книги из ГПНТБ / Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов

сопротивления (поз. 2). Защитные трубки термометров сопротивле­ ния изготовляются из кислотоупорной стали.

Для контролирования и сигнализации температуры масла в си­ стеме дефибрера применяютконтактные ртутные стеклянные тер­ мометры. Знать температуру масла необходимо, так как при ее увеличении масло пенится, вязкость его уменьшается, и работа на­ соса ухудшается.

Для сигнализации о повышении температуры воды, охлаждаю­ щей подшипники дефибреров и двигателей, служат ртутные стек­ лянные термометры, устанавливаемые на каждом дефибрере, а также специальная аппаратура температурной встроенной за­ щиты, работающая в комплекте с термометрами сопротивления (на рис. 101 не показана). При перегреве подшипников может распла­ виться баббит и дефибрер или двигатель выйдет из строя.

Очень важно измерять, а в некоторых случаях регулировать

дов 10 измеряются и сигнализируются уровнемерами с пьезометриче­ скими трубками, в комплект каждого из которых входят дифманометр сильфонный, первичный показывающий прибор, позиционный регулятор и мембранный сигнализатор. Таким же уровнемером, но без сигнализации, измеряется уровень массы в желобе над пло­ скими вибрационными щеполовками.

ПИ-регуляторами регулируются уровни древесной массы в ме­ шалке 6 после молотковых мельниц 5 (поз. 5), в мешалках 12 и 13 для размолотых отходов (поз. 15 и 16) и в бассейне 14 небе­ леной древесной массы (поз. 17). В комплекты этих регуляторов входят пьезометрические трубки, сильфонные дифманометры, регу­ лирующие заслонки с поршневыми следящими приводами и пер­ вичные показывающие приборы с дистанционным задатчиком. По­ добными же регуляторами, но с установкой по месту регулируются уровни массы в баке постоянного напора 7 перед центробежными сортировками первой ступени (поз. 7) и в желобах после сортиро­ вок 8. Для работы центробежных сортировок решающее значение имеют постянство давления и концентрация поступающей на сор­ тирование древесной массы. Основная задача центробежной сорти­ ровки состоит в удалении грубого волокна и крупного сора. Кон­ центрация отходов сортирования зависит от первоначальной кон­ центрации массы. С повышением первоначальной концентрации отверстия сит сортировки забиваются волокном, что приводит к сни­ жению производительности, увеличению концентрации отходов и возрастанию расхода электроэнергии: В свою очередь эффектив­ ность работы рафинеров 15 и 16 зависит от концентрации отходов.

Концентрация древесной массы перед центробежными сорти­ ровками 8 (поз. 4) и концентрация размолотых отходов после пер­ вой мешалки 12 для размолотых отходов (поз. 12) регулируется ПИ-регуляторами в комплекте с показывающими первичными при­ борами и первичными измерительными преобразователями концен­

277

Автоматизация процессов приготовления бумажной массы. В за­ висимости от вида вырабатываемой бумаги бумажная масса мо­ жет состоять из различных компонентов. Например, при производ­ стве писчей бумаги в состав массы входят целлюлоза сульфитная хвойная, целлюлоза сульфитная лиственная, древесная масса, као­ лин, клей канифольный, глинозем, полиакриламид и краска. Произ­ водство бумажной массы осуществляется в размольно-подготови­ тельном отделе. Технологическое оборудование этого отдела со­ стоит из мешалок, баков, бассейнов, закрытых узлоловителей, низ­ ковакуумных фильтров, мельниц для размола брака и рафинеров (дисковых мельниц).

Во всех мешалках, баках, бассейнах, а также в ваннах низко­ вакуумных фильтров регулируются по высоте уровни находящихся в этих устройствах веществ при помощи уровнемеров с пьезометри­ ческой трубкой и ПИ-регуляторов пневматического действия.

На входе в отдел расходомером переменного перепада изме­ ряется расход свежей фильтрованной воды, а комплектами из электромагнитных расходомеров с измерителями концентрации — содержание абсолютно сухого вещества в сульфатных целлюлозных хвойной и лиственной массах.

