楊篤明 鄧天文

(貴州省赤天化紙業(yè)股份有限公司,貴州赤水,564707)

竹漿濃黑液貯槽循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)措施

楊篤明 鄧天文

(貴州省赤天化紙業(yè)股份有限公司,貴州赤水,564707)

介紹大型竹漿廠濃黑液貯槽循環(huán)系統(tǒng)的原始設(shè)計(jì)概況及投用后存在的問題,提出優(yōu)化改進(jìn)的措施并予以實(shí)施,在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程取得良好效果。

濃黑液;貯槽;循環(huán)系統(tǒng);鈉鹽沉析;優(yōu)化改進(jìn);實(shí)踐

現(xiàn)代化漿廠中,蒸發(fā)站的濃黑液貯槽循環(huán)系統(tǒng)并非技術(shù)的關(guān)鍵或核心,僅僅是整個(gè)蒸發(fā)站中附屬的一個(gè)小系統(tǒng),其作用是保證送出黑液的濃度均一并盡量減少因鈉鹽沉析導(dǎo)致的污垢與管道堵塞。但是,隨著結(jié)晶蒸發(fā)技術(shù)的普遍應(yīng)用及濃黑液濃度的逐漸提高,濃黑液貯槽循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行情況的好壞在很大程度上會(huì)制約或影響蒸發(fā)及堿爐裝置的運(yùn)行,特別是在非木原料漿廠其黑液硅含量及黏度均較高的情況下?？v觀世界先進(jìn)的濃黑液貯槽循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì),不外乎攪拌器或循環(huán)泵方式,或兩者共用方式。具體的實(shí)踐應(yīng)用中采用何種循環(huán)設(shè)計(jì),與蒸發(fā)工藝、濃黑液性狀及設(shè)計(jì)者的理念等不無關(guān)系[1]。

本文介紹了貴州赤天化紙業(yè)股份有限公司 (以下簡(jiǎn)稱赤天化紙業(yè))濃黑液貯槽循環(huán)系統(tǒng)的原始設(shè)計(jì)概況及投用后存在的問題,并提出優(yōu)化改進(jìn)的措施且予以實(shí)施,在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程取得良好效果。

1 系統(tǒng)原始設(shè)計(jì)概況及投用后存在的問題

赤天化紙業(yè)蒸發(fā)裝置采用西班牙 HPD公司六效九體管式降膜結(jié)晶蒸發(fā)技術(shù),設(shè)計(jì)產(chǎn)品濃黑液濃度為70% (不含堿灰和補(bǔ)充芒硝)[2]。濃黑液貯槽循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用中部抽出底部送入單泵循環(huán)方式;貯槽采用圓錐形底部加圓柱形直段及橢圓形頂部設(shè)計(jì),總高23.9 m,錐形底部高度為 8.85 m,圓柱形直段直徑10 m,高度 9.28 m,循環(huán)泵入口中心線位于圓柱形直段以上 0.51 m;循環(huán)泵設(shè)計(jì)流量 240 m3/h、揚(yáng)程10 m、功率 30 kW。整個(gè)系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖見圖 1。

該循環(huán)系統(tǒng)自 2008年 4月整個(gè)裝置試車投用以來,逐漸暴露出一些問題,主要表現(xiàn)在：①送堿爐的濃黑液管道及黑液噴槍出現(xiàn)間或性的堵塞,特別是在系統(tǒng)停機(jī)后再開機(jī)或蒸發(fā)系統(tǒng)故障停出濃黑液期間,嚴(yán)重影響堿爐的穩(wěn)定運(yùn)行。②在入爐黑液溫度、壓力和流量均穩(wěn)定的情況,堿爐產(chǎn)汽量急劇大幅波動(dòng),比如產(chǎn)汽量急劇下降甚至出現(xiàn)黑爐現(xiàn)象,而爐底并未出現(xiàn)明顯的黑液拉稀或干燥不好的現(xiàn)象。③循環(huán)泵進(jìn)出口手動(dòng)閥選型為蝶閥,當(dāng)循環(huán)泵出現(xiàn)故障 (如機(jī)械封泄漏或軸承更換)時(shí),該蝶閥無法確保關(guān)嚴(yán)而使檢修安全難以保證。④當(dāng)循環(huán)泵故障檢修時(shí),上述第①、②現(xiàn)象明顯加劇。⑤因循環(huán)泵入口位于貯槽錐底以上直段,循環(huán)泵入口以下容積約為 250 m3。長(zhǎng)期停機(jī)濃黑液貯槽排空后再開機(jī)時(shí),在循環(huán)建立以前,進(jìn)貯槽黑液濃度按 HPD設(shè)計(jì)應(yīng)控制在 40%左右,待循環(huán)建立后方可按正常濃度出濃黑液進(jìn)行置換,以防止因濃度過高鈉鹽沉析而導(dǎo)致管道結(jié)垢或堵塞。因此,從貯槽進(jìn)黑液、蒸發(fā)系統(tǒng)出正常濃度濃黑液、黑液置換提濃,至整個(gè)貯槽黑液濃度達(dá)堿爐最低可投運(yùn)的濃度 (60%)時(shí),整個(gè)過程將至少耗時(shí)近 20 h,嚴(yán)重制約和影響了整個(gè)系統(tǒng)的開機(jī)進(jìn)度。⑥濃黑液槽設(shè)計(jì)容積為 1100 m3,除去循環(huán)泵入口以下錐底部分,且正常運(yùn)行時(shí)還需保證液位在循環(huán)泵入口以上一定距離,實(shí)際可用容積僅有 750～800 m3,嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的緩沖能力。

