高速卫生纸机的工程设计案例

刘军杰　中国轻工业成都设计工程有限公司

高速卫生纸机的工程设计案例

The Engineering Design Case of Highspeed Tissue Machine

刘军杰中国轻工业成都设计工程有限公司

编者按

近年来，由于生活用纸市场容量的持续扩增，企业不断扩大产能，使用的纸机也向高速、宽幅、高度自动化方向发展。新月型纸机以其技术先进、车速高、产能大、质量稳定等优势而获得市场青睐，成为扩产和纸机升级换代的主导机型。本文着重介绍幅宽5,620mm、车速2,400m/min的卫生纸生产线的工程设计和相关施工图设计。希望为工程设计人员及生产企业相关工艺人员提供大型卫生纸机工程设计参考和生产指导。

以年产能6万t的高速新月型卫生纸机项目为例，介绍了工艺流程、系统特点、辅助设备选型、厂房及设备管道布置等施工图设计，并总结了该类大型卫生纸机工程设计的特点。

1　工艺流程

（1） 浆料制备系统

分为NBKP、LBKP两个独立的系统，生产能力均为180t/d、连续运行。NBKP系统配水力碎浆机、高浓除砂器、3台双盘磨浆机，浆料叩解后进入NBKP叩后池待配浆用；LBKP系统配水力碎浆机、高浓除砂器、疏解机，浆料疏解后进入LBKP叩后池待配浆用。

（2） 配浆系统

该纸机为双层流浆箱结构，配浆分为毯层和网层，使用在线控制系统配浆。配浆后经过双盘磨浆机整饰，进入抄前浆池，双盘磨浆机能力为252t/d（绝干浆量）。

（3） 上浆系统

经过整饰后的浆料进入机外白水桶，进行浆料的稀释，再经冲浆泵、压力筛（筛孔φ1.6mm）后进入流浆箱。该系统设计特点为：

a. 为节约能耗，流浆箱回流的浆料经过低脉冲增压泵直接进入冲浆泵后（压力筛前）；

b. 在白水导流槽内安装蒸汽加热管，以控制浆料进流浆箱温度在55℃，能有效提升系统性能；

c. 为保证上浆稳定、平顺，从低脉冲网前筛至流浆箱的供浆管道需要抛光处理，保证平滑，其抛光度要求为Ra=0.4μm。

（4） 损纸系统

纸边、损纸经碎浆机处理的损纸浆及机下碎浆机的出浆，均送至损纸浆塔。经过高浓除砂器、损纸筛、损纸疏解机后进入损纸叩后槽，分别添加至网层、毯层配浆槽。产能达到6万t/a的纸机其切边纸量大，所以在分切段配置了旋风分离器收集纸边；机下水力碎浆机配备双推搅拌器；损纸浆塔设计容积350m³。

（5） 化学品系统

使用的化学助剂有CMC助剂（羧甲基纤维素钠）、湿强剂、干强剂、MAP助剂（磷酸二氢铵）、烘缸剥离剂及贴缸剂、NaOH、柔软剂、消泡剂等。

所有助剂稀释完成后均经过计量泵送入添加点。其中CMC及NaOH送入冲浆泵入口处、湿强剂送入抄前浆泵入口、干强剂送入抄前浆槽内、柔软剂送入配浆泵入口、剥离剂和贴缸剂经混合稀释后送至烘缸接入点、MAP也送入烘缸接入点、消泡剂送入白水导流槽。白水导流槽长度约22m、宽度4.8m，设计容积260m³，白水在导流槽内流动速度相对较慢，利于空气排出。

为提升化学品的效用，CMC及干强剂溶解槽内部均安装蒸汽加热管，保证溶解温度控制在60℃；MAP溶解温度也控制在60℃，该设计利用烘缸蒸汽冷凝水（就近取水）；因为该纸机设计车速达到2,400m/min、气罩为燃气高温气罩，烘缸运行中的温度很高，对于烘缸用助剂的温度稳定性要求很高，所以，烘缸用助剂均从温水槽引入温水进行稀释，以达到连续生产过程中的温度稳定控制。并且为保护烘缸，在进入温水及送出的助剂混合液管路上均配置管道过滤器，提升液体清洁度。

（6） 真空系统

需要进行抽真空的点有：引纸真空吸水箱、真空压榨辊、毛毯真空吸水箱、卷纸缸（间歇使用）。该系统配置的是较大型真空泵，考虑单层布置纸机的检修空间等因素，选择的是水环式真空泵。系统共配置了3台真空度3.5MWC、抽气量为348m3/min水环式真空泵（其中一台变频控制）以及1台变频控制的真空度4.0MWC、抽气量为327m3/min水环式真空泵。水环式真空泵的工作效率约为30%～50%、最高真空度约为83.4×10³Pa，并且其结构简单，易于检修维护，运行稳定、寿命较长。

