Ken Patrick

揚(yáng)克烘缸安全性、可靠性和效率最大化的探究

Maximizing Yankee Cylinders Safety，Reliability and Effciency

Ken Patrick

當(dāng)今衛(wèi)生紙機(jī)以揚(yáng)克烘缸為主的干燥部是幾十年發(fā)展演變的產(chǎn)物，使用揚(yáng)克烘缸不僅是為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，而且還為了使生產(chǎn)的安全性和可靠性最大化。美國(guó)紙漿造紙技術(shù)協(xié)會(huì)（TAPPI）揚(yáng)克烘缸安全性和可靠性（YDS&R）委員會(huì)在2014年內(nèi)進(jìn)行了幾次有關(guān)揚(yáng)克烘缸在生活用紙生產(chǎn)方面重要問(wèn)題的分析和討論。

為了探討全球揚(yáng)克缸和其氣罩的一些問(wèn)題，Tissue360°雜志最近會(huì)見(jiàn)了YDS&R委員會(huì)的兩位會(huì)員，他們分別是Jaeger公司的技術(shù)總監(jiān)John Holton和Airtherm公司的總裁Scott Thompson。

通過(guò)與Holton和Thompson的討論，探索了揚(yáng)克烘缸的相關(guān)問(wèn)題和研發(fā)情況，包括鋼制揚(yáng)克缸、缸內(nèi)部件、蒸汽箱應(yīng)用、起皺刮刀和完整的氣罩系統(tǒng)等。討論要點(diǎn)包括如下幾部分：

鋼制揚(yáng)克烘缸是未來(lái)之路

Holton在生活用紙行業(yè)中工作了很多年，包括曾經(jīng)效力于美卓和Albany International公司。2014年10月1日，他在華盛頓州范庫(kù)弗市正式開(kāi)設(shè)了Jaeger（美國(guó)）辦事處。他指出，美國(guó)的生活用紙行業(yè)改用鋼制揚(yáng)克烘缸的速度很慢，但使用鋼制揚(yáng)克缸無(wú)疑將是未來(lái)之路。鋼和鐵的導(dǎo)熱性非常接近，但是鋼的強(qiáng)度更大。因此可以把烘缸做得更薄。Holton說(shuō)：“因?yàn)殇撝频膿P(yáng)克缸較薄，所以可容易地得到更好的熱傳遞?！?/p>

Holton指出，從安全性角度看，鋼不發(fā)脆，因此不會(huì)像鑄鐵揚(yáng)克缸那樣受到災(zāi)難性的損壞。他補(bǔ)充道：“但實(shí)際上鋼太軟，刮刀會(huì)使鋼制揚(yáng)克缸迅速磨損。鋼制烘缸還需焊接制成，這將會(huì)造成烘缸表面不平整。因此所有的鋼制揚(yáng)克缸必須經(jīng)過(guò)熱噴涂，經(jīng)證明噴涂后使用效果良好，這是因?yàn)闊釃娡康膿P(yáng)克缸可給予生活用紙生產(chǎn)極其平整的烘缸面。而鑄鐵是一種非均化物質(zhì)，因此鑄鐵揚(yáng)克缸有些區(qū)域更容易磨損，并且有些區(qū)域空隙多少不一。由于這個(gè)原因，具有熱噴涂層（金屬涂層）的鋼制揚(yáng)克缸，實(shí)現(xiàn)了更加均一的粘附性能，這在生活用紙的生產(chǎn)中非常重要。”

每次TAPPI的YDS&R委員會(huì)會(huì)議都會(huì)談到鋼制揚(yáng)克缸問(wèn)題。一位會(huì)員最近指出，這些揚(yáng)克缸是用卷成弧形的鋼板經(jīng)焊接制成的。一般焊縫會(huì)使表面不平整，當(dāng)受壓時(shí)，例如通過(guò)揚(yáng)克缸壓榨輥壓區(qū)，會(huì)造成應(yīng)力梯級(jí)（應(yīng)力增大）。

在運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)楹缚p會(huì)產(chǎn)生使缸面撓曲的應(yīng)力點(diǎn)，所以與會(huì)會(huì)員暫時(shí)不能真正確定鋼制揚(yáng)克缸的使用壽命有多長(zhǎng)。另一方面，一些會(huì)員指出，鑄鐵揚(yáng)克缸可以保持很長(zhǎng)的使用壽命，一些鑄鐵揚(yáng)克缸的壽命已經(jīng)超過(guò)了50年。