圖1 原始設(shè)計(jì)工藝流程簡(jiǎn)圖

2 原因分析及優(yōu)化改進(jìn)措施探討

經(jīng)過長(zhǎng)期的運(yùn)行及對(duì)暴露出的問題進(jìn)行深入分析與摸索總結(jié),認(rèn)為原始設(shè)計(jì)對(duì)采用結(jié)晶蒸發(fā)技術(shù)的竹漿濃黑液黏度、密度等性狀估計(jì)不足,未充分考慮濃度達(dá) 70%左右 (不含堿灰和補(bǔ)充芒硝)的竹漿濃黑液因鈉鹽沉析導(dǎo)致的污垢與管道堵塞的問題,其循環(huán)泵的流量與揚(yáng)程設(shè)計(jì)偏小,黑液循環(huán)僅在整個(gè)貯槽錐形底部段進(jìn)行,實(shí)際運(yùn)行過程中導(dǎo)致黑液循環(huán)混合不好,整個(gè)濃黑液貯槽存在黑液濃度分布不均和鈉鹽沉析分層問題。特別是在系統(tǒng)停機(jī)或蒸發(fā)裝置故障停出濃黑液期間,由于黑液循環(huán)僅在貯槽錐形底部段進(jìn)行,貯槽上部黑液處于靜置狀態(tài),其中所含有的不溶解鈉鹽及從堿爐加入的芒硝和堿灰 (設(shè)計(jì)約占總固形物的 10%)將慢慢沉析并逐漸富集于貯槽錐形底部。而黑液濃度分布不均與鈉鹽沉析分層則可能是產(chǎn)汽量急劇大幅波動(dòng)甚至黑爐的主要原因。由于鈉鹽沉析極易在貯槽錐形底部斜壁上形成鈉鹽垢層,而底部黑液循環(huán)的沖擊則可能導(dǎo)致鈉鹽垢層的不時(shí)脫落,脫落的鈉鹽垢層經(jīng)過黑液輸送泵后形成渣子狀顆粒,這些顆粒極易在管道拐彎及黑液噴槍縮徑處沉積,導(dǎo)致濃黑液管道及黑液噴槍出現(xiàn)間或性的堵塞。

對(duì)于單循環(huán)泵設(shè)計(jì)及其進(jìn)出口蝶閥選型,筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)過程中未充分考慮設(shè)備故障檢修問題。循環(huán)泵進(jìn)出口蝶閥選型難以確保將泵完全隔離,給安全檢修帶來極大影響。當(dāng)循環(huán)泵故障停運(yùn)時(shí),濃黑液貯槽因無循環(huán)其濃度分布不均及鈉鹽沉析分層現(xiàn)象必然加劇,甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的污垢與管道堵塞問題。若將該循環(huán)泵安排在計(jì)劃?rùn)z修期間檢修,如果此時(shí)未排空濃黑液貯槽,黑液循環(huán)及送出黑液的停止,整個(gè)貯槽內(nèi)濃黑液將處于完全靜置狀態(tài),70%的竹漿濃黑液所產(chǎn)生的鈉鹽沉析及結(jié)晶堵塞將可能導(dǎo)致無法估計(jì)的嚴(yán)重后果。如前面所述,濃黑液貯槽的排空將導(dǎo)致重新開車時(shí)耗時(shí)增加近20 h,嚴(yán)重制約和影響整個(gè)系統(tǒng)的開機(jī)進(jìn)度。

