劉軍杰　中國輕工業(yè)成都設計工程有限公司

高速衛(wèi)生紙機的工程設計案例

The Engineering Design Case of Highspeed Tissue Machine

劉軍杰中國輕工業(yè)成都設計工程有限公司

編者按

近年來，由于生活用紙市場容量的持續(xù)擴增，企業(yè)不斷擴大產(chǎn)能，使用的紙機也向高速、寬幅、高度自動化方向發(fā)展。新月型紙機以其技術先進、車速高、產(chǎn)能大、質量穩(wěn)定等優(yōu)勢而獲得市場青睞，成為擴產(chǎn)和紙機升級換代的主導機型。本文著重介紹幅寬5,620mm、車速2,400m/min的衛(wèi)生紙生產(chǎn)線的工程設計和相關施工圖設計。希望為工程設計人員及生產(chǎn)企業(yè)相關工藝人員提供大型衛(wèi)生紙機工程設計參考和生產(chǎn)指導。

以年產(chǎn)能6萬t的高速新月型衛(wèi)生紙機項目為例，介紹了工藝流程、系統(tǒng)特點、輔助設備選型、廠房及設備管道布置等施工圖設計，并總結了該類大型衛(wèi)生紙機工程設計的特點。

1　工藝流程

（1） 漿料制備系統(tǒng)

分為NBKP、LBKP兩個獨立的系統(tǒng)，生產(chǎn)能力均為180t/d、連續(xù)運行。NBKP系統(tǒng)配水力碎漿機、高濃除砂器、3臺雙盤磨漿機，漿料叩解后進入NBKP叩后池待配漿用；LBKP系統(tǒng)配水力碎漿機、高濃除砂器、疏解機，漿料疏解后進入LBKP叩后池待配漿用。

（2） 配漿系統(tǒng)

該紙機為雙層流漿箱結構，配漿分為毯層和網(wǎng)層，使用在線控制系統(tǒng)配漿。配漿后經(jīng)過雙盤磨漿機整飾，進入抄前漿池，雙盤磨漿機能力為252t/d（絕干漿量）。

（3） 上漿系統(tǒng)

經(jīng)過整飾后的漿料進入機外白水桶，進行漿料的稀釋，再經(jīng)沖漿泵、壓力篩（篩孔φ1.6mm）后進入流漿箱。該系統(tǒng)設計特點為：

a. 為節(jié)約能耗，流漿箱回流的漿料經(jīng)過低脈沖增壓泵直接進入沖漿泵后（壓力篩前）；

b. 在白水導流槽內安裝蒸汽加熱管，以控制漿料進流漿箱溫度在55℃，能有效提升系統(tǒng)性能；

c. 為保證上漿穩(wěn)定、平順，從低脈沖網(wǎng)前篩至流漿箱的供漿管道需要拋光處理，保證平滑，其拋光度要求為Ra=0.4μm。

（4） 損紙系統(tǒng)

紙邊、損紙經(jīng)碎漿機處理的損紙漿及機下碎漿機的出漿，均送至損紙漿塔。經(jīng)過高濃除砂器、損紙篩、損紙疏解機后進入損紙叩后槽，分別添加至網(wǎng)層、毯層配漿槽。產(chǎn)能達到6萬t/a的紙機其切邊紙量大，所以在分切段配置了旋風分離器收集紙邊；機下水力碎漿機配備雙推攪拌器；損紙漿塔設計容積350m3。

（5） 化學品系統(tǒng)

使用的化學助劑有CMC助劑（羧甲基纖維素鈉）、濕強劑、干強劑、MAP助劑（磷酸二氫銨）、烘缸剝離劑及貼缸劑、NaOH、柔軟劑、消泡劑等。

所有助劑稀釋完成后均經(jīng)過計量泵送入添加點。其中CMC及NaOH送入沖漿泵入口處、濕強劑送入抄前漿泵入口、干強劑送入抄前漿槽內、柔軟劑送入配漿泵入口、剝離劑和貼缸劑經(jīng)混合稀釋后送至烘缸接入點、MAP也送入烘缸接入點、消泡劑送入白水導流槽。白水導流槽長度約22m、寬度4.8m，設計容積260m3，白水在導流槽內流動速度相對較慢，利于空氣排出。

