Paolo Raffaelli

TT SYD鋼制揚(yáng)克缸的實(shí)際應(yīng)用和現(xiàn)場體驗(yàn)

TT SYD Steel Yankee Dryer

Paolo Raffaelli

介紹

揚(yáng)克缸是干燥部的主要組成部分，也是確保生活用紙質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備。揚(yáng)克缸和氣罩的共同作用決定了紙幅的干度，因此它對紙廠的生產(chǎn)能力有著重要影響，確切地說，如果想要獲得較大的熱交換能力，它影響更大。紙幅的干燥也是個(gè)熱能密集的過程，揚(yáng)克缸的某些區(qū)域具有節(jié)能的巨大潛力。

歷史

紙機(jī)用鋼制烘缸的制造始于上世紀(jì)60年代初。自此以后各公司制造了1,200多臺鋼制烘缸，在制造、工藝和故障排除等方面，積累了大量的參考數(shù)據(jù)。

1999年，鋼制烘缸被廣泛應(yīng)用，同時(shí)一些公司開始使用有限元法（FEM）和3D技術(shù)等現(xiàn)代化分析手段，設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)鋼制揚(yáng)克缸的結(jié)構(gòu)。

一年后，第一臺直徑為2,500mm的加肋鋼制揚(yáng)克缸的原型被制造出來了，并經(jīng)過運(yùn)行測試。兩年后，第一臺直徑為3,660mm的鋼制揚(yáng)克缸成功投入運(yùn)行；2006年第一臺直徑為4,572mm的鋼制揚(yáng)克缸投放市場，而2010年第一臺直徑為4,876mm的鋼制揚(yáng)克缸被安裝就位。

如今，10多年的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)有助于設(shè)計(jì)更先進(jìn)的鋼制揚(yáng)克缸，在技術(shù)上，可供使用的鋼制揚(yáng)克缸直徑可高達(dá)5,486mm，最大缸體寬度可達(dá)7,200mm，并符合美國機(jī)械工程師協(xié)會（ASME）、歐洲壓力容器標(biāo)準(zhǔn)（PED）、中國特種設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)（CSEI）和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）等制造標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的技術(shù)背景、現(xiàn)場數(shù)據(jù)以及有效的制造流程有助于進(jìn)一步優(yōu)化揚(yáng)克缸的設(shè)計(jì)、制造和工藝。

設(shè)計(jì)和制造

鋼制揚(yáng)克缸的制造從設(shè)計(jì)、3D示意圖確定和利用有限元法（FEM）分析開始，在運(yùn)行時(shí)，缸體產(chǎn)生的應(yīng)力和變形都是承受的負(fù)載和受到的制約造成的。下列條件評估一般適用于任一揚(yáng)克缸：

● 工作條件：評估揚(yáng)克缸運(yùn)行狀態(tài)下的應(yīng)力和排汽量。

● 損紙條件：在這種配置下?lián)P克缸不與濕紙幅接觸。

● 流體檢驗(yàn)條件：評估揚(yáng)克缸在流體檢驗(yàn)條件下的應(yīng)力和排汽量。

利用應(yīng)變儀和排汽量測定法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測，驗(yàn)證理論分析。

在純惰性氣體環(huán)境中，使用合格的鋼板和螺栓、經(jīng)驗(yàn)證的幾何結(jié)構(gòu)和自動(dòng)化的制造工藝，還有在制造鋼制揚(yáng)克缸的不同階段進(jìn)行質(zhì)量、尺寸和無損檢驗(yàn)，這些都確保了鋼制揚(yáng)克缸最終能達(dá)到相應(yīng)規(guī)范和工藝要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

定期進(jìn)行檢驗(yàn)

鋼制揚(yáng)克缸運(yùn)行時(shí)現(xiàn)場測量和控制的數(shù)據(jù)將繼續(xù)為這種設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展積累經(jīng)驗(yàn)。

到目前為止，幾乎所有已安裝的鋼制揚(yáng)克缸都進(jìn)行了定期檢驗(yàn)。建議定期檢驗(yàn)應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：

