摘要：制浆造纸装备的快速发展是支持造纸产业发展的
重要力量。受益于透平风机系统的技术进步，制造成本下降，使得现有造纸生产线真空系统的升级改造更具有可行性。景兴纸业积极引进相关技术，对各生产线的真空系统进行改造升级。本文中对PM16生产线的真空系统进行测量分析，选取单/双级变速透平风机替代水环式真空泵方案，并设计及组织实施，在经济效益和恶臭治理方面都获得了理想收益。关键词：透平风机；真空系统；节能改造 Abst rac t: T he r apid developme nt of pu lp ma k i ng a nd papermaking equipment is a significant part of the development of the paper industry. There are possibilities in the improvement of the current papermaking vacuum system which is benefiting from the technical improvement of the turbine fan system that cuts down the cost. Jingxing Paper actively introduced related techniques to implement a transformation R & D to the vacuum system of the papermaking lines. This paper measured and analyzed the vacuum system of PM16. The single/double stage variable speed turbine fan was selected to replace the water ring vacuum pump. And ideal results were obtained in terms of economic benefits and odor control through implementation.
Key words: turbine fan; vacuum system; transformation with energy saving
透平风机替代水环式真空泵的节能改造实践
⊙ 陈科 王爱其 方瑞明（浙江景兴纸业股份有限公司，浙江平湖 314214）
A practice on energy-saving transformation with substitution of turbine fan for vacuum pumps
中图分类号：TS737+.2文献标志码：B 文章编号：1007-9211(2021)02-0042-05
陈科 先生
硕士，工程师，景兴控股（马）项目组成员；长期负责流程优化及节能改造等生产管理
工作。
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第42卷第2期 2021年1月
应用于造纸机真空系统的典型设备是罗茨风机、
水环真空泵以及透平风机。罗茨风机的抽吸量小，转
动部件之间的噪音大，常应用于小型纸机。水环真空泵
结构简单，壳体和转子使用耐酸碱的球墨铸铁制造，使
用齿箱或皮带传动，可靠性高、易于维护，广泛使用于
大中型生产线[1]。透平风机的主要优点是真空度恒定，
抽吸量可变频调节，并且不需要配置真空工作液循环系
统。在选型合理的前提下，透平风机比水环真空泵等温
效率高25%～40%[2]。对浙江景兴纸业年产30万 t高强
瓦楞原纸生产线（P M16）的真空系统进行运行中的检
蒋雄达
测，水环式真空泵改造为透平风机的可行性、调试运行
和节能效益等状况加以研究阐述。
1 现状分析
1.1测量值与设计值对比
真空系统是纸机的重要配套系统之一，主要作用
是真空脱水，提高纸幅干度，纸幅转移和毛布清洁等功
能。真空系统中的部件主要包括：（1）真空脱水元件；
（2）气水分离器；（3）真空泵或风机；（4）相关管路及
滤液泵等附属设施[3]。通过使用皮托管风速计对原水环
式真空泵的各脱水元件管路进行测量，并与初始设计
值进行对比如表1和表2[4]。某次测量时的生产条件：车
速1052 m/min，定量88.5 g/m2，台时产量31.6 t/h。
1.2现状问题点分析
经过多次的测量，数据重复性好。通过现场询问调
查，查阅相关设计资料，对原真空系统的问题归纳为如
下几个方面：
（1）水环真空泵的工作液使用真空系统的白水，
表1 对各脱水元件真空度的测量值与设计值对比
序号
顶网脱水箱
转移真空箱
底网高真空箱
弧面真空箱
真空吸移辊
真空压榨辊1室
真空压榨辊2室
1压上毛布吸水箱1压下毛布吸水箱3压毛布吸水箱
测得真空度
/kPa
-
26.5
-27.0
-45.5
-56.4
-54.0
-38.0
-58.0
-32.7
-29.7
-34.4
测得风速/
(m.s-1)