為提升化學品的效用，CMC及干強劑溶解槽內部均安裝蒸汽加熱管，保證溶解溫度控制在60℃；MAP溶解溫度也控制在60℃，該設計利用烘缸蒸汽冷凝水（就近取水）；因為該紙機設計車速達到2,400m/min、氣罩為燃氣高溫氣罩，烘缸運行中的溫度很高，對于烘缸用助劑的溫度穩(wěn)定性要求很高，所以，烘缸用助劑均從溫水槽引入溫水進行稀釋，以達到連續(xù)生產(chǎn)過程中的溫度穩(wěn)定控制。并且為保護烘缸，在進入溫水及送出的助劑混合液管路上均配置管道過濾器，提升液體清潔度。

（6） 真空系統(tǒng)

需要進行抽真空的點有：引紙真空吸水箱、真空壓榨輥、毛毯真空吸水箱、卷紙缸（間歇使用）。該系統(tǒng)配置的是較大型真空泵，考慮單層布置紙機的檢修空間等因素，選擇的是水環(huán)式真空泵。系統(tǒng)共配置了3臺真空度3.5MWC、抽氣量為348m3/min水環(huán)式真空泵（其中一臺變頻控制）以及1臺變頻控制的真空度4.0MWC、抽氣量為327m3/min水環(huán)式真空泵。水環(huán)式真空泵的工作效率約為30%～50%、最高真空度約為83.4×103Pa，并且其結構簡單，易于檢修維護，運行穩(wěn)定、壽命較長。

真空系統(tǒng)的管路設計同樣重要，其中較為核心的是管內流速的合理取值。本項目中，前置汽水分離器的設計流速（2.54～3.81m/s之間）要選擇較低，避免夾帶工藝流體及紙漿進入真空泵，影響真空泵的效率及使用壽命；經(jīng)后置汽水分離器后的排氣管內流速可以提高，根據(jù)經(jīng)驗取值28m/s左右，可使用管徑較小的排氣管，便于車間內管道布置。氣體流速要根據(jù)水分含量的情況調整，含水較多的吸水箱抽氣管道流速的經(jīng)驗取值為16～19m/s。工作液溫度是否穩(wěn)定、排水是否通暢對真空泵運行穩(wěn)定性有重要影響。本設計采用低位排水，將排水主管設置在管溝內，保障通暢；同時設置了工作液冷卻塔以保證工作液的穩(wěn)定溫度。在真空吸水箱的抽氣管上設計有聯(lián)通空氣的破壓管，在獲得斷紙信號后即破開真空，避免大量損紙的產(chǎn)生。

（7） 清水及噴淋系統(tǒng)和白水系統(tǒng)

衛(wèi)生紙機的清水主要用在清洗、噴淋、密封水以及化學品稀釋等，為有效控制清水用量，必須要進行白水回收利用。白水經(jīng)過多盤過濾機處理后分類循環(huán)使用。另外，該紙機使用溫水的地方主要有烘缸用助劑稀釋、真空輥的內清洗及潤滑、水針水等，溫水由蒸汽加熱清水獲得。

（8） 蒸汽系統(tǒng)

該系統(tǒng)相對于其他中小型衛(wèi)生紙機的蒸汽系統(tǒng)并沒有太大調整，原理基本一致。將送入車間的飽和蒸汽經(jīng)調壓調溫后送入紙機烘缸及其他蒸汽加熱點，烘缸冷凝水經(jīng)過一次、二次閃蒸罐后泵送至鍋爐房。但該紙機的設計車速高達2,400m/min、幅寬達5,620mm，為了保障車速的提升，該系統(tǒng)設計了一個預熱蒸汽箱，安裝在紙頁進入烘缸前，對濕紙頁進行預熱脫水，能有效提升烘干效率。

2　燃氣氣罩系統(tǒng)

