Регулирование концентрации массы при производстве бумаги Я. Вехмас, С. Сааренмаа, Ю. Риккинен



Скачать 101.9 Kb.
Дата24.04.2016
Размер101.9 Kb.

Регулирование концентрации массы при производстве бумаги

Я. Вехмас, С. Сааренмаа, Ю. Риккинен

Metso Automation Inc., Финляндия

T. Riippa

Metso Analysers and Consistency Products, Scandinavian Electronics Pty Ltd, Австралия


1. Вступление

Конкуренция на рынке бумажной промышленности сейчас сильнее, чем когда бы то ни было, и чтобы выжить в сложившихся условиях, производителям приходится специализироваться в той области, где они наиболее успешны. На рынке постоянно появляются новые, высокоспециализированные сорта бумаги, особенности которых ориентированы на растущие требования процессов дальнейшей обработки и конечных потребителей. Со временем число различных сортов бумаги растет, и смена сорта бумаги на БДМ происходит все чаще.

Число случаев изменения сорта бумаги на финских БДМ, производящих бумагу высокого качества, возросло на 20–30%, а в отдельных случаях достигало 70% в сравнении с предыдущими тремя годами. Наиболее значительные изменения частично вызваны тем, что заказы в настоящее время несомненно меньше, чем ранее. В большинстве случаев это приводит к снижению коэффициента использования БДМ.

2. Изменения технологии

Частые изменения сорта бумаги на БДМ увеличивают объем брака и снижают эффективность производственных линий. Для борьбы с этой проблемой происходит модификация производственных процессов, чтобы уменьшить затраты времени на смену сорта бумаги. На практике это означает меньшие объемы емкостей и камер. Хорошим примером этого является концепция мокрой части, разработанная Метсо. Это решение для короткого цикла БДМ существенно отличается от традиционных подходов: объемы емкостей значительно меньше, а камеры смешивания ликвидированы. Данный подход обеспечивает быструю и точную смену сортов.



Рис. 1
Однако снижение объемов емкостей также снижает отказоустойчивость производства. Как следствие, сбои, происходящие на ранних стадиях процесса, с большей вероятностью достигают БДМ, вызывая проблемы ее работоспособности или качества бумаги. Поэтому необходимо идентифицировать возмущения и либо ликвидировать их, либо эффективно и оперативно ослаблять их влияние на технологический процесс.

Для процессов изготовления бумаги наиболее типичны проблемы, связанные с колебанием давления и последующими колебаниями скорости потока. Технология процесса была эффективно адаптирована для стабилизации давления, к примеру, с помощью емкостей и быстрых точных средств управления. В динамических процессах одним из наиболее критичных параметров стала консистенция.



3. Управление весом

Типичный пример управления консистенцией – управление весом. Это классический параметр, который интересует всех производителей бумаги и оказывает значительное влияние на качество конечной продукции, работоспособность БДМ и экономическую эффективность всей производственной линии. Вес бумаги важен не только до наката, но и на всех последующих этапах производства и для конечного пользователя. В связи с ростом числа изменений сорта бумаги растет и важность управления весом.

Традиционно, вес бумаги управляется клапаном веса. Этот метод был усилен технологически (к примеру, камеры регулирования), средствами КИП (насосы с регулируемой скоростью подачи, особые клапаны) и их комбинацией. Однако наибольшее развитие в технологии управления связано со сканерами. Сканеры обеспечили большую точность и скорость в управлении весом и сделали управление весом в поперечном направлении важным параметром работы БДМ. Управление весом в поперечном направлении и, следовательно, работоспособность существенно зависят от управления весом в машинном направлении.

Далее мы подробнее рассмотрим составные части управления весом.



3.1. Измерение консистенции

Рис. 2
Измерение консистенции должно всегда быть точным и надежным, что также необходимо и для более сложных приложений.

Измерение общей консистенции необходимо, поскольку вес бумаги формируется из волокон и заполнителя. Измерение только консистенции волокон применимо на БДМ, где объем заполнителей должен быть тщательно отрегулирован, к примеру, чтобы поддерживать высокую прочность бумаги или на машинах с постоянной зольностью. Однако простое добавление веса зольности к консистенции волокна не является достаточно надежным способом. В случае вариаций состава наполнителей измерение не сможет их выявить и наиболее распространенной проблемой является то, что колебания зольности исходного материала остаются незамеченными, пока не проявляются в виде колебаний веса на БДМ.

Еще более типичными, чем колебания зольности исходного материала, являются возмущения, вызванные проблемами с подачей оборота или функционированием дискового фильтра. Часто эти проблемы оказывают влияние на весь процесс и достигают БДМ.