通過深入分析上述問題,認(rèn)為必須優(yōu)化改進(jìn)循環(huán)系統(tǒng)原始設(shè)計(jì),改善濃黑液循環(huán)效果。增設(shè)錐底攪拌器,除投資較大、維護(hù)檢修困難及改造施工難度較大外,筆者認(rèn)為不會(huì)對(duì)循環(huán)效果產(chǎn)生根本性的改觀。增設(shè)一臺(tái)備用循環(huán)泵可解決故障檢修問題,但對(duì)于改善濃黑液循環(huán)效果并無作用,且現(xiàn)場(chǎng)布置及改造施工難度較大。現(xiàn)有循環(huán)泵改型增大流量及揚(yáng)程看似一個(gè)較好的方案,但因涉及現(xiàn)場(chǎng)管線、泵基礎(chǔ)及配電等一系列改造,施工周期較長(zhǎng)又成為一個(gè)難題。經(jīng)過綜合考慮各種因素,認(rèn)為應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手優(yōu)化改進(jìn)：①利用現(xiàn)有濃黑液輸出泵,增設(shè)濃黑液貯槽頂部循環(huán)管,增強(qiáng)循環(huán)效果,降低濃黑液濃度分布不均與鈉鹽沉析分層的影響;②將循環(huán)泵進(jìn)出口手動(dòng)閥改型為帶渦輪蝸桿球閥,解決檢修安全問題;③增設(shè)濃黑液貯槽錐形段中部循環(huán)泵進(jìn)口管,可有效縮短濃黑液貯槽排空后再開車時(shí)黑液循環(huán)建立與置換提濃時(shí)間 10 h左右,并可增加濃黑液貯槽可用容積近 200 m3。

3 改造實(shí)施與投用運(yùn)行情況

分別于 2008—2009年對(duì)上述 3項(xiàng)優(yōu)化改進(jìn)措施予以實(shí)施并相繼投入使用。優(yōu)化改進(jìn)細(xì)節(jié)如圖 2所示。

(1)增設(shè)從黑液輸出泵 A出口至濃黑液貯槽頂部DN100的循環(huán)管線。兩端均設(shè)置手動(dòng)閥門,頂部設(shè)置低壓蒸汽吹掃,底部設(shè)置排放管線;當(dāng)該管線循環(huán)停運(yùn)時(shí),關(guān)閉兩端手動(dòng)閥,用低壓蒸汽吹掃排放干凈。黑液輸出泵設(shè)計(jì)打量為 100 m3/h,揚(yáng)程為50 m,額定功率 75 kW,采用變頻調(diào)速。該改造實(shí)施完成后投入使用,通過摸索總結(jié),僅設(shè)定 60%變頻器轉(zhuǎn)速,經(jīng)估算循環(huán)量可達(dá) 80～100 m3/h,現(xiàn)場(chǎng)泵運(yùn)行平穩(wěn),管路流動(dòng)通暢,無異常沖擊或振動(dòng),此時(shí)對(duì)應(yīng)的電機(jī)電流僅為額定電流的 25%左右,功率消耗不足20 kW。

圖2 優(yōu)化改進(jìn)后工藝流程簡(jiǎn)圖

(2)將圖 1中閥 1和閥 2更換為帶渦輪蝸桿硬質(zhì)密封球閥。因?yàn)榇罂趶角蜷y僅用手柄開關(guān)難度較大,且易用力過猛導(dǎo)致密封面損傷;而四氟密封在濃黑液溫度 120～130℃的條件下長(zhǎng)期使用也易老化變形,嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致閥芯卡住無法動(dòng)作。此項(xiàng)改造完成投用后,經(jīng)數(shù)次試用檢驗(yàn),開關(guān)動(dòng)作輕便,密封性能良好,可完全隔離循環(huán)泵。

(3)增設(shè)濃黑液貯槽錐形段中部循環(huán)泵進(jìn)口管,主線設(shè)置氣動(dòng)開關(guān)球閥 (閥 3、DN200),旁路設(shè)置一個(gè)手動(dòng)常開球閥 (閥 4、DN50)。該段新增管道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際長(zhǎng)度僅為 2 m左右,主線氣動(dòng)開關(guān)球閥正常生產(chǎn)中保持關(guān)閉狀態(tài),但每周需開關(guān)一次以確認(rèn)是否可正常運(yùn)作,旁路手動(dòng)閥保持常開以防止主線出現(xiàn)結(jié)晶堵塞。此項(xiàng)改造完成投用后,經(jīng) 2009年和 2010年兩次大修后開車檢驗(yàn),每次可有效縮短開機(jī)時(shí)間約10 h,同時(shí)在制漿生產(chǎn)線短期故障時(shí)增加濃黑液緩沖量近 200 m3,大大提高了系統(tǒng)緩沖能力。

