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造紙工業中閥門的選型原則

1 概述

造紙生產過程分為制漿和造紙兩部分。

制漿過程是將木材等含有豐富纖維的原材料經過備料、蒸煮、洗篩、漂白等工序制成可以造紙的漿料。造紙過程將由制漿部門送來的漿料經過配漿、流送、壓榨、干 燥、卷取等工序后生產出成品紙。另外堿回收部門回收制漿后排出的黑液中的堿液,以作再用。廢水處理部門是處理造紙后的廢水,使之達到國家的有關排放標準。

上述造紙生產的各個過程,都需要閥門對它的控制。

2 適用于造紙工業的閥的類型

對于造紙行業,在生產中所碰到的主要介質有:漿液、蒸汽、水、污水和黑液等。

這些介質中,除漂白工段中的漿含少量氯離子,洗篩和堿回收部門的黑液含有堿外,其它介質少有腐蝕性。在整個生產過程中上述介質在管道、容器中的壓力一般不超過 1.6MPa。所有介質中蒸汽溫度,就 1.6MPa 蒸汽來說,其飽和時溫度為 203℃。

從上述對介質性能的分析可知,用于生產中介質控制的調節閥不用專門去考慮耐高溫、高壓、抗強腐蝕、抗爆等因素,在選型和計算中也可略去諸如液體的閃蒸、阻塞以及高壓差引起的噪聲等復雜情況。這些有利于調節閥的選擇。

在其它行業應用廣泛的單座、雙座、套筒調節閥也適用于造紙行業對水、蒸汽、氣體的控制。而對于漿、黑液等的控制則普遍應用旋轉式的 V 型調節球閥、O 型控制球閥及控制碟閥,這是造紙工業的特點。

制漿造紙部門的漿液為水和纖維的混合物,它類同于液體又區別于液體。如將單、雙座閥用于漿液,由于此類閥流路較曲折,在轉角處易將漿液中的漿掛留在該處,長期下去就會堵塞閥流通通道,終使閥無法開關。即使在先期閥芯能開關,但在閥座上掛結的漿纖維使閥座、芯關閉不嚴,增加泄漏量。

球閥彌補了單、雙座閥用在漿中的不足。球閥的流路直爽暢通,不會 產生掛漿現象。它通過對球體的旋轉改變流體流通而積,使球體和閥座產生剪切作用,切斷硬物、雜物。它還具有流通量大,密封性好,流量可調范圍達 1:300 等特點。球閥中,V 型球閥用于對漿量的調節,O 型球閥用于對漿流量的開關控制。

堿回收部門的黑液既具有顆粒固體,又具有易結晶的化學藥品,所以 V、O 型球閥同樣也是很理想的控制裝置。

3 調節閥尺寸的選擇

造紙工業中的紙漿是由液體水和固體纖維相混合的二相流,它不同于純粹液體或氣體的單相流。對于單純的液體或氣體用已有的標準計算公式就可以計算出調節閥所 需的流量系數和口徑,而對于紙漿這樣的二相流,不能用標準的計算式進行計算,事實上漿液中的液體和固體不能同時簡單、準確地進行數學描述。對于這種混合液 體,芬蘭耐萊斯—詹姆斯伯雷公司做了大量的研究工作。下面結合他們的研究作一分析。

漿液不同于水,它們在不同流速下在管道中的壓損不一樣。當流速很小時壓力損失較穩定,當流速增加時壓損甚到出現一個不穩定的值。上述情況中漿液的壓損均大 于水。需要說明的是,在高速時漿液的壓力損失反而低于水的壓損。從漿液所具有的這種特性可知,用計算水的標準公式來確定漿液閥流量系數是不恰當的。過去,采用粗略的校正表明與水相比,對漿液需要較大的流量系數。

那么如何來計算漿液閥的流量系數呢?經過無數次的測量從被測數據中得出了經驗校正系數 K,它由下面方程求出:

K=Q漿/Q
式中,Q漿——漿液流量的實測值,Q——與漿液相當的水流量。

從測試結果發現,每種濃度的漿都有一組校正曲線。校正曲線見圖 1。

圖 1 校正曲線

從校正曲線可知,K 值隨壓差的增加而增加,隨紙漿濃度的增加而減小。從壓差角度看,控制閥上的壓差對校正系數 K 有極大的影響,尤其在很小的壓差時需很大的校正系數。對濃度而言,當濃度小于 2% 時,漿液狀況與水相似,濃度增到 14% 時,不同的漿種校正系數 K 在 0.3~0.6 之間。所有閥徑保持幾乎相同的數值。K 系數對在造紙生產中用的球閥、球缺閥、蝶閥等旋轉型式的閥是相同的。

從上述的測試和分析看,校正系數 K 是壓降、漿液濃度和漿液種類的函數。因此我們可以這樣來考慮對漿液控制閥的計算:

1. 當濃度低于 2% 時,漿液的狀況與水很相像,可用水的計算方式來計算漿液控制閥,無須作校正。

2. 當濃度大于 2%,根據每組漿的校正曲線查出 K。先按上面提到的 K 的公式,求出相當于漿的水流量:

Q=Q漿/K

然后用標準的液體控制閥口徑計算公式來計算。

在生產實際使用中漿的濃度,漿閥的壓差,總不可能固定不變而會有上下變化,因而讓人懷疑所選調節閥流通能力是否包容了所引起的流量變化。事實上在工程中我 們選用的為 V 型調節球閥,并在設計中根據正常工藝數據計算出的閥徑讓其開度在 60% 左右,由于該閥的可調比高達 1:300,且它具有優良的等百分比流量特性,所以盡管上述參數的變化引起所需流通能力的大小變化,但該閥還是足以適應這種變化。實際的使用也說明了這一 點。

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