EXCEL 在造纸车间浆水平衡中的计算应用

张宏伟

摘要：本文主要阐述了怎样用 EXCEL 计算造纸车间浆水平衡，纸机喷淋水量及白水回收水量等，从而可全面掌握整个工程的系统平衡，优化设计流程，提高设计质量和效率．

关键词：浆水平衡、喷淋水置、多盘真空过滤机、三段除渣

在工程设计中，设计人员一直都在寻找一种简单、快捷、精确的计算方法，对于制浆造纸工艺设计而言，这不仅可以给设计图纸提供可靠、经济的数据支持外，还可以给设计人员的设计思路提供最清晰、最具有说服力的依据。然而由于制浆造纸工艺过程比较复杂，造纸工艺人员比较少，在全国还未形成一种氛围，很多理论仍处于模糊概念阶段，这种现象严重桎梏了设计人员的思维方式和能力发展，也影响到了制浆造纸设计的发展。现今随着高信息时代的发展，其他非工艺专业均已利用现有的电子技术或软件实现轻松计算，这与造纸工业人员手工计算形成了一种差距，这是一种时间和物质利用率的浪费，是一种技术上的差距。

在制浆造纸工艺设计中，浆水平衡计算量很大，如果单凭手工计算，不仅计算量大，而且出错率很高，输入及其麻烦，为了使这一过程相对直观、简单、实用的情况下，我就我个人在设计过程中应用 EXCEL 计算方法和应用浅谈一下：

•  纸机喷淋水用量计算

纸机喷淋水在设计过程中具体的依据是纸机设备厂提供的喷淋水用量。其喷淋水用量或是根据喷嘴形式和伯努力方程计算而的，或是根据一些经验数据而来，不管他们采用哪种形式，针对同一种项目，不同的厂家提供的喷淋水量都是不同的。其中有个典型的例子，山东贵和 10 万吨瓦楞原纸和广东金源 10 万吨牛皮、牛卡工程项目中，其造纸机械均是来自昆山中联纸机厂，然而其提供的喷淋水用量相差却有一倍之多，在这种存在模糊数据和概念不清楚的情况下，工艺设计人员必须要亲自计算验证，计算方法应结合实践和理论，以求准确数据。

•  液体在薄壁小孔中的流动的公式推导

列 1 － 1 和 2 － 2 的伯努力方程为 ：

V1 可忽略不记，方程经整理后得：

式中速度系数为：

由此可求得液流通过管嘴得流量为：

式中 Cd ＝ CvCc 为管嘴流量系数。 Cv 一般由实验确定，其值为 0.82 ，在管嘴中 Cc 为 1, 应此 Cd=0.82 。

(2) 在公式确定以后，就可以直接在 EXCEL 进行输入，输入的是个公式过程，而不是数据。有了这样的一个数据表，不管是针对其他造纸车间还是本项目的更改，都可以做到只更改原始数据就能得到计算结果，而不需要我们再去重新计算。如下例金源纸业的计算数据：

图中红色字体均是原始数据，黑色字体均是计算结果，如若需要改动，可直接改动红色字体的内容，如喷水管的管径、大小数量等，可直接得到各种压力的用水量及总用水量。纸机喷淋水量占了整个造纸车间用水量的 2 /3 ，因此 这张表格相当于是整个造纸车间耗水量的标准，对于造纸车间水系统的设备选用起决定性作用。

•  白水回收中白水的计算

白水回收的主要设备是多圆盘过滤机，多圆盘过滤机的主要作用是过滤白水，回收浆料，产生超清滤液回用于纸机，减少造纸车间的清水耗用量。但在目前阶段，国产的多圆盘过滤机技术落后于国外，回收效果不尽人意，而国外的多圆盘过滤机价格高，令很多厂家望而止步，应此准确的计算造纸车间的耗水量和合理的确定多圆盘过滤机的流程至关重要。通过 EXCEL 计算多圆盘过滤机流程，可针对不同的多圆盘过滤机随时更改数据，精确的计算出多圆盘的处理量及回收浆量和白水量，通过这些数据就可以从投资和生产等多方面角度去考虑问题。如下图针对同一多圆盘两种流程做一说明。

表格中第一种流程是多圆盘产生的浊滤液在多圆盘过滤机中循环处理，这种流程的优点是高效率的回收白水，减少纤维损失和清水耗用量，缺点是增加多圆盘的处理量，增加设备投资。第二种流程是多圆盘产生的浊滤液与清滤液混合进入白水塔用于浆料稀释和调浓，相对第一种流程纤维损失和清水耗用量大，优点是多圆盘的处理量减少，减少了设备投资。但对于厂方，不管是减少设备投资还是减少纤维损失，在经济效益上都要做一个比较，确定适合自己生产的最合理方案。同时如果厂方对表中的某个数据不满意或有疑惑，或更换不同的多盘过滤机，我们都可根据设备本身的情况随时修改表中的红色数据， EXCEL 可自动的修改数据结果，以便达到最合理的数据框架。 EXCEL 表格输入公式是个不复杂但很繁琐的工作，就和手工计算浆水平衡一样， EXCEL 的应用的好处就是针对同一流程，不同的厂方要求，我们只用更改原始数据就可以，不用再重新从头计算，不仅减少了工作时间，而且提高了工作效率。

