將取到的漿料通過輸送管送到卡伯值分析儀洗滌單元，再通過測(cè)量單元對(duì)樣品進(jìn)行分析從而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（1）現(xiàn)場(chǎng)取樣閥：主要由兩種取樣閥組成，型號(hào)分別為SD-502和SD-505，都屬于直通型取樣閥，其中SD-502主要用于未篩漿料和濃度低于6%的漿料，其材質(zhì)為不銹鋼SS316L；SD-505主要用于含有氯元素的未篩漿料，其材質(zhì)為鈦合金。兩種取樣閥都可以使用在漿濃為0.5%～15%的工藝中。

圖2 卡伯值分析儀基本組成

（2）沖洗單元：主要是對(duì)取樣閥從管道收集的漿料進(jìn)行洗滌，使?jié){中含有的雜質(zhì)分離，并使?jié){料的濃度稀釋到一定值，達(dá)到分析儀測(cè)量漿料的卡伯或白度值要求。

（3）測(cè)量單元：主要由卡伯傳感器、白度傳感器、濃度傳感器、液位傳感器、各種模塊、電源轉(zhuǎn)換器和中央處理器（CPU）等組成。

3 卡伯值分析儀的工作原理及測(cè)量步驟

3.1 卡伯值分析儀參數(shù)

卡伯值分析儀水的規(guī)格：①未凈化的熱水，水溫要求為50～60℃，允許誤差為絕對(duì)值2.5℃，水的壓力0.3～0.6 MPa，卡伯值分析儀輸送水管管徑為20 mm。②化學(xué)凈化的冷水,水壓要求為0.5～0.8 MPa，水溫大于2℃。③去離子水：電導(dǎo)率（Conductivity）＜0.3 mS/m，pH值6～8，SiO2＜0.02 mg/L，T=18～50℃，水壓0.5～0.8 MPa，安裝所用水管管徑為20 mm。

卡伯值分析儀要求提供的氣壓為0.4～0.6 MPa，安裝所用的氣源管管徑為15 mm，卡伯值分析儀工作循環(huán)泵所用電壓為400 VAC/50 Hz，電源轉(zhuǎn)換器電壓為220 V，操作電壓（Operating voltages）90～132/175～264 VAC，3.44～440 Hz，350 VA；沖洗單元（washing unit）模塊所用電壓分別為5、15、24 V?？ú捣治鰞x供水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)圖見圖3。

3.2 卡伯值分析儀工作流程和步驟

卡伯值分析儀執(zhí)行檢測(cè)指令后，先進(jìn)行沖洗操作，去離子水對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行沖洗以滿足卡伯值的測(cè)量要求；對(duì)于單筒測(cè)量的卡伯值分析儀開始取樣和漿料輸送，漿料檢測(cè)周期受所檢測(cè)漿料種類、沖洗次數(shù)和取樣點(diǎn)到分析儀距離的影響；漿料通過管線輸送到卡伯值分析儀的預(yù)篩選裝置，用于除去漿料中的大塊漿團(tuán)和木節(jié)；初篩后的漿料進(jìn)入沖洗室，在沖洗室內(nèi)的漿料量由液位傳感器控制，達(dá)到設(shè)定液位后，自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)漿料控制閥，多余的漿料通過排污口排除；然后漿料在沖洗室進(jìn)行篩選、清洗，用于除去漿料殘留的藥液以滿足卡伯值和白度值測(cè)量要求；然后卡伯值分析儀正式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量步驟依次是取樣、輸送、預(yù)篩選、篩選，用熱水對(duì)漿料進(jìn)行清洗，用冷水沖洗漿料、混合漿料、掃描測(cè)量、闊葉木（HW）/針葉木（SW）測(cè)量、分析儀清洗和水閥測(cè)量結(jié)束。

（1）取樣

卡伯值分析儀給取樣閥一個(gè)25 V直流電壓的D0信號(hào)，該信號(hào)要與測(cè)量水壓的壓力開關(guān)形成一個(gè)串聯(lián)回路，只有當(dāng)水壓大于0.3 MPa時(shí)，取樣閥才能進(jìn)行動(dòng)作取到漿料，然后通過輸送水將其送到卡伯值分析儀進(jìn)行分析。

圖3 卡伯值分析儀的供水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)圖

（2）預(yù)先篩分和沖洗

預(yù)先篩分目的是通過輸送熱水對(duì)管道取回來的漿料進(jìn)行清洗，把雜質(zhì)和未煮好木片分離得到純凈的漿料。沖洗是在卡伯值分析儀混合桶里面，加一定的壓力將漿料充分沖洗干凈，在整個(gè)沖洗過程中，測(cè)量回路是一直加壓的，壓力在0.25 MPa左右。