本項目紙機的干燥部由蒸汽預熱箱、揚克缸和熱風氣罩組成，揚克缸直徑5,486mm。紙幅經(jīng)過真空壓榨、預熱箱和揚克缸后的干度約為43%～45%（如未設置預熱箱，干度約為40%）。對于這種寬幅、高速紙機來說，采用蒸汽氣罩無法滿足干燥要求，所以該機配置了高效燃氣熱風氣罩系統(tǒng)，見圖1。天然氣經(jīng)過燃燒器，通過燃燒風機送入氣罩的濕區(qū)及干區(qū)外側，干燥紙幅后的濕空氣從氣罩內側抽出，一部分濕空氣通過熱交換器預熱新鮮空氣后經(jīng)排風風機排空，一部分與加熱后的新鮮空氣混合后經(jīng)燃燒風機送入燃燒器。該系統(tǒng)設計2臺燃燒器，以滿足使用要求。

圖1　燃氣熱風氣罩系統(tǒng)簡圖

3　濕法除塵系統(tǒng)

紙頁在干燥過程中會產(chǎn)生大量的紙塵，對于高檔生活用紙，紙塵是一個必須要解決的問題，不單是為了產(chǎn)品品質的提升，也是出于生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定、改善工作環(huán)境、預防火災等安全的考慮。該紙機配備了一套濕法除塵系統(tǒng)，見圖2。在除塵罩、起皺刮刀下及機下碎漿機處安裝有紙塵收集器，通過風機吸入紙塵并與噴水水霧混合后，經(jīng)過分離器一并排入除塵集水槽。為了有效控制紙塵，該設計在機下碎漿機槽的頂部增加了水霧噴水器，有效地截留一部分進入碎漿機內。

圖2　濕法除塵系統(tǒng)簡圖

4　廠房及設備管道布置

碎漿車間單層廠房，長76m、寬49m，輕鋼屋頂。用于漿板堆存及碎漿。

造紙車間長218m、寬48.5m。主跨為跨度22.5m、高20.5m的單層廠房，行車軌頂標高13.6m，紙機部安裝一臺32+16t雙梁行車，復卷部安裝兩臺15+15t雙梁行車。附房寬26m，兩層廠房，設有辦公室、MCC控制室、熱風系統(tǒng)交換平臺等。

為控制投資，紙機采用單層布置，直接安裝在車間±0.0m層平面，設有深5m的沖漿泵坑及深6m的機下碎漿機坑。因為車速很高，所以紙機基礎設計時需要進行動平衡分析，以滿足高速運行時的震動要求。紙機基礎通過聯(lián)系梁及機下池形成一個整體。紙機的懸臂裝置在換網(wǎng)時會產(chǎn)生巨大的向上拉力，所以懸臂基礎也與紙機基礎連為一體，這樣在節(jié)省基礎投資的同時，也提供足夠的質量對抗向上拉力。

圖3　管廊設計示意圖

所有設備都根據(jù)物料輸送流程順序布置，使整個車間內布局流暢，便于管理。因產(chǎn)能較大，所以設備的本體及電機都較為龐大，需要充分考慮起吊檢修的便利性，及足夠的安全距離，布置宜寬敞。管道數(shù)量多且管徑大，運行中載荷較大。為了車間整潔美觀、也便于安裝，車間內設置管廊，管廊貫穿漿料制備區(qū)域及紙機區(qū)域，可承擔整個工程約70%的管道，見圖3。在非管廊區(qū)域內的管道預埋件要足夠并準確，由于單管載荷較大，需要在遺漏埋件處設置支撐，宜采用化學螺栓。

5　設計特點

該機型為目前全球幅寬最大、車速最高紙機之一，設計中有諸多區(qū)別于中小機型的地方，尤其為了滿足高車速下的穩(wěn)定運行，相關輔助系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高。該項目的設計主要特點如下：

（1）在管道設計中，加入了管道除鐵裝置，見圖4。有效降低了未除掉的金屬雜質進入磨漿機對磨片造成損壞的概率。在運行中也驗證了增加該裝置的合理性。

圖4　管道除鐵裝置示意圖

圖5　配漿槽示意圖

圖6　上漿管示意圖

（2）配漿槽的作用是充分混合各種漿料，在生產(chǎn)能力很大的情況下，增大配漿槽的容積不能保證漿料的充分混合，單一的管道在線配漿也無法保證漿料混合充分。在這個設計項目中，采用了模擬管道混合器的進漿方式，較為有效地解決了混合的問題，也有效縮小了配漿槽的容積，見圖5。與桶槽連接的母管必須切線方向，便于充分利用攪拌器的效用，其他進漿管道依次在母管兩側切線45°進入，各漿料旋轉進入母管，可達到充分混合。

