卷烟厂真空系统设计概述

摘 要：本文对卷烟厂工艺中负压系统的使用要求做了概述性质的描述，并对卷烟厂真空站和真空系统的设计要点进行了介绍。

关键词：卷烟厂；真空站；水环式真空泵

中图分类号：TB752文献标识码：A

在卷烟厂工艺中，负压的使用环节主要是在卷接包车间，其中负压消耗较大的设备是卷接包机组，除此以外，自动封装箱机、滤棒贮存输送装置和滤棒发射机也有少量的负压需求。如：新建规模为年产30万箱的海口烟厂卷接包机组的设计负压消耗合计32m3/min；自动装封箱机的负压消耗合计为4m3 /mi；滤棒成型车间内滤棒贮存输送装置和滤棒发射机负压消耗合计1m3/min，卷接包车间负压消耗合计为37m3/min。烟厂工艺设备对真空度的要求一般为0.03~0.05MPa，考虑到管路的真空度损失和安全余量，真空泵的抽真空度至少要满足0.02MPa的要求。另外，由于烟厂属于流水线作业，自动化程度高，所以对负压的稳定性要求也比较高。针对以上特点，烟厂的设计工作需要掌握如下要点：

1.真空站工艺设计【2】

1.1站房位置

由于真空管道属于负压管道，真空度从本质上来讲是管道压力和大气压的比较，相对于压缩空气管道，虽然单位长度的沿程阻力损失较小，但由于大气压本身才只有约0.1M Pa左右，其对压损的承受能力较小，如果损失过大，将不满足工艺对负压的要求。

如：某烟厂的真空站设置在联合工房内贴邻卷接包车间的辅房内， 真空站距离最远的卷包机组直线距离为150m，真空站集气总管处的压力为0.02MPa，此工况下实测真空站集气总管至各卷包机组的压力损失为：0.005MPa～0.01M Pa，最大压力损失（0.01MPa）已经达到总真空率（0.02MPa，与大气压相比较，可认为是-0.08MPa）的12.5%，参考此案例，如果真空站位置距离用气点过远，随着管路中空气平均密度的增加，单位长度的沿程阻力也会相应增大，这样压力损失会成倍的增加，必然会影响工艺使用要求。

所以一般把真空站设置在联合工房内靠近卷接包车间的辅房内，尽量缩短供气长度，减少压力损失。

1.2真空设备的选择

烟厂一般选择水环式真空泵来满足其需要，虽然水环真空泵效率不是很高（一般在30%左右），而且由于受到结构和饱和水蒸气压的限制，所提供的真空度也较低（2000~4000Pa），但是由于水环式真空泵具有机构紧凑、无需、泵腔内不存在摩擦，磨损小等特点，尤其是具备吸气均匀，工作平稳可靠的优点，所以非常适合在烟草工艺当中使用。

1.3其他附属设备

首先应提到的是，真空系统与压缩空气系统不同，在真空泵机组的抽气口必须设置电磁带放气真空阀，电磁阀与机组联动，当机组停车时关闭阀门，并打开放气阀，从而使大气进入泵的腔体内，防止水倒流入管路系统，这是真空系统最重要的安全控制措施。

另外真空泵抽气口前应配备真空缓冲罐和过滤器，过滤器主要是过滤在抽吸过程中从生产线中飞入的烟叶碎渣，缓冲罐除了起稳压的作用以外，同时也能使管道内的杂物停留在罐内，起到保护真空系统的作用。

2.真空管道系统【1】

2.1选材

真空管道有玻璃、金属、橡胶、UPVC管四种类型，烟厂的真空管道属于粗真空，对压力要求不高，但是对安全稳定性要求较高，由于金属管道在粗真空状态下不会出现在高真空状态下的放气，气密性不佳等问题，又有机械强度高，不易损坏的优点，所以在烟厂这种公用管道种类较多，相互交叉关系复杂的场所，一般采用无缝钢管。

2.2配管管径的计算

由于真空管道的流速和流量不恒定，所以其水利计算不同于其他介质的管道，对于通常使用的水力计算公式只能理解为在瞬时状态下才是适用的。故真空管道的水力计算用流导的概念来进行计算。但是在实际的设计工作中，一般遵循确保真空管道中各个截面的流速相等的原则，以减少不同流速之间的相互干扰，减少压力损失。

通常真空管道主管管径的确定需根据各真空泵抽气口法兰尺寸的大小来确定，在各支管的真空压力相等的前提下：

Q总=Q1+Q2+ ……

可得，V总•S总=V1•S1+ V2•S2+ ……

即V总•πD总2/4=V1•πD12/4 + V2•πD22/4+ ……

最终可得，D总2= D12 +D22+ ……

其中Q总―― 总抽气速率（m3/h）

Qn―― 各真空泵抽气速率（m3/h）

V ――空气流速(m/s)

D ――管径（mm）

抽气支管管径的确定遵循同样原则，在总管管径确定的前提下，依据各用气设备的真空负荷之间的对比来分配支管管径的大小。

2.3其他附件

一般烟厂真空管道干管管径都在DN250以上，相对管径较大，阀门宜选用蝶阀，考虑到对密封性能的特殊要求，需选用专用的真空蝶阀，在分断阀的设置问题上，因为多一处附件就多一处泄露，多一份阻力，所以在满足管理需要的基础上，可要可不要的尽量不设。

由于真空管道放散管末端 在放散管的末端应该设置消声器，以满足《工业企业噪声卫生标准》的要求。

3.水循环系统

考虑到节能和环保的要求，宜采用循环冷却系统，节约水的消耗，避免环境污染，节约能源。

循环水系统包括储水箱、水泵、冷却塔等设备，因为真空泵有自吸功能，系统冷却塔后方无需设置加压装置，水箱的容量应该能满足半小时左右的循环水量要求，值得注意的是，水箱进水口的高度应该低于真空泵出水口的高度，保证循环水能够顺畅地自流到水箱。

对于所使用的循环水应首先进行软化处理，如果工作液为普通自来水,由于其中含有钙、镁等碳酸盐类物质，在泵运行升温受热后其溶解度降低，会沉淀形成水垢，长期运行随着水垢的增多，会造成真空泵噪音增加、吸气量下降等结果，影响正常生产使用，可采用电子水处理仪对循环水进行软化。

总之，真空系统作为烟厂重要的工艺管道系统，其设计的科学性和合理性对烟厂的高效、节能、安全运行有着十分重大的意义。设计过程中除了对上述方面做着重考虑外，还应该在设备平面布置、管道的合理走向安排等方面做详尽的考量。

参考文献：

【1】《动力管道设计手册》编写组，动力管道设计手册，北京：机械工业出版社，2006.1：267

【2】兰州物理研究所/达道安主编，真空设计手册（第3版），北京：国防工业出版社，2004.7