在YDS&R委員會(huì)會(huì)議的討論中，大多數(shù)會(huì)員都認(rèn)為，噴涂金屬層（熱噴涂）給包括焊縫在內(nèi)的鋼制揚(yáng)克缸整個(gè)表面一個(gè)堅(jiān)硬的涂層。它主要用于延長(zhǎng)耐磨時(shí)間，并沒(méi)增加揚(yáng)克缸的強(qiáng)度。一些會(huì)員還指出，有熱噴涂涂層的鋼制揚(yáng)克缸不能使用焊縫外觀檢測(cè)技術(shù)，即焊縫不能從外面進(jìn)行視覺(jué)檢查，這是因?yàn)樗鼈儽煌繉痈采w。所以，只有涂層被磨損掉的時(shí)候才能進(jìn)行焊縫檢查。舉例來(lái)講，如果耐磨涂層能用8～10年的話，在那段時(shí)間里紙廠不能真正知道焊縫的情況。

盡管如此，至少有一家鋼制揚(yáng)克烘缸的制造商報(bào)告說(shuō)，有一種新檢測(cè)技術(shù)能測(cè)定金屬涂層下面的焊縫。據(jù)YDS&R委員會(huì)一位會(huì)員說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)不用射線照相，避免產(chǎn)生令人擔(dān)憂的放射性問(wèn)題。

揚(yáng)克缸內(nèi)部部件

關(guān)于揚(yáng)克缸內(nèi)部部件，Holton說(shuō)：“近期發(fā)生了很多情況，多數(shù)牽扯到部件長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)產(chǎn)生磨損。不論是鋼制還是鑄鐵的揚(yáng)克缸，歷經(jīng)約15年的連續(xù)運(yùn)行后，內(nèi)部部件都會(huì)松動(dòng)。由于揚(yáng)克缸的腐蝕或者只是持續(xù)的加熱和冷卻會(huì)損壞墊圈等部件，因此部件會(huì)松動(dòng)。這必定會(huì)出現(xiàn)很多潛在的內(nèi)漏點(diǎn)。”

Holton指出，這類(lèi)的“牢度腐蝕”開(kāi)辟了缸內(nèi)的“捷徑”之路。形成這種現(xiàn)象僅需極少量的缸內(nèi)蒸汽泄漏，使其壓力下降。蒸汽將短距離地循環(huán)到最易走的路線，此處就是系統(tǒng)中的泄漏點(diǎn)。

在使用了超過(guò)15年或20年，揚(yáng)克缸極緩慢地降低了效率。無(wú)論何時(shí)，揚(yáng)克缸都會(huì)發(fā)生壓力下降現(xiàn)象——非常高速的蒸汽沖蝕著小孔——這些小孔孔徑隨著時(shí)間的過(guò)去會(huì)慢慢地越來(lái)越大。但是它發(fā)生的非常緩慢以致于揚(yáng)克缸操作人員確實(shí)無(wú)法發(fā)現(xiàn)。很多時(shí)候，這些冷凝水系統(tǒng)并沒(méi)有得到嚴(yán)格的檢查，因?yàn)樾】缀茈y被發(fā)現(xiàn)。你必須知道到哪里去找小孔，怎么識(shí)別和如何修理它們。并且很多紙廠不能做上述的所有工作。系統(tǒng)有很多地方會(huì)跑冒滴漏，這些經(jīng)常被忽視。

Holton強(qiáng)調(diào)，生產(chǎn)效率會(huì)慢慢降低，并且擴(kuò)大到冷凝水系統(tǒng)中，幾乎是整個(gè)生活用紙行業(yè)的普遍現(xiàn)象。這不僅浪費(fèi)了能源，而且造成了紙幅縱橫向不均勻的問(wèn)題。揚(yáng)克缸通常有4個(gè)或者6個(gè)蒸汽總管，如果有一個(gè)總管運(yùn)行不正常，就會(huì)連累整個(gè)系統(tǒng)。它不僅會(huì)讓揚(yáng)克缸不能穩(wěn)定運(yùn)行，而且會(huì)由于受熱不均而產(chǎn)生冷區(qū)。并且在橫向，如果系統(tǒng)沒(méi)有正確的工作，經(jīng)常會(huì)在邊緣或者溢流管下邊出現(xiàn)冷區(qū)，這是非常普遍的現(xiàn)象。在生活用紙生產(chǎn)中，糾正它往往失去了最佳時(shí)機(jī)。

