1.6.6.3. Автоматизация процесса составления композиции бумажной массы

Технология процесса. В состав бумажной мас­сы входят несколько видов волокнистых и нево­локнистых компонентов. К волокнистым компо­нентам относятся различные виды целлюлозы, дре­весной массы, оборотный брак, к неволокнистым — наполнители, красители, клеящие вещества, коа­гулянты, флокулянты, придающие бумаге опреде­ленные свойства. Число компонентов смеси для некоторых видов бумаг превышает десяток.

Волокнистые компоненты подаются в смеситель­ный (композиционный) бассейн подготовительного отдела. Далее масса поступает в машинный бассейн, затем к смесительному насосу, где смешивается с обо­ротной водой. Пройдя систему очистки, масса подает­ся в напускное устройство. Неволокнистые компоненты в зависимости от вида бумаги могут поступать в раз­ные места: смесительный, машинный бассейн, к сме­сительному насосу, в напускное устройство.

Принципы управления композицией. Важней­шей задачей систем управления приготовления бу­мажной массы является стабилизация соотноше­ния компонентов в композиции массы [160]. При этом должна обеспечиваться заданная производи­тельность потока.

Системы управления содержанием волокнис­тых компонентов строятся как двухуровневые (рис. 1.127): на нижнем уровне осуществляется стабилизация объемных расходов, на верхнем — стабилизация заданных значений уровня в смеси­тельном бассейне и весового содержания компо­нентов массы [164].

Регулятор уровня в смесительном бассейне рас­считывает суммарный расход компонентов, который необходим для обеспечения заданного значения уров­ня. Обычно используются модификации пропорци­онально-интегрального закона регулирования:

где F_set — требуемый суммарный расход компо­нентов; L, L_set — текущий и заданный уровни

в смесительном бассейне; k_n, h- — коэффициенты

р ¹

пропорциональной и интегральной составляющей регулятора уровня.

Расходы отдельных компонентов определяются из уравнений (1.229) и (1.230).

Общий расход массы должен быть равен сумме составляющих:

Весовое содержание i-ro компонента в компози­ции должно быть равно заданному значению:

где a_set — заданное значение весового содержания компонента; F_set — задание регулятора расхода ком­понента; С — измеренное значение концентрации компонента; k — максимальное количество ком­понентов в композиции; индекс i относится к i-му компоненту.

В результате решения системы уравнений (1.229), (1.230) определяются задания регуляторов расхо­дов каждого компонента:

Если какой-либо компонент исключается из ав­томатического управления композицией, например, с индексом «к», то задание автоматической систе­ме регулирования (АСР) расходов рассчитывается по формуле

Стабилизация расхода на расчетном уровне про­изводится путем изменения положения регулиру­ющего органа на соответствующем потоке. При этом, как правило, используется пропорциональ­но-интегральный закон регулирования.

Точность управления композицией существен­но зависит от точности измерения концентраций. Например, погрешность АС = 0,2 % (проценты кон­центрации волокна) дает погрешность определения композиции лиственной и хвойной целлюлозы Да - 1,5 % (проценты весового содержания).

В производственных условиях погрешности из­мерителей концентрации волокнистых масс зачас­тую имеют большие значения, чем заявленные из­готовителями приборов. Низкочастотные состав­ляющие ошибок, вызванные изменением качества компонентов бумажной массы, могут быть скомпен­сированы по данным лабораторных анализов.

Рассмотрим алгоритм, описанный в работе [164]. Градуировочная характеристика измерителя имеет вид

C(t)=J_ja_i(t)X_i(t), (1.233)

где С — расчетная концентрация массы; — ко­эффициенты, i = 0, 1, 2, ...; Х- — переменные (сиг­нал измерителя концентрации и параметры, влия­ющие на показания измерителя, например, темпе­ратура и расход массы); t — текущее время.

В момент отбора образцов на лабораторный ана­лиз запоминаются все текущие значения перемен­ных С, После ввода результатов анализа зна­чения коэффициентов градуировочной характерис­тики пересчитываются по формуле

где C_lab — значение лабораторного анализа кон­центрации массы; d — настроечный коэффициент; t_Q — время отбора образцов.