（3）熱水沖洗樣品

沖洗過程中水的溫度對(duì)分析儀測(cè)量值存在很大的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 水溫對(duì)卡伯值分析儀的測(cè)量影響

（4）樣品充分混合和參數(shù)測(cè)量

該步驟將對(duì)漿料的濃度進(jìn)行充分的調(diào)節(jié)，見圖5。

（5）濃度調(diào)節(jié)過程

允許最低濃度為正常漿料濃度的0.9倍（0.9CS），如果初始濃度低于這個(gè)值，就會(huì)出現(xiàn)濃度低極限（CS LOW LIMIT）報(bào)警；如果初始濃度稍高一點(diǎn)，濃度開始調(diào)節(jié)，直到達(dá)到允許濃度；如果濃度過高，漿料不能調(diào)節(jié)到允許濃度，則會(huì)出現(xiàn)允許濃度錯(cuò)誤信號(hào)（CONSISTENCY 1 ERROR），當(dāng)漿濃達(dá)到允許濃度時(shí)，整個(gè)回路開始加壓測(cè)量,漿料在加壓的回路中被水稀釋，如果漿濃未達(dá)到測(cè)量最低允許濃度則會(huì)出現(xiàn)最低濃度錯(cuò)誤信號(hào)（CONSISTENCY 2ERROR），濃度調(diào)節(jié)是用來計(jì)算漿料卡伯值參數(shù)的，闊葉木（HW）/針葉木（SW）的比率通過CPU處理濃度傳感器的輸出信號(hào)得到，然后利用獲得值，正確地選擇相應(yīng)等級(jí)的漿，適用相應(yīng)的縮放比例。闊葉木（HW）/針葉木（SW）值、卡伯值參數(shù)、白度參數(shù)結(jié)合起來計(jì)算的結(jié)果判斷漿料是闊葉木（HW）或者是針葉木（SW），同時(shí)用來決定選擇相應(yīng)計(jì)算公式?？ú捣治鰞x的CPU將4種不同木質(zhì)比例計(jì)算公式儲(chǔ)存起來用于計(jì)算不同種類的漿料。

3.3 卡伯值測(cè)量

卡伯值分析儀采用光學(xué)原理進(jìn)行測(cè)量，漿料經(jīng)過測(cè)量?jī)x時(shí)氙光源對(duì)漿料進(jìn)行照射，然后以不同波長(zhǎng)的光散射強(qiáng)度得出卡伯值。白度測(cè)量：白度分析儀采用光學(xué)原理進(jìn)行測(cè)量，漿料經(jīng)過測(cè)量?jī)x時(shí)氙光源對(duì)漿料的反射和散射性來測(cè)量，從而得出白度值，具體原理見圖6。

3.4 測(cè)量計(jì)算法則

圖5 漿濃的調(diào)節(jié)步驟

圖6 卡伯值分析儀光學(xué)原理圖

卡伯值分析儀連續(xù)進(jìn)行測(cè)量然后通過CPU計(jì)算，收集所有傳感器的連續(xù)測(cè)量值，但每個(gè)傳感器只有一個(gè)值被選擇，通過計(jì)算得出最終的卡伯值或者白度值，每組通過計(jì)算公式得出的測(cè)量值，再根據(jù)卡伯值范圍和木素的種類來選擇相應(yīng)計(jì)算公式，從而得出卡伯值或白度的測(cè)量值。

3.5 漿料等級(jí)的變差系數(shù)（CV）的測(cè)量

CV值是測(cè)量長(zhǎng)短纖維的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)應(yīng)具體趨勢(shì)圖見圖7。漿料等級(jí)的變差系數(shù)極限值為1，當(dāng)測(cè)量結(jié)果大于1時(shí)判斷為闊葉木漿，當(dāng)測(cè)量結(jié)果小于1時(shí)判斷為針葉木漿。

4 卡伯值分析儀的維修和保養(yǎng)

4.1 卡伯值分析儀的日常維護(hù)和保養(yǎng)