真空系统的管路设计同样重要，其中较为核心的是管内流速的合理取值。本项目中，前置汽水分离器的设计流速（2.54～3.81m/s之间）要选择较低，避免夹带工艺流体及纸浆进入真空泵，影响真空泵的效率及使用寿命；经后置汽水分离器后的排气管内流速可以提高，根据经验取值28m/s左右，可使用管径较小的排气管，便于车间内管道布置。气体流速要根据水分含量的情况调整，含水较多的吸水箱抽气管道流速的经验取值为16～19m/s。工作液温度是否稳定、排水是否通畅对真空泵运行稳定性有重要影响。本设计采用低位排水，将排水主管设置在管沟内，保障通畅；同时设置了工作液冷却塔以保证工作液的稳定温度。在真空吸水箱的抽气管上设计有联通空气的破压管，在获得断纸信号后即破开真空，避免大量损纸的产生。

（7） 清水及喷淋系统和白水系统

卫生纸机的清水主要用在清洗、喷淋、密封水以及化学品稀释等，为有效控制清水用量，必须要进行白水回收利用。白水经过多盘过滤机处理后分类循环使用。另外，该纸机使用温水的地方主要有烘缸用助剂稀释、真空辊的内清洗及润滑、水针水等，温水由蒸汽加热清水获得。

（8） 蒸汽系统

该系统相对于其他中小型卫生纸机的蒸汽系统并没有太大调整，原理基本一致。将送入车间的饱和蒸汽经调压调温后送入纸机烘缸及其他蒸汽加热点，烘缸冷凝水经过一次、二次闪蒸罐后泵送至锅炉房。但该纸机的设计车速高达2,400m/min、幅宽达5,620mm，为了保障车速的提升，该系统设计了一个预热蒸汽箱，安装在纸页进入烘缸前，对湿纸页进行预热脱水，能有效提升烘干效率。

2　燃气气罩系统

本项目纸机的干燥部由蒸汽预热箱、扬克缸和热风气罩组成，扬克缸直径5,486mm。纸幅经过真空压榨、预热箱和扬克缸后的干度约为43%～45%（如未设置预热箱，干度约为40%）。对于这种宽幅、高速纸机来说，采用蒸汽气罩无法满足干燥要求，所以该机配置了高效燃气热风气罩系统，见图1。天然气经过燃烧器，通过燃烧风机送入气罩的湿区及干区外侧，干燥纸幅后的湿空气从气罩内侧抽出，一部分湿空气通过热交换器预热新鲜空气后经排风风机排空，一部分与加热后的新鲜空气混合后经燃烧风机送入燃烧器。该系统设计2台燃烧器，以满足使用要求。

图1　燃气热风气罩系统简图

3　湿法除尘系统

纸页在干燥过程中会产生大量的纸尘，对于高档生活用纸，纸尘是一个必须要解决的问题，不单是为了产品品质的提升，也是出于生产系统稳定、改善工作环境、预防火灾等安全的考虑。该纸机配备了一套湿法除尘系统，见图2。在除尘罩、起皱刮刀下及机下碎浆机处安装有纸尘收集器，通过风机吸入纸尘并与喷水水雾混合后，经过分离器一并排入除尘集水槽。为了有效控制纸尘，该设计在机下碎浆机槽的顶部增加了水雾喷水器，有效地截留一部分进入碎浆机内。

图2　湿法除尘系统简图

4　厂房及设备管道布置

碎浆车间单层厂房，长76m、宽49m，轻钢屋顶。用于浆板堆存及碎浆。

造纸车间长218m、宽48.5m。主跨为跨度22.5m、高20.5m的单层厂房，行车轨顶标高13.6m，纸机部安装一台32+16t双梁行车，复卷部安装两台15+15t双梁行车。附房宽26m，两层厂房，设有办公室、MCC控制室、热风系统交换平台等。

为控制投资，纸机采用单层布置，直接安装在车间±0.0m层平面，设有深5m的冲浆泵坑及深6m的机下碎浆机坑。因为车速很高，所以纸机基础设计时需要进行动平衡分析，以满足高速运行时的震动要求。纸机基础通过联系梁及机下池形成一个整体。纸机的悬臂装置在换网时会产生巨大的向上拉力，所以悬臂基础也与纸机基础连为一体，这样在节省基础投资的同时，也提供足够的质量对抗向上拉力。

图3　管廊设计示意图

所有设备都根据物料输送流程顺序布置，使整个车间内布局流畅，便于管理。因产能较大，所以设备的本体及电机都较为庞大，需要充分考虑起吊检修的便利性，及足够的安全距离，布置宜宽敞。管道数量多且管径大，运行中载荷较大。为了车间整洁美观、也便于安装，车间内设置管廊，管廊贯穿浆料制备区域及纸机区域，可承担整个工程约70%的管道，见图3。在非管廊区域内的管道预埋件要足够并准确，由于单管载荷较大，需要在遗漏埋件处设置支撑，宜采用化学螺栓。