Holton指出，在某種程度上，蒸汽箱的檢查和揚(yáng)克缸內(nèi)部部件的檢查相似。當(dāng)一個(gè)蒸汽箱工作不正常時(shí)，需要進(jìn)行徹底檢查。例如，當(dāng)檢查蒸汽箱時(shí)，必須確認(rèn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作正常，在整個(gè)控制范圍內(nèi)要反應(yīng)連貫，并且孔板是干凈的。此外，應(yīng)有人員對(duì)蒸汽箱進(jìn)行定期的徹底檢查，這些人員應(yīng)知道要檢查什么，并且當(dāng)蒸汽箱工作不正常時(shí)能夠排除故障。

Holton強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“很遺憾的是，一些紙廠錯(cuò)誤的“節(jié)約”方式，繼續(xù)使用那些有運(yùn)行問(wèn)題的蒸汽箱，實(shí)際上它們?cè)缭摫粨Q掉?！?/p>

起皺刮刀

Holton認(rèn)為，使用陶瓷起皺刮刀顯然是“未來(lái)的趨勢(shì)”。他指出，尤其是陶瓷刮刀和熱噴涂層配合使用效果非常好，會(huì)延長(zhǎng)刮刀壽命，這通常是處于第一位的紙機(jī)效率可控因素。

然而，兩者配合使用不僅僅是延長(zhǎng)刮刀的壽命。由于幾乎所有紙機(jī)停卷的首要原因就是換刮刀，因此，如果能把換刮刀次數(shù)減至最少，就會(huì)獲得非常高的潛在效率。在使用陶瓷刮刀上，很多歐洲的優(yōu)質(zhì)生活用紙?jiān)埳a(chǎn)廠走在了前列，現(xiàn)在它們的陶瓷刮刀可以使用5～7天。但是在美國(guó)市場(chǎng)目前還沒(méi)達(dá)到這個(gè)水平。

盡管鋼制揚(yáng)克缸是生活用紙行業(yè)的較新設(shè)備，并且包括使用壽命在內(nèi)的性能問(wèn)題尚無(wú)定論，但在生活用紙行業(yè)中，很多人把使用鋼制揚(yáng)克缸看成是“未來(lái)之路”。

除了延長(zhǎng)壽命，陶瓷刮刀的另一個(gè)主要好處就是紙幅的松厚度和抗張強(qiáng)度極均勻。當(dāng)鋼制刮刀在運(yùn)行中磨損時(shí)，紙幅松厚度上升，并且抗張強(qiáng)度下降。更換刮刀以后（一般使用約4h），紙幅的抗張強(qiáng)度回升，且松厚度下降。當(dāng)這種情況發(fā)生后，紙廠再把質(zhì)量反復(fù)不定的原紙送去加工，顯然會(huì)引起運(yùn)行問(wèn)題。總的來(lái)說(shuō)，陶瓷刮刀可讓紙廠使紙幅在幾乎恒定的松厚度和抗張強(qiáng)度下運(yùn)行，尤其在加工廠試圖控制紙幅張力和紙卷密實(shí)度等的時(shí)候。因此，加工廠就能設(shè)置加工機(jī)的運(yùn)行模式，而不必經(jīng)常改變參數(shù)。

揚(yáng)克缸氣罩問(wèn)題

關(guān)于揚(yáng)克缸氣罩，Thompson說(shuō)，當(dāng)燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或者紙廠偶然發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候，Airtherm公司人員常被請(qǐng)來(lái)解決問(wèn)題，這些始終是大事，也是YDS&R委員會(huì)關(guān)注的問(wèn)題之一。他說(shuō)：“沒(méi)有人希望在建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)。近來(lái)，特別是美國(guó)消防協(xié)會(huì)（NFPA）制定的新標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)對(duì)生活用紙生產(chǎn)廠內(nèi)外的灰塵控制系統(tǒng)提供了嚴(yán)格的要求。而且，管好廠房衛(wèi)生——保持對(duì)灰塵積累的可控，顯然是避免灰塵造成火災(zāi)的關(guān)鍵因素?！?/p>

實(shí)際上，偶發(fā)性火災(zāi)的另一個(gè)促成因素是，一些比較老的揚(yáng)克缸氣罩系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱點(diǎn)。他指出，多數(shù)紙廠，約15年前就開(kāi)始使用熱感照相機(jī)，它安裝在氣罩和熱風(fēng)系統(tǒng)中的熱點(diǎn)位置。