（3）穩(wěn)定的上漿壓力和流量才能保證紙機運行達到高車速，所以上漿管道的設計必須要平緩，尤其是在經(jīng)過低脈沖網(wǎng)前篩后進入流漿箱的管道，這段管道需要進行拋光處理，且該段管道的每一段組成短管都要有準確的長度，見圖6。拋光管道的吊運，必須采用軟吊帶，避免碰傷。拋光管的切割采用φ100mm、φ125mm、φ150mm三種規(guī)格的砂輪切割機和手動盤式切割機，兩臺同時同步對稱切割，以防止拋光管在切割過程中造成熱變形。禁止采用等離子切割機對拋光管進行切割。拋光管的焊接采用氬弧焊打底，檢查合格后，再用手工電弧焊蓋面。焊縫打磨后要達到粗糙度小于3.8μm，檢驗：用棉花球擦過不掛纖維。

（4）生產(chǎn)過程中，車間的水蒸氣較多，上升至屋頂后凝結成水滴，如滴在網(wǎng)部及復卷部，會導致紙病，嚴重時甚至會引起斷紙。因為該紙機產(chǎn)能大，所以類似的問題導致的損失會較大且造成操作不便。所以本項目在網(wǎng)部及復卷部屋頂下設計了暖風箱（圖7），有效解決水蒸氣凝結的問題。該方案在大型紙機設計上有通用性，應納入方案設計中，需要暖通專業(yè)和結構專業(yè)配合完成。

圖7　暖風箱系統(tǒng)示意圖

（5）大型衛(wèi)生紙機因其生產(chǎn)能力大，所以漿料及其他流體輸送管道的數(shù)量多、管徑大。為了規(guī)整整個車間內的布置，需要設計管廊，形成車間內管廊通道，見圖3。

（6）毯層沖漿泵基本參數(shù)：Q=59.2m3/min、H=105m、MOTOR=2×800kW/6PFC；網(wǎng)層沖漿泵基本參數(shù)：Q=118.3m3/min、H=105m、MOTOR=2×1400kW/6PFC?？梢钥闯?，沖漿泵較大，其投資及運行費用都更高。沖漿泵進出管道的設計，顯得更為重要。需要注意的事項如下，見圖8。

a. 沖漿泵在停機后有回流的風險，管道上必須安裝止回閥，以防止介質回流對泵的沖擊，造成經(jīng)濟損失；

b. 管道安裝后應達到無應力，吸入口和輸送管一定要固定在基礎上，以保證管道的質量不會傳給沖漿泵，管道采用夾板保護；

c. 吸入管長度應盡可能短，以使管道阻力最小，吸入管應向泵端稍微傾斜；

d. 吸入管入料點應與入口法蘭有一定間距，至少為管道入口直徑的5倍，吸入口管道的直管段長度為吸入管直徑的5倍；

e. 出口管的直管段長度為出口管直徑的5倍。

（7）機下白水的量很大，保證其正常循環(huán)非常重要。該項目的機下白水系統(tǒng)設計示意圖，見圖9。

圖8　沖漿泵進、出口管道安裝示意圖

圖9　機下白水流向示意圖

機下白水系統(tǒng)設計需要注意兩個地方，一是機下坑至白水槽的預埋連接管，該連接管為自流管道，管徑及坡度均需要仔細計算，且該管道應設計獨立管溝，不應直接埋地，否則不便于檢修；二是白水槽不能設計溢流口，一旦液位不能有效控制，導致溢流，將可能出現(xiàn)較短時間淹沒地坑的可能。

6　總結

幅寬5,620mm、車速2,400m/min高速新月型衛(wèi)生紙機是目前最先進的高速、寬幅衛(wèi)生紙機，其工程設計中需要考慮的問題相對于中小機型更為復雜。設計中各個系統(tǒng)均需要全面考慮、統(tǒng)籌核算、注重細節(jié)。這樣才能確保各系統(tǒng)的正常運行，達到連續(xù)運行的生產(chǎn)目標。

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