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摘要：介紹了供造紙工業(yè)設(shè)計(jì)中選用的調(diào)節(jié)閥種類(lèi)和特性，分析了紙漿濃度、品種和調(diào)節(jié)閥壓差對(duì)流量系數(shù)的影響，從而確定所選調(diào)節(jié)閥的流量校正系數(shù)。

1 概述

造紙生產(chǎn)過(guò)程分為制漿和造紙兩部分。

制漿過(guò)程是將木材等含有豐富纖維的原材料經(jīng)過(guò)備料、蒸煮、洗篩、漂白等工序制成可以造紙的漿料。造紙過(guò)程將由制漿部門(mén)送來(lái)的漿料經(jīng)過(guò)配漿、流送、壓榨、干燥、卷取等工序后生產(chǎn)出成品紙。另外堿回收部門(mén)回收制漿后排出的黑液中的堿液，以作再用。廢水處理部門(mén)是處理造紙后的廢水，使之達(dá)到國(guó)家的有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

上述造紙生產(chǎn)的各個(gè)過(guò)程，都少不了調(diào)節(jié)閥對(duì)它的控制。

2 適用于造紙工業(yè)的閥的類(lèi)型

對(duì)于造紙行業(yè)，在生產(chǎn)中所碰到的主要介質(zhì)有：漿液、蒸汽、水、污水和黑液等。

這些介質(zhì)中，除漂白工段中的漿含少量氯離子，洗篩和堿回收部門(mén)的黑液含有堿外，其它介質(zhì)少有腐蝕性。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中上述介質(zhì)在管道、容器中的壓力一般不超過(guò) 1.6MPa。所有介質(zhì)中蒸汽溫度最高，就 1.6MPa 蒸汽來(lái)說(shuō)，其飽和時(shí)溫度為 203℃。

從上述對(duì)介質(zhì)性能的分析可知，用于生產(chǎn)中介質(zhì)控制的調(diào)節(jié)閥不用專(zhuān)門(mén)去考慮耐高溫、高壓、抗強(qiáng)腐蝕、抗爆等因素，在選型和計(jì)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(fù)雜情況。這些有利于調(diào)節(jié)閥的選擇。

在其它行業(yè)應(yīng)用廣泛的單座、雙座、套筒調(diào)節(jié)閥也適用于造紙行業(yè)對(duì)水、蒸汽、氣體的控制。而對(duì)于漿、黑液等的控制則普遍應(yīng)用旋轉(zhuǎn)式的 V 型調(diào)節(jié)球閥、O 型控制球閥及控制碟閥，這是造紙工業(yè)的特點(diǎn)。

制漿造紙部門(mén)的漿液為水和纖維的混合物，它類(lèi)同于液體又區(qū)別于液體。如將單、雙座閥用于漿液，由于此類(lèi)閥流路較曲折，在轉(zhuǎn)角處易將漿液中的漿掛留在該處，長(zhǎng)期下去就會(huì)堵塞閥流通通道，最終使閥無(wú)法開(kāi)關(guān)。即使在先期閥芯能開(kāi)關(guān)，但在閥座上掛結(jié)的漿纖維使閥座、芯關(guān)閉不嚴(yán)，增加泄漏量。

球閥彌補(bǔ)了單、雙座閥用在漿中的不足。球閥的流路直爽暢通，不會(huì)產(chǎn)生掛漿現(xiàn)象。它通過(guò)對(duì)球體的旋轉(zhuǎn)改變流體流通而積，使球體和閥座產(chǎn)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(diào)范圍達(dá) 1:300 等特點(diǎn)。球閥中，V 型球閥用于對(duì)漿量的調(diào)節(jié)，O 型球閥用于對(duì)漿流量的開(kāi)關(guān)控制。

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

3 調(diào)節(jié)閥尺寸的選擇

造紙工業(yè)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(duì)于單純的液體或氣體用已有的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式就可以計(jì)算出調(diào)節(jié)閥所需的流量系數(shù)和口徑，而對(duì)于紙漿這樣的二相流，不能用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算，事實(shí)上漿液中的液體和固體不能同時(shí)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。對(duì)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(jié)合他們的研究作一分析。

漿液不同于水，它們?cè)诓煌魉傧略诠艿乐械膲簱p不一樣。當(dāng)流速很小時(shí)壓力損失較穩(wěn)定，當(dāng)流速增加時(shí)壓損甚至出現(xiàn)一個(gè)不穩(wěn)定的值。上述情況中漿液的壓損均大于水。需要說(shuō)明的是，在高速時(shí)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(jì)算水的標(biāo)準(zhǔn)公式來(lái)確定漿液閥流量系數(shù)是不恰當(dāng)?shù)摹＿^(guò)去，采用粗略的校正表明與水相比，對(duì)漿液需要較大的流量系數(shù)。