19.5
26.1
16.8
18.2
20.8
19.6
14.2
15.1
20.4
12.5
设计真空度
/kPa
-20
-25
-45
-65
-65
-40
-65
-45
-45
-
45
测得抽吸量
/(m3.s-1)
0.6
0.7
2.9
5.3
2.1
2.0
1.4
3.1
2.7
1.3
设计抽吸量
个人图书馆
/(m3.s-1)
0.6
0.8
4.0
4.0
2.7
2.8
2.4
4.7
3.1
2.0
容易发生纤维结垢沉积的问题。并且补入工作液的流量
通过手动阀门控制，工作液的补入量难以准确计量和调
控。供水量不足时，水环泵抽气能力下降，真空度波动；
供水量过多时，又会增大水环泵的轴功率，严重时，甚
至烧毁电机。例如表2所示的2号真空泵，已超出电机额
定功率。
（2）受限于水环真空泵定频率控制的设计，理论
真空风量为固定值。但纸页的定量和毛毯透气度都会
影响真空风量的需求值，原系统只能被动地使用阀门
进行控制。以压榨毛毯的设计真空度需求为-45k P a
为例：在压榨毛毯的整个寿命周期内，新毛毯时透
气性高，真空风量大，泵端的真空度仅能达到-15～
-25 k P a区间，不能满足工艺需求，因此只能将毛毯真
空箱的阀门关小，以尽量使真空度接近-45 k P a。毛毯
后期时，透气度低，真空风量小，泵端的真空度甚至可
能达到接近-60 k P a，因此需要开启排空阀门，形成了
无效做功，导致能源浪费[5]。
（3）水环式真空泵的壳体和端盖容易发生气蚀损
冲动控制障碍坏及工作液温度的影响，使真空系统
未能达到铭牌设计工况。
（4）部分气水分离器效果不佳，
大量的真空滤液进入真空工作水的
过滤冷却循环系统，整个真空系统的
实际运行功率达到装机功率的90%以
上。
农村伦理小说（5）真空滤液在消音池和工作
液管路内反复循环，在厌氧环境下，
容易产生硫化氢气体，特别在消音烟
囱和开放式冷却塔区域臭味明显[6]。
图1 大型纸机真空系统能耗分布
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J X P M16瓦楞原纸生产线的真空系统，改造实施
前电耗约为69 k W .h /t纸，在大型纸机中位于中游水平，具有较大的节能空间。如图1所示。
2 透平风机方案
2.1
设备选型
大中型造纸生产线可以采用大型多级定速透平风机或小型单/双级变速透平风机的方案。多级透平风机的结构复杂、备件价格昂贵，且设备占地空间大、荷载高，故障后设备修复困难；变速透平风机轻而紧凑，使用开放式或闭式叶轮，设备结构相对简单，并且可以考虑设置备用机。为避免生产线停机造成企业经济效益影响，因此总体思路确定为：（1）选择紧凑灵活的小型透平风机；（2）保留原有气水分离器系统，并在透平风机前，加装相应的气水分离器，以保证良好的气液分离效果；（3）透平风机采用变频调速控制，以满足不同工况下的真空风量灵活控制；（4）网部真空和压榨部的真
空管路独立，以避免各单机之间相互影响；（5）原水环式真空泵部分保留，作为新真空系统的备用方案[7]。兼顾各脱水元件的分组和实测真空需求汇总后，优选四台变速透平风机组合的方案，典型参数汇总如表3所示。2.2
设备布置
为实现纸机不停产状况下实施改造，利用原一楼真空泵房内的空间及临近新建一座辅房。管路布置方面充分利用原系统的管路，将新增透平泵气水分离罐连接到原真空总管上，不再增加额外管道。在改造期间，原水环式真空泵系统仍维持正常运行。改造完成后，将原水环真空泵端入口管路的手动阀关闭。如透平风机发生故障时，水环真空泵系统仍可快速切换投入使用，减少纸机停产的风险[8]。如图2所示云线范围内。2.3
透平风机的自控描述
真空度变频调节、润滑系统控制、防喘振调节和振动监测是透平风机的几项重要控制条件。透平风机控制系统根据厂家提供的联锁条件进行设计，接入华章
表2 对各水环真空泵铭牌设计值与实际测量值对比
序号
装机功率/kW 实测功率/kW
测得抽吸量/(m 3.s -1)铭牌抽吸量/（m 3.s -1）实测与设计的差值/%
#
2
2802902.94.0-27.52001841.42.4-41.7#
6
#
1
110
941.31.4-7.1#
3
3152873.34.0-17.5#
支持向量机7
3552883.14.7-34.0#
4
2201982.12.7-22.2#
8
2201962.73.1-12.9#
5
2001682.02.8-28.6#
9
1321151.32.0-35.0#
10
3153003.54.0-12.5
图2 透平风机布置
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D C S系统，具备远程启停、调速控制、保护报警等多种功能[9]。
2.3.1启动主机条件
电动油泵运行、润滑油压＞250 k P a、润滑油温度＞30 ℃、滤液泵运行，四项条件全部满足时允许主机启动。2.3.2
润滑油站加热器启停控制
油温＜30 ℃，启动电动油泵，再启动加热器；油温＞40 ℃，加热器自动停止。2.3.3
