解決漿廠結(jié)垢問題的新方法

制漿過程中出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，這在大多數(shù)制漿廠中是非常普遍的。根據(jù)制漿廠及其工藝操作條件的不同，制漿各個工段會出現(xiàn)不同類型的垢。結(jié)垢會對設(shè)備的運行性能產(chǎn)生不利影響，并且最終增加運行總成本。本文闡述了結(jié)垢的成因以及對生產(chǎn)造成的影響，并介紹了美國某公司提出的一種解決漿廠結(jié)垢問題的新方法——進行有關(guān)機械設(shè)備、操作運行以及化學(xué)品使用（MOC）狀況的跟蹤分析（audit）。

1 結(jié)垢類型、成因及其危害

制漿過程中的結(jié)垢是物料流中的無機鹽類，如碳酸鈣、草酸鈣、硫酸鈣和硫酸鋇等，在一定條件下沉積并附著在制漿設(shè)備表面上的一種現(xiàn)象。

上述的“一定條件下”是指3個必要條件：過飽和狀態(tài)、加速動力學(xué)（accelerated kinetics）以及適宜的沉積表面。

（1）“過飽和狀態(tài)”是指溶解性離子，如Ca2+、CO32-、C2O42-、Na+、Ba2+以及SO42-的濃度增加到一定程度（大于在這個溫度下飽和溶液中溶質(zhì)含量的狀態(tài)），即過飽和狀態(tài)。

（2）“加速動力學(xué)”這個詞經(jīng)常用來描述有利于結(jié)垢的那些情形，包括溫度驟變、強烈的機械和流體剪切力、適宜的pH以及壓力突變等。

（3）“適宜的沉積表面”指的是制漿過程中的各種不平滑的、有利于結(jié)垢的表面。這些不平滑表面包括換熱器內(nèi)部由于水力或者化學(xué)品侵蝕而變得粗糙的部分、洗滌器面網(wǎng)和篩板等。這些不平滑表面為“結(jié)垢微晶體”的生長提供了機械力上的“立足點”。

制漿過程中結(jié)垢的類型會隨著制漿物料流及其pH的不同而有所差異。

當pH處于堿性范圍內(nèi)，碳酸鈣垢是最常見的垢；而草酸鈣垢則通常出現(xiàn)在氧化漂白段。

當pH處于酸性范圍內(nèi)時，如果生產(chǎn)過程中使用了明礬或者硫酸，則很容易形成硫酸鋇垢。而采用亞硫酸鹽制漿工藝的漿廠，則會在其蒸發(fā)器上形成硫酸鈣垢。碳酸鈉礬（2Na2SO4·Na2CO3）是一種“軟”垢，常和碳酸鈣一起在黑液蒸發(fā)器上生成。鈣水堿（CaCO3·Na2CO3）垢常在綠液澄清時產(chǎn)生。硅酸鹽垢（由于各種形式的硅酸鋁鈉的存在）也通常產(chǎn)生在黑液蒸發(fā)器上。

還有一點值得注意的是，有些垢的溶解性質(zhì)和一般物質(zhì)相反。比如，常見的碳酸鈣垢和硫酸鈣垢就具有這種相反的溶解性質(zhì)。簡言之，當溫度上升時，這些物質(zhì)更傾向于從溶液中沉淀出來（而大部分物質(zhì)的溶解度是隨溫度升高而增加的）。這對蒸煮器和蒸發(fā)器這類高溫設(shè)備的結(jié)垢控制帶來挑戰(zhàn)。

結(jié)垢對制漿廠的影響既隱蔽、不易察覺，又影響極大。表1概括了結(jié)垢對制漿廠各工段的不利影響。

表1 結(jié)垢對制漿各工段的不利影響

另外，結(jié)垢會降低工藝過程本來可以達到的質(zhì)量均一程度。例如，漂白車間里由于洗滌網(wǎng)的結(jié)垢降低了洗滌效果，在后續(xù)工藝流程就需要增加漂白化學(xué)品的用量來進行補償。這不僅僅直接增加了生產(chǎn)成本，而且影響了產(chǎn)品的質(zhì)量均一性；為此，生產(chǎn)工藝上也需要作出相應(yīng)的調(diào)整。

2 解決結(jié)垢問題的新方法——MOC跟蹤分析

美國某公司提出的解決漿廠結(jié)垢問題的新方法——MOC跟蹤分析，即采用了系統(tǒng)的、基于工程學(xué)的方法來了解結(jié)垢產(chǎn)生的根本原因，進行有關(guān)機械設(shè)備、操作運行以及化學(xué)品使用（MOC）狀況的跟蹤分析。

在進行這項跟蹤分析的時候，整個工藝的方方面面都要進行檢查。機械設(shè)備方面的跟蹤分析包括各操作單元的檢查，如各工藝流程的結(jié)構(gòu)布置、設(shè)備狀況評估、管路布置以及面網(wǎng)的選擇等。

在操作運行跟蹤分析方面，有代表性的項目有：對液流在蒸煮器里及蒸煮器周圍的分流控制狀況評估、漂白車間的塔式設(shè)備的管理措施、煮沸清洗操作及在蒸煮器上實施煮沸清洗的頻率、洗滌器的維修和清潔程序等。