Рис. 3

Рис. 4
Если значение имеет только консистенция волокна, то хорошим выбором будет механический трансмиттер консистенции. Они бывают двух основных видов – лопастные и роторные. Оба они измеряют усилие сдвига – чем больше волокон содержит целлюлоза, тем больше энергии требуется для продвижения сквозь них. Однако усилия сдвига не всегда отражают общую консистенцию. К примеру, заполнители, используемые при производстве бумаги, не увеличивают усилие сдвига внутри целлюлозы, т. к. не формируют связей с другими частицами, такими как волокна, а ведут себя скорее, как смазка между волокнами.

Рис. 5
Использование целлюлозы, произведенной из древесины различных пород или в результате различных производственных процессов, также может вызывать проблемы, поскольку порождает различное усилие сдвига. К примеру, усилие сдвига в мелковолокнистой механической целлюлозе значительно меньше, чем в химической целлюлозе той же консистенции. На практике этих проблем можно избежать при условии, что используется целлюлоза, значительно отличающаяся по усилию сдвига. Большинство трансмиттеров, представленных на сегодняшний день на рынке, могут быть настроены на несколько рецептур, и при смене сорта также меняется рецептура.

На современных БДМ управление весом основывается на показаниях анализаторов общей консистенции, использующих либо оптические, либо микроволновые принципы.

Оптическое измерение консистенции получило значительное развитие в последние годы, и, по словам их производителей, сегодня они способны надежно измерять и консистенцию волокон и общую консистенцию. Точное измерение общей консистенции оптическим прибором является сложной задачей из-за различной формы и размеров частиц волокна и заполнителя. Свет, рассеиваемый средой, также играет важную роль в оптике. Все волокна и заполнители имеют свои особые, уникальные, рассеивающие характеристики, и изменение количества или качества заполнителя может вызвать проблемы при оптическом измерении консистенции.

Рис. 6
На БДМ, где заполнители используются строго контролируемым образом, оптическое измерение консистенции достаточно надежно даже для контроля за базовым весом. Однако если исходным сырьем является макулатура, то возможны неконтролируемые изменения в качестве и составе наполнителя, что может вызывать проблемы при измерении консистенции. Подобных флуктуаций в управлении весом следует избегать.

По этой причине все большее распространение при управлении весом получают микроволновые анализаторы консистенции. Неоспоримым преимуществом этих приборов является их превосходная точность и надежность. За 10 лет их существования их производительность и простота использования неуклонно улучшались. Микроволновая технология дает объективную оценку консистенции, на которую не влияют колебания наполнителя и целлюлозы, и может быть использована на БДМ и КДМ всех типов.



3.2. Управление расходом

Рис. 7
Управление расходом массы высокой концентрации настолько же важно, как и управление консистенцией. Обычный метод – использование клапана. В последнее время также применяются насосы с регулируемой скоростью. С ростом потребностей обрабатывающей отрасли управление весом было возложено на особые клапаны, разработанные специально для этой цели. В наши дни производство клапанов вышло на такой уровень, что управление расходом массы высокой концентрации во всем рабочем диапазоне может осуществляться только одним клапаном. Приводы с шаговым электродвигателем гарантируют, что даже очень малые изменения могут осуществляться в высшей степени точно – весь диапазон открытия клапана может быть поделен на 28 200 шагов, обеспечивая минимальное изменение расхода всего в 0.003 л/сек (D150). Подобные клапаны дают такие результаты в управлении, которые едва ли могут быть достигнуты насосами с регулируемой скоростью вращения.



3.3. Управление


Рис. 8
Что есть мощь без должного управления? Даже лучшие средства КИП бесполезны без эффективной системы управления ими.

Рис. 9
Основа управления весом – обратная связь от первого поперечного сканера к клапану веса. Этот контур работает всегда, однако зачастую он слишком медленный и не соответствует нынешним стандартам производительности. Причиной тому является неизбежная задержка в несколько минут, вызванная объемом процесса и расстоянием от клапана до сканера. При использовании управления консистенцией на основе управления расходом, т. е. управления с упреждением, отрицательные эффекты этого запаздывания можно преодолеть.

Управление с упреждением может быть реализовано на любой стандартной мокрой части БДМ. Оно изменяет расход массы высокой концентрации для компенсации отклонений в консистенции, как только они возникают, – в реальном времени, без задержек. К тому моменту, когда точка отклонения достигает БДМ, ее эффект на вес уже ликвидирован.

Технологии управления постоянно развиваются. На предприятиях ЦБП становятся все более распространены многосвязные системы управления, учитывающие взаимодействия между различными переменными – зольностью, влажностью и т. д. Более сложные средства управления только подчеркивают важность измерений.