● 用傳統(tǒng)方法（MT、UT、其他無損檢驗(yàn)）進(jìn)行檢驗(yàn)，以及用最新一代儀器（即相控陣檢驗(yàn)儀）對所有結(jié)構(gòu)焊縫和螺栓以及壓力最高區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn)。

● 冷凝水排出系統(tǒng)檢驗(yàn)。

● 金屬鍍層檢驗(yàn)。

● 在室溫和高溫環(huán)境下的徑向振擺檢驗(yàn)。

● 鋼制揚(yáng)克缸在帶紙和不帶紙情況下的溫度橫向分布檢驗(yàn)。

近10多年的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，鋼制揚(yáng)克缸在經(jīng)過4億次以上的疲勞周期后，擺幅小于0.05mm。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)概述

鋼制揚(yáng)克缸10多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成了以今天大量有用現(xiàn)場數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的技術(shù)和工藝標(biāo)準(zhǔn)。

用鋼材代替鑄鐵可顯著降低缸體的厚度，減小熱傳遞阻力。其結(jié)果是，鋼制揚(yáng)克缸內(nèi)的蒸汽冷凝作用大于一般揚(yáng)克缸和氣罩系統(tǒng)，因此干燥能力更大。就能源需求而言，鋼制揚(yáng)克缸是最有效的干燥設(shè)備，運(yùn)行中最大允許工作壓力在10bar以內(nèi)。

已安裝的鋼制揚(yáng)克缸證實(shí)，在尺寸和操作壓力都相同的情況下，鋼制揚(yáng)克缸的熱交換率和冷凝能力一般比鑄鐵揚(yáng)克缸至少高30%。同樣，用鋼制揚(yáng)克缸代替鑄鐵揚(yáng)克缸可全面提高紙機(jī)的干燥能力。

表1 5.5bar壓力下的兩種加肋揚(yáng)克缸比較

表2 7.8bar壓力下的兩種加肋揚(yáng)克缸比較

在不同操作壓力下，直徑4,572mm鋼制揚(yáng)克缸和鑄鐵揚(yáng)克缸的干燥效率比較（根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)），見圖1：

圖1 鋼制揚(yáng)克缸和鑄鐵揚(yáng)克缸的干燥效率比較

鋼制揚(yáng)克缸的隔熱端蓋可提高熱效率和節(jié)能3%～5%。

圖2 鋼制揚(yáng)克缸使用的隔熱端蓋

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)可知，理論上計(jì)算的熱損失是偏低的。圖3為直徑4,876mm，缸體寬3,995mm的鋼制揚(yáng)克缸在不同隔熱層厚度下通過端蓋的熱損失。

通過熱掃描等方法對運(yùn)行的鋼制揚(yáng)克缸進(jìn)行現(xiàn)場檢測，驗(yàn)證了以上數(shù)據(jù)。

圖3 鋼制揚(yáng)克缸熱損失與隔熱層厚度的對比

由揚(yáng)克缸尺寸大小決定的熱流量，已確認(rèn)會隨端蓋表面溫度的顯著下降而降低。

TT SYD鋼制揚(yáng)克缸的運(yùn)行——故障排除

以下為揚(yáng)克缸最常出現(xiàn)的問題：

● 虹吸管堵塞

● 由于刮刀架定位有誤或者其他外部原因（如不均勻或不正確的噴涂）造成金屬鍍層的不均勻磨損

● 異物通過壓區(qū)造成的意外損傷

● 紙幅出現(xiàn)濕條痕。

表3給出了鍋爐用水一些推薦的水質(zhì)參數(shù)，僅供參考，以維持水在蒸汽發(fā)生器的多次循環(huán)，水-蒸汽系統(tǒng)通過水-蒸汽管線與鋼制揚(yáng)克缸相連。

表3 紙廠鍋爐用水水質(zhì)參數(shù)

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，虹吸管的堵塞經(jīng)常是由于蒸汽質(zhì)量差造成的，因?yàn)檎羝|(zhì)量差有可能會導(dǎo)致?lián)P克缸內(nèi)部形成過多黑色氧化物（四氧化三鐵銹層），并隨后發(fā)生脫落堵塞虹吸管。

對以上參數(shù)進(jìn)行控制，將可獲得最理想的生產(chǎn)條件，即確保黑色氧化物的成形薄而均勻，并牢固地附著于鋼制揚(yáng)克缸的內(nèi)表面。