制定卡伯值分析儀每周、每月巡點(diǎn)表，確定卡伯值分析儀每周至少進(jìn)行1次例行檢查，檢查內(nèi)容主要為：①通信狀況檢查，目視檢查卡伯值分析儀的狀況，通信是否正常；②檢查卡伯值分析儀水、空氣及取樣管線是否泄漏；③確保進(jìn)行電子裝置的凈化空氣恒定（（0.035±0.01）標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/min）；④確保進(jìn)氣壓力為0.45 MPa；⑤目視檢查測(cè)量筒的金屬網(wǎng)，是否有破損；⑥檢查各電磁閥動(dòng)作是否正常；⑦清潔泵的止回閥，確保泵運(yùn)行正常；⑧從手操器中讀出各種參數(shù)并記錄下來，檢查卡伯值分析儀亮度測(cè)量單元參數(shù)是否有異常；⑨在手操器中讀出各類參數(shù)是否正常，如果異常，檢查異常原因并處理；⑩檢查化學(xué)試劑是否足量。

圖7 CV測(cè)量值對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)短纖維趨勢(shì)圖

4.2 卡伯值分析儀壓力、溫度開關(guān)檢查和處理

（1）空氣壓力開關(guān)報(bào)警檢查：①需要進(jìn)行壓力校正；②需要檢查儀表氣源是否正常；③檢查空氣過濾器是否過臟，并清潔。

（2）冷水開關(guān)報(bào)警檢查：①需要進(jìn)行冷水開關(guān)校正；②檢查冷水入口壓力是否過低；③檢查水過濾器是否過臟并清潔。

（3）溫水開關(guān)報(bào)警檢查：①需要進(jìn)行溫水開關(guān)校正；②檢查溫水入口壓力是否過低；③檢查水過濾器是否過臟并清潔。

4.3 卡伯值分析儀重要參數(shù)報(bào)警檢查和處理

4.3.1 水參數(shù)低極限值（Water value low limit）

故障原因?yàn)榭ú禍y(cè)量單元臟，如果測(cè)量單元不干凈，卡伯值分析儀可能測(cè)定的卡伯值結(jié)果高于實(shí)際值。因此確保清潔化學(xué)品桶中有適量的化學(xué)品?？s短兩次清洗之間的時(shí)間，通過設(shè)置較小的“化學(xué)清洗”值，也可以設(shè)定一個(gè)更長(zhǎng)的開放時(shí)間SV15閥，并更改清洗順序等方式確保測(cè)量單元清洗干凈。

4.3.2 濃度低報(bào)警極限值（Consistency low limit）

引起濃度故障的原因：①上部與下部金屬篩網(wǎng)檢查篩網(wǎng)是否堵塞；②測(cè)量桶上部水管噴嘴以及氣源噴嘴是否清潔或者堵塞；③樣品輸送水的壓力是否正常；④工藝原因本身漿濃是否太低；⑤取樣線是否堵塞；⑥取樣閥是否工作；⑦HW/SW比例是否改變。

4.3.3 濃度報(bào)警1&2（Consistency error 1&2）

引起濃度報(bào)警的原因：①測(cè)量回路是否堵塞；②循環(huán)泵是否工作；③濃度傳感器是否堵塞或者濃度太高；④確保冷水壓力是否在0.35 MPa左右,如果太低會(huì)引起濃度報(bào)警；⑤檢查底部篩網(wǎng)是否堵塞。

4.3.4 初始容積報(bào)警（Initial volume error）

產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因主要是進(jìn)入漿料濃度太低，無法完成自動(dòng)檢測(cè)，在測(cè)量回路或者取樣管線有堵塞，造成測(cè)量單元的濃度太低；需要檢查取樣參數(shù)設(shè)置是否正確，取樣時(shí)間設(shè)置是否合理，取樣管線壓力是否足夠，取樣器壓力開關(guān)是否正常工作，工藝管道內(nèi)漿料是否異常導(dǎo)致樣品無法取出，檢查濃度傳感器（LC100）工作是否正常，是否出現(xiàn)堵塞情況等。

4.4 卡伯值分析儀電子元件故障檢查和處理

（1）當(dāng)探測(cè)器信號(hào)小于0.025 V或者大于4.9 V則會(huì)引起測(cè)量單元無法工作。

（2）對(duì)濃度傳感器（LC100）和各電路板進(jìn)行檢查。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)卡伯值分析儀的基本結(jié)構(gòu)和工作原理深入了解，熟悉掌握卡伯值分析儀的工作性能和維修技能，在日常維護(hù)過程中對(duì)卡伯值分析儀的巡點(diǎn)維護(hù)，從而降低卡伯值分析儀的故障率，使其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。卡伯值分析儀在漿線中的應(yīng)用使?jié){料的白度值控制在87%以上，對(duì)提高漿線的品質(zhì)有很大的作用，可以大大提高生產(chǎn)效益；并通過對(duì)卡伯值分析儀的工作原理和維護(hù)技能的介紹，為制漿生產(chǎn)線的儀表技術(shù)人員提供參考和借鑒。