Системы управления содержанием неволокнис­тых компонентов в композиции строятся как двух­уровневые. На нижнем уровне осуществляется ста­билизация соотношений расходов компонентов и рас­хода бумажной массы на БДМ путем изменения по­ложения регулирующего органа на соответствующем потоке компонента. На верхнем уровне формируют­ся задания соотношений расходов, поступающие от систем управления качеством бумажной массы или готовой бумаги. Если такие системы отсутствуют, то задание соотношений расходов устанавливает опера­тор процесса. Например, на рис. 1.128 представлена система управления процессом подачи химикатов в бумажную массу бумаги для печати.

Задание соотношения расходов глинозема и бу­мажной массы формирует АСР рН бумажной мас­сы, задание соотношения каолина — АСР зольно­сти готовой бумаги, а соотношение полиакрил амид а задает оператор технологического процесса.

В системах регулирования соотношений расхо­дов, как правило, используется пропорционально-интегральный закон:

где т. — положение регулирующего органа на по­токе компонента; F, С — расход и концентрация бумажной массы; С- — расход и концентрация компонента; OL_iset — заданное значение весового содержания компонента в композиции; k_n, к- — настройки регулятора соотношения расходов; ин­декс i относится к г-му компоненту.

Измерители концентраций неволокнистых ком­понентов массы часто отсутствуют либо имеют вы­сокую стоимость. Поэтому в системах регулирова­ния процессом смешения этих компонентов исполь­зуются лабораторные значения концентраций.

I пециальные средства измерения состава мас­сы. Для автоматического измерения соотношения ь^локнистых компонентов в бумажной массе может быть использован анализатор длины волокна Kajaani FSA (см. пп. 1.6.6.2). Метод основан на i азличии в форме распределений длин волокон ком­понентов массы. Для этого определяются функции распределения длины волокон отдельных компонен­тов, а затем их смеси. Анализатор рассчитывает соотношение на основе полученных функций рас­пределения. К одному анализатору может быть под­ключено до четырех потоков волокнистой массы.

Погрешность определения соотношения компо­нентов этим методом довольно большая. Напри-

I, для смеси лиственной и хвойной целлюлозы она составляет 2 % , несмотря на то, что различия з распределении длин этих волокон очень четкие [165]. Поэтому автоматическое определение ком­позиционного состава в основном осуществляется путем измерения расходов и концентраций компо­нентов и расчета их весовых соотношений по фор­муле, аналогичной (1.230).

Для измерения расходов массы используются общепромышленные приборы. Разработка специа­лизированных средств контроля концентрации волокнистой массы идет более 50 лет. За это вре­мя создано около 40 ООО типов датчиков. Наибо­лее распространенные методы измерения базиру­ются на оценке усилий, действующих на обтекае­мое массой тело, и на взаимодействии проходяще­го света с волокнами массной суспензии [166].

И змеритель средних концентраций массы SMART-PULP (фирма «Metso Automation*) осно­ван на определении усилия среза, действующего на чувствительный элемент (рис. 1.129), помещен­ный в движущуюся массу [167]. Сила поперечного сдвига зависит от концентрации. Момент сопро­тивления, возникающий на валу чувствительного элемента 3, измеряется и преобразуется в преобра­зователе 1 в электрический сигнал. Он подается на вторичный преобразователь 2, где осуществля­ются расчет концентрации, формирование стандарт­ного выходного сигнала и калибровка измерителя.

Лопатка, имеющая вид «хоккейной клюшки», по­вышает чувствительность датчика к концентрации за счет увеличения составляющей усилия среза, связанной с поверхностным трением. Форма чув­ствительного элемента максимально сокращает влияние составляющей силы, зависящей от скоро­сти потока. Предусмотрена температурная компен­сация.

Как у всех измерителей, основанных на опреде­лении сопротивления движению массной суспен­зии, показания зависят от свойств массы. Поэто­му для SMART-PULP существует более 40 гото­вых калибровочных кривых для различных сортов массы и чувствительных элементов. Низкочастот­ные составляющие ошибок измерения в процессе эксплуатации могут быть скомпенсированы по дан­ным лабораторных анализов путем их ввода с пуль­та управления и автоматической подстройки ка­либровочной характеристики.

Датчик концентрации устанавливается на на­порном трубопроводе, а вторичный преобразова­тель — на щите.