對(duì)新增的濃黑液貯槽頂部循環(huán)管線,通過在實(shí)際生產(chǎn)過程中的運(yùn)行摸索總結(jié),為降低消耗不采用連續(xù)運(yùn)行方式。一般情況,在短期停車或計(jì)劃中小修后的堿爐開車投黑液前 8 h,或因蒸發(fā)裝置短期故障停出濃黑液時(shí),建立此循環(huán)以盡量混合均勻整個(gè)濃黑液貯槽內(nèi)黑液,使?jié)夂谝簼舛染徊⒈M量降低因貯槽上部黑液靜置導(dǎo)致的鈉鹽沉析所帶來的不利影響;待堿爐運(yùn)行正常無明顯的黑液管道或噴槍堵塞現(xiàn)象,且蒸發(fā)裝置連續(xù)產(chǎn)出濃黑液后,停用該循環(huán)管線并吹掃排放干凈。正常生產(chǎn)中,在入爐黑液溫度、壓力和流量均穩(wěn)定的情況,出現(xiàn)堿爐產(chǎn)汽量急劇大幅波動(dòng)甚至黑爐現(xiàn)象,或因堿爐本身負(fù)荷較高導(dǎo)致堿灰量偏大,以及為維持系統(tǒng)硫化度平衡芒硝補(bǔ)充較多時(shí),應(yīng)投用濃黑液貯槽頂部循環(huán)管線,改善黑液循環(huán)效果,降低因濃黑液中芒硝堿灰過多鈉鹽沉析加劇所導(dǎo)致的影響。

新增的濃黑液貯槽錐形段中部循環(huán)泵進(jìn)口管,除在排空貯槽的檢修后開機(jī)時(shí)投用以縮短開機(jī)時(shí)間外,當(dāng)制漿生產(chǎn)線故障停機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致黑液存量不足時(shí),打開此新增管線閥,建立循環(huán)泵中部進(jìn)口管黑液循環(huán),此時(shí)還應(yīng)投用新增的濃黑液貯槽頂部循環(huán)管線建立貯槽頂部黑液循環(huán),有效提高濃黑液緩沖能力。

4 結(jié) 語

針對(duì)赤天化紙業(yè)蒸發(fā)裝置濃黑液貯槽循環(huán)系統(tǒng)生產(chǎn)投用后存在的黑液管道和噴槍堵塞、堿爐產(chǎn)汽量無故大幅波動(dòng)甚至黑爐、循環(huán)泵無法完全隔離檢修以及排空貯槽檢修后開機(jī)時(shí)黑液循環(huán)建立與置換提濃耗時(shí)過長(zhǎng)等問題,通過在生產(chǎn)實(shí)踐過程中深入分析原因所在,不斷摸索和總結(jié),從改造實(shí)施便捷、投資較省和投用實(shí)效等方面綜合考慮各種因素,提出了增設(shè)濃黑液貯槽頂部循環(huán)管、循環(huán)泵進(jìn)出手動(dòng)閥改型為帶渦輪蝸桿球閥以及增設(shè)濃黑液貯槽錐形段中部循環(huán)泵進(jìn)口管等優(yōu)化改進(jìn)措施并逐步予以實(shí)施。這些優(yōu)化改進(jìn)措施實(shí)施并投用后,通過近兩年的實(shí)際運(yùn)行情況來看,黑液管道和噴槍堵塞、堿爐產(chǎn)汽量無故大幅波動(dòng)甚至黑爐的問題已基本消除,在正常生產(chǎn)中已可實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵完全隔離檢修,排空貯槽的檢修后開機(jī)時(shí)間縮短約10 h。從一定意義上說,這些優(yōu)化改進(jìn)措施合理、有效,在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐過程中已取得良好效果。

[1] R.P.格林,G.霍夫.堿法制漿化學(xué)藥品的回收[M].3版.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社,1998.

[2] 表迎凱,楊篤明,陳啟明.高溫鈍化技術(shù)在竹漿黑液蒸發(fā)中的應(yīng)用[J].中國(guó)造紙,2010,29(1)：64.

(責(zé)任編輯：馬 忻)

Improving Measures of Concentrated Black Liquor Storage Tank Circulation System in a Bamboo Pulp Mill

YANG Du-ming＊DENG Tian-wen
(Guizhou Chitianhua Paper Industry Co.,Ltd.,Chishui,Guizhou Province,564707)
( ＊ E-mail：ydmzy@tom.com)

The original design and the existing problems in operation of the concentrated black liquor storage tank circulation system in a large scale bamboo pulp mill were introduced,the improving measures were put for ward and implemented,good result was achieved in practice.

concentrated black liquor;storage tank;circulation system;sodium salt precipitation;optimizing and improving

TS749+.3

B

0254-508X(2011)04-0052-03

楊篤明先生,工程師;主要從事堿回收車間的生產(chǎn)管理工作。

2011-03-01(修改稿)