化學(xué)品方面的跟蹤分析包括所有用到的化學(xué)品（包括日常使用的和專門使用的）及它們的使用方法的研究和考察。

上述是“MOC跟蹤分析”標準化的操作流程。實際中，如果客戶的結(jié)垢問題是發(fā)生在漂白車間的，該跟蹤分析工作的范圍將控制在影響漂白的那些因素內(nèi)，而不會覆蓋制漿的整個工藝過程以致精力分散。

除了實施MOC跟蹤分析，還要進行有代表性的分析工作。如對結(jié)垢的垢樣進行成分分析，這或許能獲得解決問題的關(guān)鍵信息；另外，對物料流進行離子檢測也是常用手段。這種分析能表征物料處理程度，為解決結(jié)垢問題提供有用的信息。

舉個例子：曾用離子檢測方法對某漿廠進行檢測，發(fā)現(xiàn)該廠進蒸煮器的白液與其他類似漿廠相比，Ca2+濃度很高。進一步的檢測顯示，該廠的白液澄清工段出了問題，為確定解決問題的最終方法提供了極重要的信息。

一旦清楚地知道了問題發(fā)生的原因，就能制定出成功的、持久的解決辦法。該公司有一套解決結(jié)垢問題的“工具箱”，包括名為SCALE-GUARD PLUS?技術(shù)的一系列產(chǎn)品，能有效解決漿廠各種結(jié)垢問題。

除了這些處理結(jié)垢的產(chǎn)品外，該公司還使用一套擁有專利的設(shè)備——積垢率監(jiān)測儀（SRM）。這種SRM能用于測試作用于物料流的不同的處理方法的效果。SRM能測定工藝過程的積垢速率，從而對各種SCALE-GUARD PLUS?技術(shù)產(chǎn)品的處理效果進行評價。SRM的優(yōu)點是可以人為地“施壓”（stress）給被測物料流，使之加速結(jié)垢，模擬相當長的一段時間的結(jié)垢效果。與傳統(tǒng)的試驗方法相比，這種方法的設(shè)計更多地借鑒了系統(tǒng)工程學(xué)方法。

3 應(yīng)用實例

某日產(chǎn)1 050 t的漂白闊葉木硫酸鹽漿廠采用一種有競爭力的抗結(jié)垢工藝已有4年。該工藝的效果差強人意，漂白車間每6周就得停機為EP段漂白塔進行10 h的水力除垢。

在應(yīng)用“MOC跟蹤分析”方法解決結(jié)垢時，先用SRM對漂白濾液進行了測試，了解碳酸鈣和草酸鈣在各濾液流的結(jié)垢可能性。此后，對漂白車間進行了完整的MOC跟蹤分析，包括詳細的操作參數(shù)、具體的堿度以及抗結(jié)垢添加劑的加入點等。

SRM的測試數(shù)據(jù)顯示，造紙白水、D 100洗滌器效率和堿性抗結(jié)垢添加劑的加入點的選擇是漂白段結(jié)垢的主要影響因素。結(jié)果顯示，延長漂白車間連續(xù)運行時間是有可能的。在詳細地向客戶通報了MOC跟蹤分析結(jié)果后，建議使用SCALE-GUARD PLUS?技術(shù)產(chǎn)品對漂白車間現(xiàn)有狀況進行改進，使之達到生產(chǎn)要求；并建議采用D 100洗滌器清潔程序。

該廠在實施上述建議后帶來了以下幾個方面的改善：

（1）漂白車間連續(xù)運行時間從6周延長至12周。僅減少停機時間這一項即為客戶每年省下120萬美元的清潔和維護費用。

（2）每12周檢測到的結(jié)垢量比以前每6周檢測到結(jié)垢量的一半還要少。

（3）由于洗滌得到改善，化學(xué)品的消耗減少了。此項每年為客戶節(jié)省150萬美元。

（4）由于測溫傳感器探頭上不再結(jié)垢，這為過程控制帶來好處，使得產(chǎn)品質(zhì)量均一性得到了提升。盡管此項沒有折算成經(jīng)濟價值，但好處是顯而易見的。

圖1顯示了MOC跟蹤分析后采用該公司的SCALE-GUARD PLUS?技術(shù)產(chǎn)品的使用效果：“處理水平2”顯示采用“MOC跟蹤分析”方法后漂白車間的運行時間延長了1倍多。

圖1 SCALE-GUARD PLUS?技術(shù)產(chǎn)品在D 100擠漿段的使用效果

4 結(jié)束語

每個制漿廠在生產(chǎn)中會遇到各自不同的問題，其中有很多都與蒸煮器、蒸發(fā)器以及漂白車間的結(jié)垢有關(guān)。并且，制漿廠的各工段間的距離越來越近，物料流的回用越來越多，這將有可能使結(jié)垢引發(fā)的問題越來越頻繁和嚴重。這些結(jié)垢問題不同程度地影響制漿廠的安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量及能源和化學(xué)品消耗。由于能源和化學(xué)品的消耗占制漿廠年均生產(chǎn)成本的40%～60%，解決好結(jié)垢問題將給制漿廠帶來明顯的經(jīng)濟效益。

（楊波 編譯）

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