揚(yáng)克缸本身一般可在300?F～350?F（約149?C～177?C）溫度下運(yùn)行，但取決于蒸汽壓力，然而揚(yáng)克缸氣罩自身能把溫度增加到900?F（約482?C）或者更高。通常，氣罩越舊，越漏氣，裸露的金屬就越多，隔熱材料也就越老化。因此，如今大多數(shù)紙廠使用熱感照相技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)氣罩外殼的高溫位置，然后使用該信息來(lái)做更準(zhǔn)確的檢查，以便找到裂紋。或者大多數(shù)時(shí)候，找到并更換因年久而損壞的隔熱材料。他補(bǔ)充說(shuō)，近幾年，Airtherm公司已經(jīng)做了很多氣罩改造工作，更換老化的隔熱材料或者整個(gè)氣罩換上新的隔熱材料，還包括加裝高耐熱值（測(cè)定熱阻）的陶瓷隔熱材料。

無(wú)論是新的還是舊的氣罩，由于它們運(yùn)行在非常高的溫度下，都會(huì)產(chǎn)生裂紋和泄漏溫度非常高的熱風(fēng)。Thompson說(shuō)：“我們最近接到了YDS&R委員會(huì)一位會(huì)員的電話，他使用的是比較舊的揚(yáng)克缸氣罩。他請(qǐng)我們?yōu)槠錃庹肿鰝€(gè)檢查，由于他們知道有泄漏點(diǎn)，只是不知道泄漏點(diǎn)在哪里。在這些類(lèi)型的檢查中，需要檢查熱點(diǎn)、裂紋和管道系統(tǒng)中的伸縮接頭，接頭隨著長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)產(chǎn)生裂紋。我們找到了問(wèn)題所在，并且修好了它們?！?/p>

管道系統(tǒng)問(wèn)題

Thompson講，揚(yáng)克缸氣罩漏氣的另一個(gè)主要源頭是位于氣罩后面連接風(fēng)管與氣罩的軟管。過(guò)去，當(dāng)氣罩伸縮時(shí)，只能將管道系統(tǒng)與氣罩連接處的管道斷開(kāi)。后來(lái)所有紙廠都轉(zhuǎn)而使用軟管連接，這樣可使氣罩伸縮時(shí)避免和風(fēng)管的連接松動(dòng)。

“目前，已經(jīng)有很多不同類(lèi)型的軟管。一些是金屬的，一些是織物質(zhì)地的。多年來(lái)，我們已經(jīng)做了很多工作，包括更換一些不耐用的軟管。根據(jù)使用情況，有時(shí)候我們使用內(nèi)置陶瓷隔熱層的高技術(shù)編織材料。更多的時(shí)候，則使用伸縮金屬管，當(dāng)氣罩伸縮時(shí)，金屬管可移動(dòng)。同時(shí)，還能保持管中的熱風(fēng)壓力和溫度。”

腐蝕問(wèn)題

Thompson說(shuō)，揚(yáng)克缸氣罩的另一個(gè)大問(wèn)題是腐蝕，并且各紙廠都在嘗試解決造紙過(guò)程的化學(xué)品腐蝕問(wèn)題。他指出，氣罩是用金屬板制成的，并且在造紙過(guò)程中很多時(shí)候都使用氯化物，而氯化物能腐蝕一般性鋼材，如300系列不銹鋼、低碳鋼或耐候鋼。在過(guò)去的20～30年間，鋼廠已經(jīng)生產(chǎn)出了不同類(lèi)型的雙煉不銹鋼。至于使用哪種不銹鋼更好和哪種不銹鋼最有成本效益，在供應(yīng)商之間一直都存在爭(zhēng)議。

Thompson解釋道：“我認(rèn)為，現(xiàn)在在氣罩的濕端部使用某些種類(lèi)的專(zhuān)用不銹鋼已成流行，這些不銹鋼用于制造氣罩內(nèi)的噴嘴箱以及內(nèi)外部的面板。在這一點(diǎn)上，我們甚至用不銹鋼板制做了同為0.5in厚的濕端部側(cè)板。在過(guò)去，紙廠安裝氣罩希望可以使用20年。今天，紙廠希望氣罩的壽命更長(zhǎng)。他們充分認(rèn)識(shí)到更換熱風(fēng)系統(tǒng)的花費(fèi)很高，并且采用專(zhuān)用不銹鋼防腐蝕將需大筆先期投資。氣罩的濕端部必須耐受最潮濕的環(huán)境。濕端部緊挨著壓榨部和濕毯，因此干燥的是最濕的紙幅。濕端氣罩最低處的外部是最容易腐蝕的地方，通常，從此處一直到揚(yáng)克缸水平中心線的部位全是用不銹鋼制造的，而非低碳鋼或抗高溫耐候鋼。這些不銹鋼中有些是非常貴的，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，它們物有所值?！?/p>

（姚姝娓編譯自Tissue 360°/2014年秋冬版，陳海昌審校）