4. Управление консистенцией до управления весом

Вес бумаги и в машинном и в поперечном направлении должен удовлетворять все более высоким требованиям. Чем ближе к напорному ящику, тем точнее должны быть средства измерения и элементы управления. Вне зависимости от того, насколько хорошо разработан и настроен контроллер подачи массы высокой концентрации, он не всегда может гарантировать полностью удовлетворительные конечные результаты. Некоторые колебания консистенции невозможно устранить одним контуром управления. Таким образом, часто имеет смысл разделить управление общей консистенцией на несколько контуров. Управление консистенцией целлюлозы разных типов, поступающей на вход камеры смешивания, упрощает управление консистенцией после смешения.

В некоторых случаях консистенция должна быть измерена с такой высокой степенью точности, что даже качество и давление оборотной воды могут повлиять на результаты управления. Качество оборотной воды зависит от ряда факторов, возможно наиболее важным из которых является степень удержания сетки. Изменения этого параметра вызывают изменения в консистенции (содержании сухого вещества) оборотной воды, что затем влияет на точность управления консистенцией и весом. Механические трансмиттеры консистенции не могут реагировать на подобные мелкие изменения, однако микроволновые анализаторы способны их регистрировать.

Другой типичной проблемой в этой области являются колебания в давлении оборотной воды. Даже несмотря на то, что давление оборотной воды должно быть под контролем, это не может гарантировать устойчивость потока во всех ситуациях. К примеру, при обрыве полотна колебаний давления избежать нельзя и качество управления консистенцией вероятнее всего снизится. Таким образом, очень важно знать реальный расход воды, а не только положение подающего клапана. Во многих случаях неточного измерения консистенции настоящая причина была в неконтролируемых колебаниях давления оборотной воды.



Рис. 10
Рисунок иллюстрирует принципы усовершенствованного управления консистенцией. Измерения расхода на линиях подачи массы и оборотной воды гарантируют, что изменения расхода не приведут к колебаниям консистенции, т. к. колебания давления воды компенсируются быстрым управлением расходом.

Управление такого рода, к примеру входными потоками в смесительную емкость, значительно облегчает управление консистенцией в последующих контурах управления. Управление консистенцией после смесительной емкости – последний контур управления консистенцией в стандартной системе – может быть настроен гораздо жестче. Это обеспечивает более стабильную консистенцию массы высокой концентрации и веса.


5. Исследования, проведенные на современной БДМ

Рис. 11
Рассмотрим в качестве примера современную технологическую линию, на которой используются все элементы управления, описанные выше. Это финская БДМ, которая недавно была полностью реконструирована и сейчас производит 400,000 тонн в год высококачественной мелованной бумаги.

Управление мокрой частью и весом осуществляется многосвязным блоком управления (IQWetEndMD). Управление консистенцией в линиях подачи массы к смесительной емкости основано на измерениях MCAi, а подача массы высокой концентрации регулируется клапаном NelesACE.




Рис. 12
Результаты использования всех средств КИП и методов управления исключительно положительные. Управление консистенцией осуществляется во всех ситуациях. Упреждающее управление весом компенсирует вариации консистенции в реальном времени, до того как они отразятся на реальном бумажном полотне.

Рис. 13
Клапан управления весом NelesACE гарантирует быстрые и точные изменения веса, и операторы уверены, что применение насосов с регулируемой скоростью вращения едва ли смогло бы обеспечить ту же точность и надежность управления.

Рис. 14
В случае необходимости частых изменений веса и сорта бумаги основной задачей становится минимизация времени на их реализацию. Экономия времени, которая с первого взгляда может показаться незначительной, накапливается и становится внушительной, когда речь заходит о подсчете фактического рабочего времени БДМ за год.
6. Выводы

Вес бумаги является одним из наиболее важных управляемых факторов работы БДМ, поскольку он влияет и на качество бумаги и на работоспособность машины. Управление весом значительно влияет на производительность БДМ, и это становится особенно заметно, когда изменения веса и сорта бумаги становятся более частыми. Быстрое и точное управление весом возможно реализовать только используя надежные методы измерения общей консистенции вне зависимости от зольности.



Прогресс в сфере микроволновых трансмиттеров за прошедшие несколько лет привел к появлению надежных и легких в использовании приложений, чем когда бы то ни было. С ростом потребностей и нужд бумажной промышленности этот прогресс будет только увеличиваться.

Даже очень сложный элемент управления не может обеспечить хорошие результаты, если он выполняет свою задачу в одиночку. Управление консистенцией должно осуществляться на всех стадиях процесса. Для минимизации брака необходимо быстрое, точное и надежное функционирование клапана управления весом. Этого можно достичь, объединяя традиционные средства с современными средствами КИП и методами управления.


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница