Anders Leandersson 維美德

ViscoNip軟靴壓
——傳統(tǒng)干法起皺衛(wèi)生紙機(jī)中靈活的壓榨方式

Anders Leandersson 維美德

ViscoNipTM軟靴壓技術(shù)在2006年引入市場，經(jīng)過持續(xù)研發(fā)，目前已經(jīng)開始使用第三代技術(shù)，市場上已有超過20臺的運(yùn)行案例。ViscoNip軟靴壓是傳統(tǒng)干法起皺衛(wèi)生紙機(jī)中最靈活的壓榨方式，可在較寬的范圍內(nèi)改變線壓力大小，并使紙機(jī)橫幅保持均勻的壓力分布。在不同的線壓力條件下，都能獲得均勻的橫幅水分。

如今干燥能耗變得非常重要，將來會更凸顯。ViscoNip能夠在不同壓榨強(qiáng)度下靈活運(yùn)行，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本。對于要求高松厚度、高柔軟度的高品質(zhì)紙種，可通過提高加載壓力從而減少干燥能耗來降低生產(chǎn)成本。

本文簡要介紹了ViscoNip軟靴壓技術(shù)，并使用商業(yè)紙機(jī)上的運(yùn)行數(shù)據(jù)闡述了如何利用軟靴壓的靈活性。

ViscoNip軟靴壓概述

ViscoNip軟靴壓配置（見圖1）包括貼合揚(yáng)克缸的靴壓輥和一個脫水用的真空輥。它可用于新建項目或改造項目，目前國內(nèi)的應(yīng)用全部是新建項目。軟靴壓的優(yōu)點(diǎn)在于其壓榨的線壓力范圍大，不管揚(yáng)克缸如何變形，也能保持均勻的橫幅壓力曲線。

靴壓內(nèi)部通過壓縮空氣加壓起到兩個作用：保證靴套的圓度，同時也能在低車速下防止?jié)櫥驮谂趴拯c(diǎn)處泄漏。當(dāng)ViscoNip軟靴壓開始加載時，大多數(shù)潤滑油將從壓區(qū)前的托盤處流出，被噴射到靴套內(nèi)表面。

圖1 ViscoNip軟靴壓配置

ViscoNip軟靴壓單元包括帶有液壓加載腔的聚氨酯靴板，使靴輥對揚(yáng)克缸表面的加壓十分均勻。這些加載腔沿紙機(jī)橫向平行布置。ViscoNip軟靴壓能夠完整貼合揚(yáng)克缸殼體表面（圖2），制造均勻的寬壓區(qū)，通常在80～150 kN/m之間，不存在任何中高問題。如果采用傳統(tǒng)真空輥或傳統(tǒng)的硬靴壓，則必須要在特定的線壓力下運(yùn)行。

圖2 軟靴壓與揚(yáng)克缸的貼合

如圖3所示，真空輥的峰值壓力一般在2.5MPa左右，而軟靴壓輥可以自由調(diào)節(jié)，峰值壓力2.5～4.5MPa。因此使用軟靴壓技術(shù)，提高線壓力可持續(xù)提高壓后干度，較普通真空輥紙頁干度提高40%。不同紙種可以進(jìn)行不同的設(shè)定，操作人員只需要在紙機(jī)操作窗口改變運(yùn)行參數(shù)就可以調(diào)節(jié)線壓力和峰值壓力。有的紙不需要高松厚度，其出壓榨干度就可以設(shè)得高一些，以節(jié)省干燥能源。

圖3 ViscoNip和真空輥峰值壓力與紙頁干度的關(guān)系

圖4是ViscoNip靴輥的橫截面，演示了兩腔設(shè)計的ViscoNip軟靴壓在加載和卸載的情況，左邊是未加壓的狀態(tài)。線壓力由靴板向揚(yáng)克缸方向膨脹產(chǎn)生，線壓力的大小，由靴板內(nèi)的液壓油決定。這兩個腔之間的油壓比，可以自由調(diào)節(jié)，取決于紙頁需要獲得的物理特性。通過改變結(jié)合在操作系統(tǒng)中的自動化控制參數(shù)就能實(shí)現(xiàn)。

線壓力是靴板壓向揚(yáng)克缸的全部作用力，也是壓力曲線中的全部作用力。使用ViscoNip軟靴壓，可以在壓力曲線的末端獲得高峰值壓力，也可以獲得很高的壓力降以減少紙頁回濕。生產(chǎn)低定量紙張如生活用紙時，壓區(qū)內(nèi)的峰值壓力是影響壓后干度的重要因素。

圖4 軟靴壓的多腔運(yùn)行原理

高線壓力和更高的二號腔液壓力，可獲得高峰值壓力。在某一固定的線壓力下，加載腔之間壓力分布和加載比例都可以通過改變參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而微調(diào)壓力曲線，優(yōu)化紙頁質(zhì)量和干燥能耗。圖5演示了150kN/m和90kN/m兩種線壓力的情況，每種線壓力有3種不同的壓力分布曲線。峰值壓力從2～5MPa不等。這種不同的曲線都可在操作過程中方便地調(diào)整。而真空輥的峰值壓力一般設(shè)定在2.5MPa左右。

圖5 壓力分布曲線

ViscoNip軟靴壓的發(fā)展

發(fā)展ViscoNip軟靴壓的一個動力是解決傳統(tǒng)靴壓應(yīng)用的問題同時保持靴壓的優(yōu)勢。硬靴壓技術(shù)在ViscoNip軟靴壓之前的幾年就引入到生產(chǎn)中。同真空輥相比，硬靴壓的壓后干度提高，干燥能耗下降，但松厚度有損失。帶金屬靴板的普通硬靴壓剛度高，和揚(yáng)克缸的貼合有限。由于壓區(qū)不均衡，運(yùn)行過程中通常伴隨有毛毯和靴套壽命低等問題。

而在幾個ViscoNip軟靴壓應(yīng)用中，都能看到非常均勻的橫幅壓區(qū)，因此橫幅出壓榨干度和橫幅卷取水分非常均勻，這對提高紙機(jī)運(yùn)行性能和效率非常重要。由ViscoNip軟靴壓創(chuàng)造的良好壓榨條件帶來了均勻的噴涂效果和起皺效果。噴涂和起皺工藝對于產(chǎn)品質(zhì)量很重要，這些因素都可以提高松厚度和柔軟度。均勻的壓榨還將延長毛毯的使用壽命。

ViscoNip軟靴壓的進(jìn)一步發(fā)展，將更多地集中在提高壓后干度以降低干燥能耗方面。能耗問題目前已經(jīng)是大多數(shù)客戶的頭等大事。升級后的ViscoNip軟靴壓在2013年春季投入市場。根據(jù)市場反饋，有的客戶需要在第二個靴腔處獲得更高的峰值壓力，來提高出壓榨干度，所以我們使用這種兩腔的設(shè)計比三腔的設(shè)計更容易達(dá)到高峰值壓力。兩腔設(shè)計的軟靴壓，壓區(qū)長度比三腔軟靴壓更短，它們加載的原理相同，但靴板的設(shè)計和材料略有不同。

壓后干度主要取決于壓榨區(qū)間內(nèi)的峰值壓力。使用兩腔ViscoNip軟靴壓，可在相同的線壓力下獲得更高的峰值壓力，與早期技術(shù)相比，可獲得更高的壓后干度。在操作工作中，可通過調(diào)節(jié)線壓力和加載比例，平衡能耗和紙張質(zhì)量，優(yōu)化產(chǎn)品。

案例分析

● 干度和節(jié)能

配有兩腔ViscoNip軟靴壓的商業(yè)紙機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，驗(yàn)證了中試紙機(jī)上的壓后干度數(shù)值。圖6中的數(shù)據(jù)采自2013年春季開機(jī)的DCT200型衛(wèi)生紙機(jī)，生產(chǎn)定量14.7g/m2、起皺率為18%的衛(wèi)生紙，車速為1,800m/min，在150kN/m的線壓力下，壓后干度可達(dá)到47%；當(dāng)調(diào)整軟靴壓和揚(yáng)克缸之間的線壓力至130kN/m時，橫幅壓后干度曲線仍能保持非常均勻的狀態(tài)，壓后干度高于45%，與傳統(tǒng)真空輥的典型壓后干度40%相比，使用軟靴壓后干度可提高約5～7個百分點(diǎn)。

圖7所示為卷取紙幅所測的水分變化，紙機(jī)運(yùn)行速度為1,900m/min，紙頁定量為16g/m2，從實(shí)際檢測數(shù)據(jù)可以看到橫幅水分均勻分布在5.5%～6.5%之間，上下浮動不超過0.8%，能夠保證良好的運(yùn)行性能和紙頁質(zhì)量。

圖6 ViscoNip不同壓榨條件對成紙干度的影響

圖7 卷取處橫幅水分

● 抗張指數(shù)

大多數(shù)衛(wèi)生紙機(jī)能夠生產(chǎn)各種生活用紙原紙，從標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。對于優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，紙頁質(zhì)量很重要；對于更多的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，產(chǎn)能和成本更重要。而無論哪種產(chǎn)品，生產(chǎn)商最關(guān)注的是以最經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。成本構(gòu)成的兩個主要方面是纖維和能源。ViscoNip軟靴壓就是以靈活的壓榨方式優(yōu)化生產(chǎn)的成本和效率。

隨著壓榨強(qiáng)度的提高，不僅紙張干度提高，紙頁質(zhì)量也會受影響。生活用紙生產(chǎn)商都清楚，提高線壓力會降低松厚度，提高抗張強(qiáng)度。

如下數(shù)據(jù)采集自DCT200衛(wèi)生紙機(jī)的實(shí)際使用案例，生產(chǎn)定量14.8g/m2，起皺率23%的衛(wèi)生紙，車速1,850m/min。試驗(yàn)進(jìn)行了5h，以100kN/m、125kN/m、150kN/m的線壓力分別生產(chǎn)了2個原紙母卷，一共6個母卷。

唯一的調(diào)整是在氣罩的干燥上，以保持卷取處水分為7%。圖8－9表明了線壓力對抗張指數(shù)、松厚度以及干度的影響。

圖8可以看到，線壓力從100kN/m增加到150kN/m，這部分增加的線壓力使縱橫向乘積抗張指數(shù)提高了8%，這是有益的，意味著在達(dá)到相同的強(qiáng)度要求下，通過提高線壓力可以節(jié)約磨漿能耗。

● 松厚度

從圖9可以看到，線壓力從100kN/m提高到150kN/m，壓后干度從41%提高到超過45%，而如果使用普通真空輥，最終的壓后干度可以提高5%。再看看松厚度的變化，將線壓力提高到125kN/m，帶來的僅僅是微小的松厚度的損失。甚至將線壓力提高到150kN/m，最終松厚度指標(biāo)也會和90kN/m普通真空輥壓榨時的松厚度值一樣或更高。

圖8 不同線壓力對抗張指數(shù)平方的影響

● 節(jié)能

節(jié)能效果可以用減少的蒸發(fā)水量來計算驗(yàn)證。

在毛毯生命周期內(nèi)，ViscoNip軟靴壓的平均壓后干度為45%，而真空輥為40%，那么以車速為1,900m/min的DCT200衛(wèi)生紙機(jī)為例，生產(chǎn)定量14.8g/m2、起皺率22%的產(chǎn)品，天然氣價格為3元/m3，蒸汽價格200元/t，每年開機(jī)時間按350天計算，卷取水分為6%。使用普通的真空輥，出壓榨干度達(dá)到40%，而使用ViscoNip靴壓，出壓榨干度可以達(dá)到45%，更高的出壓榨干度意味著每年可少蒸發(fā)水1.75萬t，也就是節(jié)能16,890MWh，相當(dāng)于每噸紙節(jié)約87元，一年可節(jié)約549萬元。

● 靴套和毛毯的壽命

從多臺ViscoNip軟靴壓紙機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)上，我們已經(jīng)獲得了關(guān)于紙機(jī)毛毯壽命的知識。均勻的壓榨區(qū)間是延長靴套和毛毯使用壽命的重要因素。

圖9 不同線壓力對干度和松厚度的影響

與真空輥相比，軟靴壓使用的是傳統(tǒng)毛毯，使用壽命沒有太大差異，在60～70天左右。

當(dāng)ViscoNip軟靴壓被引入市場時，靴套的預(yù)期壽命是5～6個月。實(shí)際情況超出了我們的預(yù)期，計算結(jié)果表明可以達(dá)到10～12個月。絕大多數(shù)經(jīng)驗(yàn)來自Valmet織物和Albany織物的靴套。有一些靴套的運(yùn)行已經(jīng)超過了12個月，靴套壽命紀(jì)錄出現(xiàn)在一臺高速DCT200衛(wèi)生紙機(jī)上，為513天，該靴套在一次計劃停機(jī)中才被換下，它使用的是一套Valmet織物的BlackBeltTM產(chǎn)品。

結(jié)論

ViscoNip軟靴壓的靈活性為產(chǎn)品質(zhì)量的提高和產(chǎn)品成本的優(yōu)化提供了可能。提高產(chǎn)品質(zhì)量并優(yōu)化生產(chǎn)成本，可通過如下潛在方式獲得：

● 減少纖維成本：減少線壓力，可提高松厚度并帶來潛在的纖維節(jié)約。在高線壓力下，使用更多的短纖也能滿足抗張強(qiáng)度的要求，同時獲得更好的柔軟度。

● 減少能耗：提高線壓力，可提高壓后干度并降低干燥能耗。在高線壓力下，降低打漿度也能達(dá)到抗張強(qiáng)度的要求。節(jié)約電耗，同時保持低干燥能耗。降低打漿度，能在一定程度上提高松厚度和柔軟度。

（張凱譯，鐘穎整理）