•  造纸车间浆水平衡图

造纸车间的浆水平衡图是个复杂的工作，其中包括了很多循环使用的介质，而在现在的设计中，越来越多的厂家要求设计方提供浆水平衡图，这不仅是厂家审核设计图纸的依据，也是设计方自己设计的依据，应此对待浆水平衡图必须慎重。现在浆水平衡图的主要计算手段还是手工计算，然后计算机输入。如果中间在某个环节疏忽了或遗漏了，那就必须要再从头开始计算和验算；如果计算结果厂方不满意，认为不合理，还要根据他们的要求再做调整，相当于重新设计，这对设计人员来讲是个繁重的工作。如果能省去这部分精力和时间，又能保证设计质量，那更多的设计人员就可以有更多的时间投入到设计方案和深度上，尽一步的提高设计质量和个人工作素质。下边有一个三段除渣平衡图和造纸车间平衡图简单做一个介绍。

表格中左边的红色字体是可以修改的，根据纸机设备本身的特性可做调整。但在公式输入当中， EXCEL 不支持数据循环引用，因此此处不能要求 EXCEL 计算有 X,Y 的二次方程，能做的第一步工作就是先画好流程方框图，将其中的二次方程解为一次方程，然后再在 EXCEL 中输入方程。但在输入过程中流程本身也会有很多循环， EXCEL 也不支持流程循环，因此还必须将一些未知数据假设为已知数据进行输入，然后用试差法进行验证，这只需更改一两个数据即可的出结论。三段除渣流程浆料循环处理计算比较复杂，为了不影响整个浆水平衡的计算，可以先浆三段除渣的浆水平衡单独做一张表格，使数据合理化，这不能强行用数字使之平衡，必须要根据生产的实践经验平衡数据，然后再将结果作为造纸车间的已知的未知数据，将其列入到图表左侧的已知数据栏里，作为整个流程的数据支持。如果整个流程的计算公式输入正确的话，计算完毕后可以再验证那些被定为已知数据的未知数据，可以发现是正确无误的。造纸车间流程计算过程中的公式很多，可根据个人的习惯进行输入。

•  浆水管径选择

浆水管径的选择取决于介质的流速，通常设计过程管径的选择取用公式 。 Q 为流量（ m 3 /h ） ,V 为流速（ m/s ）。而在制浆造纸设计规范当中，介质的流速值取的是经验值，相对较低，已不适合现在的工厂设计。现在工厂设计的规模越来越大，如果还是按照规范取值的话，管道的管径相对就很大，每个设备的进出口变径级数相应的就有两三级，因此现制浆造纸设计规范已越发显示出其局限性。因此需要 计 算和核实。浆管的管径选择主要取决于浆料的流动速度，浆料的流速取决于 雷诺准数 Re 。

Re=duρ/μ ( 它是一个无因无单位的数群 )
　 式中： d--- 管子的内径，其单位为 m ，因次 [L] ；
u--- 流体流动的平均速度，其单位为 m/s 因次 Lθ ；
ρ--- 流体的密度，其单位为 kg / m3 ，因次为 M / L3 ；
μ--- 流体的粘度，其单位为 Pa .s 或 kg /m .s ，因次 M/Lθ 。
Re<=2000----- 滞 流

Re>4000------------ 湍流
2000< Re<4000------- 过渡流

浆管的雷诺准数 Re 若大于 4000 ，流体会产生湍流，浆料就会产生结团等现象，不利于纤维疏解。雷诺准数制约浆管流速的增大，相反流速又影响雷诺准数，因此必须要根据厂方的生产实践和设计人员的计算确定其中关系，用合适的流速来选择管径。现根据其他设计公司提供的资料编写下列表格，可供参考。

用 EXCEL 计算浆水平衡快捷、精确、再次编辑方便，它的局限性在于只适合一种流程，暂时输入界面不够直观，计算输入不够人性化，小变动可以适应，但若有较大的差异，就必须要重新开始浆水方框图和数据输入，因此还要继续改进，使之使用方便，功能完善。

工欲善其事必先利其器。设计思路和设计理念固然重要，但如果能更好的利用现有工具，那在设计过程中就可以充分发挥个人的能力和才干，体现集体的实力水平，达到事半功倍的效果。

_______________________________________________________________［2007第2期］