在鐵氧化量與熔化的氧化物量還沒處于均衡狀態(tài)之前，緊密且附著的四氧化三鐵銹層可提高反應(yīng)阻力，減緩發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，保持四氧化三鐵銹層厚度不變（這種反應(yīng)是自身限制的）。實(shí)際上，四氧化三鐵銹層是防銹蝕層。

圖4為自2000年以來一直在運(yùn)行的加肋鋼制揚(yáng)克缸內(nèi)表面相片。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)表面牢牢地附著一層均勻且薄的黑色氧化物。這層氧化物保護(hù)烘缸內(nèi)表面不被銹蝕，制造時(shí)機(jī)械工具留下的痕跡仍清晰可見。

圖4 加肋鋼制揚(yáng)克缸內(nèi)表面相片（2011年5月攝)

上述數(shù)據(jù)是檢驗(yàn)鍋爐用水質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。另外，為了確保質(zhì)量參數(shù)正確無誤，額外的數(shù)據(jù)還可用于幫助紙廠技術(shù)人員準(zhǔn)確地對采樣點(diǎn)、化學(xué)品加入點(diǎn)、用量和種類進(jìn)行定位。

刮刀架準(zhǔn)確定位可有效避免金屬鍍層和刮刀本身的過度磨損；刮刀過度磨損就得頻繁地更換刮刀，這意味著增加了磨刀量，并且還會增加停機(jī)時(shí)間和減產(chǎn)。影響刮刀壽命的其他重要因素還有缸面涂層的均勻性和化學(xué)品混合的均勻性，這兩個(gè)因素對確保刮刀固有性能必不可少。雖然這些都

是一般性準(zhǔn)則，但是還需紙廠受過專業(yè)培訓(xùn)的技術(shù)人員進(jìn)行定期檢驗(yàn)。

圖5 不均勻磨損的藍(lán)鋼刮刀

有些時(shí)候，紙廠會生產(chǎn)出帶濕條痕的衛(wèi)生紙。在過去10年中已出現(xiàn)了各種各樣的案例。紅外線技術(shù)的使用對根治紙病非常有效。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明，在這些案例中，92%都與揚(yáng)克缸無關(guān)。在其余的8%中，濕條痕的產(chǎn)生通常與虹吸管的堵塞有關(guān)。虹吸管堵塞是由于蒸汽質(zhì)量差，導(dǎo)致產(chǎn)生了過多的黑色氧化物，而黑色氧化物隨之發(fā)生脫落，堵塞虹吸管。

從圖6中能觀察到帶濕條痕的紙卷的溫度記錄。

圖6 帶濕條痕與無紙病的紙卷的溫度記錄對比

多年以來，異物通過壓區(qū)造成鋼制揚(yáng)克缸外表面損壞屢見不鮮。在每個(gè)案例中，出事后立刻對揚(yáng)克缸進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)缸體的結(jié)構(gòu)完整性，并確認(rèn)結(jié)構(gòu)完整性是否受到破壞。對異物通過區(qū)域進(jìn)行必要的無損檢測發(fā)現(xiàn)，損壞僅發(fā)生在金屬鍍層上，不會影響揚(yáng)克缸的運(yùn)行。鋼材的機(jī)械性能使其比較脆的鑄鐵更耐沖擊。

圖7 螺釘通過壓區(qū)后真空托輥包膠上出現(xiàn)的傷痕

圖8 螺釘通過TT SYD鋼制揚(yáng)克缸壓區(qū)后缸面出現(xiàn)的傷痕

圖9 螺釘通過TT SYD鋼制揚(yáng)克缸壓區(qū)后缸面出現(xiàn)的傷痕尺寸

結(jié)論

上述證據(jù)表明，現(xiàn)在已有大量有關(guān)鋼制揚(yáng)克缸的制造、運(yùn)行和故障排除的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

擁有10多年的經(jīng)驗(yàn)以及超過90臺的應(yīng)用，如今鋼制揚(yáng)克缸的設(shè)計(jì)技術(shù)已日益成熟，但仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

（黎的非編譯，陳海昌審校）