5　设计特点

该机型为目前全球幅宽最大、车速最高纸机之一，设计中有诸多区别于中小机型的地方，尤其为了满足高车速下的稳定运行，相关辅助系统的稳定性要求较高。该项目的设计主要特点如下：

（1）在管道设计中，加入了管道除铁装置，见图4。有效降低了未除掉的金属杂质进入磨浆机对磨片造成损坏的概率。在运行中也验证了增加该装置的合理性。

图4　管道除铁装置示意图

图5　配浆槽示意图

图6　上浆管示意图

（2）配浆槽的作用是充分混合各种浆料，在生产能力很大的情况下，增大配浆槽的容积不能保证浆料的充分混合，单一的管道在线配浆也无法保证浆料混合充分。在这个设计项目中，采用了模拟管道混合器的进浆方式，较为有效地解决了混合的问题，也有效缩小了配浆槽的容积，见图5。与桶槽连接的母管必须切线方向，便于充分利用搅拌器的效用，其他进浆管道依次在母管两侧切线45°进入，各浆料旋转进入母管，可达到充分混合。

（3）稳定的上浆压力和流量才能保证纸机运行达到高车速，所以上浆管道的设计必须要平缓，尤其是在经过低脉冲网前筛后进入流浆箱的管道，这段管道需要进行抛光处理，且该段管道的每一段组成短管都要有准确的长度，见图6。抛光管道的吊运，必须采用软吊带，避免碰伤。抛光管的切割采用φ100mm、φ125mm、φ150mm三种规格的砂轮切割机和手动盘式切割机，两台同时同步对称切割，以防止抛光管在切割过程中造成热变形。禁止采用等离子切割机对抛光管进行切割。抛光管的焊接采用氩弧焊打底，检查合格后，再用手工电弧焊盖面。焊缝打磨后要达到粗糙度小于3.8μm，检验：用棉花球擦过不挂纤维。

（4）生产过程中，车间的水蒸气较多，上升至屋顶后凝结成水滴，如滴在网部及复卷部，会导致纸病，严重时甚至会引起断纸。因为该纸机产能大，所以类似的问题导致的损失会较大且造成操作不便。所以本项目在网部及复卷部屋顶下设计了暖风箱（图7），有效解决水蒸气凝结的问题。该方案在大型纸机设计上有通用性，应纳入方案设计中，需要暖通专业和结构专业配合完成。

图7　暖风箱系统示意图

（5）大型卫生纸机因其生产能力大，所以浆料及其他流体输送管道的数量多、管径大。为了规整整个车间内的布置，需要设计管廊，形成车间内管廊通道，见图3。

（6）毯层冲浆泵基本参数：Q=59.2m³/min、H=105m、MOTOR=2×800kW/6PFC；网层冲浆泵基本参数：Q=118.3m³/min、H=105m、MOTOR=2×1400kW/6PFC。可以看出，冲浆泵较大，其投资及运行费用都更高。冲浆泵进出管道的设计，显得更为重要。需要注意的事项如下，见图8。

a. 冲浆泵在停机后有回流的风险，管道上必须安装止回阀，以防止介质回流对泵的冲击，造成经济损失；

b. 管道安装后应达到无应力，吸入口和输送管一定要固定在基础上，以保证管道的质量不会传给冲浆泵，管道采用夹板保护；

c. 吸入管长度应尽可能短，以使管道阻力最小，吸入管应向泵端稍微倾斜；

d. 吸入管入料点应与入口法兰有一定间距，至少为管道入口直径的5倍，吸入口管道的直管段长度为吸入管直径的5倍；

e. 出口管的直管段长度为出口管直径的5倍。

（7）机下白水的量很大，保证其正常循环非常重要。该项目的机下白水系统设计示意图，见图9。

图8　冲浆泵进、出口管道安装示意图

图9　机下白水流向示意图

机下白水系统设计需要注意两个地方，一是机下坑至白水槽的预埋连接管，该连接管为自流管道，管径及坡度均需要仔细计算，且该管道应设计独立管沟，不应直接埋地，否则不便于检修；二是白水槽不能设计溢流口，一旦液位不能有效控制，导致溢流，将可能出现较短时间淹没地坑的可能。

6　总结

幅宽5,620mm、车速2,400m/min高速新月型卫生纸机是目前最先进的高速、宽幅卫生纸机，其工程设计中需要考虑的问题相对于中小机型更为复杂。设计中各个系统均需要全面考虑、统筹核算、注重细节。这样才能确保各系统的正常运行，达到连续运行的生产目标。

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