那么如何來(lái)計(jì)算漿液閥的流量系數(shù)呢？經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的測(cè)量從被測(cè)數(shù)據(jù)中得出了經(jīng)驗(yàn)校正系數(shù) K，它由下面方程求出：

K＝Q_漿/Q_水
式中，Q_漿——漿液流量的實(shí)測(cè)值，Q_水——與漿液相當(dāng)?shù)乃髁俊?/p>

從測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每種濃度的漿都有一組校正曲線(xiàn)。校正曲線(xiàn)見(jiàn)圖 1。

圖 1 校正曲線(xiàn)

從校正曲線(xiàn)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(duì)校正系數(shù) K 有極大的影響，尤其在很小的壓差時(shí)需很大的校正系數(shù)。對(duì)濃度而言，當(dāng)濃度小于 2% 時(shí)，漿液狀況與水相似，濃度增至 14% 時(shí)，不同的漿種校正系數(shù) K 在 0.3~0.6 之間。所有閥徑保持幾乎相同的數(shù)值。K 系數(shù)對(duì)在造紙生產(chǎn)中用的球閥、球缺閥、蝶閥等旋轉(zhuǎn)型式的閥是相同的。

從上述的測(cè)試和分析看，校正系數(shù) K 是壓降、漿液濃度和漿液種類(lèi)的函數(shù)。因此我們可以這樣來(lái)考慮對(duì)漿液控制閥的計(jì)算：

1. 當(dāng)濃度低于 2% 時(shí)，漿液的狀況與水很相像，可用水的計(jì)算方式來(lái)計(jì)算漿液控制閥，無(wú)須作校正。

2. 當(dāng)濃度大于 2%，根據(jù)每組漿的校正曲線(xiàn)查出 K。先按上面提到的 K 的公式，求出相當(dāng)于漿的水流量：

Q_水＝Q_漿/K

然后用標(biāo)準(zhǔn)的液體控制閥口徑計(jì)算公式來(lái)計(jì)算。

在生產(chǎn)實(shí)際使用中漿的濃度，漿閥的壓差，總不可能固定不變而會(huì)有上下變化，因而讓人懷疑所選調(diào)節(jié)閥流通能力是否包容了所引起的流量變化。事實(shí)上在工程中我們選用的為 V 型調(diào)節(jié)球閥，并在設(shè)計(jì)中根據(jù)正常工藝數(shù)據(jù)計(jì)算出的閥徑讓其開(kāi)度在 60% 左右，由于該閥的可調(diào)比高達(dá) 1:300，且它具有優(yōu)良的等百分比流量特性，所以盡管上述參數(shù)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(yīng)這種變化。實(shí)際的使用也說(shuō)明了這一點(diǎn)。

4 展望

NELES 公司的控制球閥和蝶閥在國(guó)內(nèi)外造紙界享有很好的信譽(yù)。隨著國(guó)內(nèi)造紙工業(yè)的發(fā)展壯大，對(duì)此類(lèi)控制閥的需求與日俱增，因而國(guó)內(nèi)控制球閥的制造廠(chǎng)應(yīng)運(yùn)而生。到目前為止國(guó)產(chǎn)閥在外觀和質(zhì)量上都有了很大的進(jìn)步。它們的價(jià)格便宜且性能良好，在國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)線(xiàn)上得到了較多的使用。

在選擇控制球閥時(shí)，像 NELES 等外國(guó)公司的閥是完全可以令人放心的，當(dāng)選用國(guó)產(chǎn)閥時(shí)，除外觀外，更應(yīng)注意可靠性和靈敏度（如密封性、死區(qū)），它表征了閥的精度和裝配水平。由于國(guó)產(chǎn)閥有些國(guó)產(chǎn)材料在性能上遜于國(guó)外材料，所以對(duì)這類(lèi)閥的耐磨性和強(qiáng)度也應(yīng)加以考慮。這樣．我們?cè)谶x定國(guó)產(chǎn)閥后再配上國(guó)外公司的閥門(mén)定位器，使整個(gè)閥具有了較好的工作性能。

今后，若生產(chǎn)和使用雙方共同配合，則國(guó)產(chǎn)閥的質(zhì)量和性能將會(huì)很快接近和達(dá)到國(guó)外產(chǎn)品的水平。