润滑油泵控制
油压＞350 k P a，停止电动油泵，由齿轮油泵供油；油压＜250 kPa，自动启动电动油泵。2.3.4
防喘阀自动控制
防喘阀的开度状况是一个变量值，以本文中用于网部的透平风机为例：（1）主机运行中当自由侧真空度小于－47 k P a时，将防喘阀打开至30%；小于－50 k P a 时打开至50%；小于－52 k P a时打开至100%；（2）滤液罐液位>400 m m时，延时5 s报警，持续30 s后，防喘阀打开至100%，主机停机；（3）滤液泵停止时，防喘阀打开至100%，主机停机。2.3.5
振动保护
（1）电机侧振动监测；（2）转子侧振动监测；（3）润滑油温度＞25 ℃；（4）振动值＞30 μm，发出报警信号；振动值＞60 μm，持续5 s后，主机停机。
3 实施和运行总结
3.1
工程进度
本次改造工程中，设备主机供货期16周。在此期间内，需组织配套的动力系统采购、管路及平面布置图设计、设备基础和土建工程。利用每次计划停机的时间，
表3 各脱水元件对应的透平风机分组汇总
4.2
5.3 3.59.1
顶网和底网真空脱水箱弧面真空箱
真空压榨辊2室和真空吸移辊
真空压榨辊1室和所有毛布吸水箱
1234
5.0
6.03.3 10.6
-30～-45-60～-65-60～-65-40～-50
220435270504
315500355630
将设计中与原系统管路的连接管预制完成。待主机设备到货后，即可进行正式安装和管路碰接施工。改造工程在设备订货6个月后顺利投入运行。工程进度如表4所示。3.2
调试运行
3.2.1启动前检查
（1）检查透平风机吸入侧管路上的保护滤网妥善安装，防止系统内
异物带入，造成设备损坏。
（2）
检查润滑油系统油位刻度、油品质量正常。开启润滑油泵，油压和温度符合开机条件。前置滤液泵开
启。
（3）主机启动前，检查风机吸入侧和排风侧的阀门开启，防喘阀自动控制（预设开度80%），纸机各真空管线的阀门处于预设开度。如果在阀门关闭状态下启动，将可能造成设备喘振损坏。3.2.2
运行中检查
（1）主机正常运行后，检查各系统处于自动控制状态，经常检查各控制画面。
（2）正常运行时，主电机电流波动在±2%范围以内。当电流在此范围以外出现波动时，也意味着主机喘振发生，需要操作员适时干预调整；特别在断纸、定量、脱水工艺发生时，更需要引起注意。
（3）检查前置气液分离罐液位、振动值、油压和温度正常。
（4）当真空度和风量未达到目标值时，着重检查滤网是否堵塞和滤液分离效果，在停机时检查叶轮和盖板间隙。
透平风机正常运行中的画面实例参见图3。
表4 透平风机改造工程进度
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3.2.3
维护保养
（1）配合生产线计划检修时，每2个月左右检查和清洗过滤网，保证过滤网清洁完好、不能有破损。
（2）生产线计划检修时，排前置滤液罐，拆洗滤液罐的磁性浮子液位计，检查滤液泵各部件是否良好。
（3）定期清洗和更换油滤芯，对润滑油品化验，视情况补油及定期更换。
（4）当转子振动值持续增大时，停机打开主机，检查叶轮结垢、轴承状态，必要时联轴器重新对中[10]。如存有结垢，可使用高压清洗水进行清洗，严禁使用硬物刮蹭或腐蚀性化学品清洗。
4 改造效益分析
4.1电能对比
原10台水环真空泵的运行功率约为2230 k W，4台透平风机的运行功率约为1530 k W，电能同比节约700 k W。通常纸机的年生产天数约为330 d ，电
能平均单价按0.57 元/k W .h 计算。实际功率节约=700 k W×330 d×24 h =5,544,000 k W .h /a 。经计算，该瓦楞原纸纸机的真空系统优化前电耗约为
69 k W .h/t纸，优化后电耗约为46 k W .h/t纸，电耗下降33.3%，电费节约产生经济效益约为316万元/a；真空系统由水环式真空泵改造为透平风机系统前后的功率对比见表5。4.2
投资收益
改造项目总投资约为700万元，静态投资回收期少于24个月，经济效益可观。透平风机主机不需使用密封水，对清水用量有所节约[11]。并且原水环式真空泵的地下消音池、开放式冷却塔系统全部停用，此处产生的硫化氢气体污染问题也得以根治。
5 结束语
该生产线由透平风机替代水环式真空泵以后，真空系统的能耗下降达33.3%，达到改造预期效果，经济和社会效益可观。高速透平风机的叶轮转速超过15,000 r/m i n以上，更需合理操作和精密维护，保障长
期稳定运行。
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[收稿日期:2020-07-20]
图3 透平风机运行画面实例
表5 真空系统由水环真空泵改造为透平风机前后的功率
对比
2347
2230
1800
1530
慧莲功46
第42卷第2期 2021年1月
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