1 概述

造紙生產(chǎn)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(jīng)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(jīng)過配漿、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(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

上述造紙生產(chǎn)的各個過程，都需要閥門對它的控制。

2 適用于造紙工業(yè)的閥的類型

對于造紙行業(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，洗篩和堿回收部門的黑液含有堿外，其它介質(zhì)少有腐蝕性。在整個生產(chǎn)過程中上述介質(zhì)在管道、容器中的壓力一般不超過 1.6MPa。所有介質(zhì)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(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(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)對水、蒸汽、氣體的控制。而對于漿、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。

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(qū)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(zhuǎn)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(guān)。即使在先期閥芯能開關(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。

球閥彌補了單、雙座閥用在漿中的不足。球閥的流路直爽暢通，不會 產(chǎn)生掛漿現(xiàn)象。它通過對球體的旋轉(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 1:300 等特點。球閥中，V 型球閥用于對漿量的調(diào)節(jié)，O 型球閥用于對漿流量的開關(guān)控制。

堿回收部門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。對于單純的液體或氣體用已有的標(biāo)準(zhǔn)計算公式就可以計算出調(diào)節(jié)閥所 需的流量系數(shù)和口徑，而對于紙漿這樣的二相流，不能用標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確地進行數(shù)學(xué)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(jié)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(dāng)流速很小時壓力損失較穩(wěn)定，當(dāng)流速增加時壓損甚到出現(xiàn)一個不穩(wěn)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(biāo)準(zhǔn)公式來確定漿液閥流量系數(shù)是不恰當(dāng)?shù)摹＿^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(shù)。

那么如何來計算漿液閥的流量系數(shù)呢？經(jīng)過無數(shù)次的測量從被測數(shù)據(jù)中得出了經(jīng)驗校正系數(shù) K，它由下面方程求出：

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

從測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(shù) K 有極大的影響，尤其在很小的壓差時需很大的校正系數(shù)。對濃度而言，當(dāng)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(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。

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

1. 當(dāng)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(dāng)濃度大于 2%，根據(jù)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(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算公式來計算。

在生產(chǎn)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)球閥，并在設(shè)計中根據(jù)正常工藝數(shù)據(jù)計算出的閥徑讓其開度在 60% 左右，由于該閥的可調(diào)比高達 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。實際的使用也說明了這一 點。