Основная задача этого отдела — приготовление однородной по концентрации и композиции бумажной массы. Поэтому основными автоматическими устройствами в отделе являются измерители и регуляторы концентрации и композиции массы.

Регулирование концентрации целлюлозной, бумажной или дре­ весной массы осуществляется после мешальных бассейнов для сгу­ щенного брака, для размолотого брака, для сгущенной хвойной целлюлозы, для сгущенной лиственной целлюлозы, для древесной массы, для размолотой лиственной целлюлозы, для размолотой хвойной целлюлозы, а также после смесительного и машинного бассейнов. Для этой цели используются различные регуляторы кон­ центрации: с изогнутой фрикционной трубкой, с плоским поплав­ ком, роторные и др.

Выбор типа регулятора концентрации определяется не только конструктивными преимуществами данного регулятора или эконо­ мическими выгодами, но также и характером производства, сор­ том и количеством применяемых волокнистых материалов.

Регулятор концентрации с изогнутой фрикционной трубкой ра­ ботает удовлетворительно и его можно применять при производ­ стве газетных, писчих и печатных видов бумаги, которые выраба­ тываются из сравнительно короткого волокна; в производстве же длинноволокнистой бумаги, особенно пеньковой, тряпичной и т. п., чувствительность этого регулятора снижается. Этот регулятор не­ сколько хуже выравнивает концентрацию целлюлозы, чем дре­ весной массы; чувствительность его зависит также от количества массы, от качества настройки регулятора и свойств объекта регу­ лирования.

Регулятор концентрации с плоским поплавком совершеннее, чем регулятор с изогнутой трубкой, и может применяться с одинаковым

279

успехом для регулирования целлюлозной и древесной массы. При использовании этого регулятора основное значение имеет правиль­

ками системы регулирования.

Регуляторы концентрации в вращающимся ротором являются современными, широко применяемыми приборами. Они исполь­ зуются при регулировании как хвойных и лиственных целлюлозных масс, так и древесной небеленой и беленой массы. На работу этих регуляторов влияет качество помола массы, а также непостоянство динамических и статических свойств объекта регулирования.

При установке регулятора концентрации любого типа его месторасположение должно определяться свойствами регулятора и объекта. Регуляторы концентрации могут быть быстродействующие, такие, как позиционные и П-регуляторы и замедленнодействующие, такие, как И-регуляторы, ПИ-регуляторы, и ПИД-регуляторы. Хотя в ПИ- и ПИД-регуляторах имеется быстродействующая пропорцио­ нальная составляющая, но в конечном счете они работают замед­ ленно из-за наличия интегральной составляющей.

По динамическим свойствам объекты регулирования концент­ рации в первую очередь характеризуются транспортным запазды­ ванием, т. е. временем, в течение которого регулирующее воздей­ ствие в виде добавления в массу разбавляющей оборотной воды приводит к изменению концентрации на входе регулятора, т. е. к изменению выходного сигнала измерителя концентрации.

Чем меньше транспортное запаздывание, тем более простыми средствами автоматизации оснащается объект регулирования и улучшается процесс регулирования. При регулировании концентра­ ции становятся незначительными колебания массы 1 м2 бумажного полотна, если время транспортного запаздывания не превышает 8 с. При запаздывании равном 10—20 с применение регуляторов дает нужный результат лишь при правильной настройке регулятора и правильном выборе пропускной способности регулирующего органа. При наличии большого транспортного запаздывания при­ меняются ПИД-регуляторы.

П-регуляторы концентрации применяются в том случае, если при небольшом транспортном запаздывании наблюдаются резкие изменения концентрации в результате возмущающих воздействий на объект регулирования.

Решающее значение для качества работы регуляторов концент­ рации массы имеет стабилизация уровня в объекте регулирования (бассейне), постоянство давления оборотной воды и постоянство поступления однородной массы, так как только при этих условиях остаются почти неизменными статические характеристики системы регулирования.

При наличии высокопроизводительных бумагоделательных ма­ шин для приготовления бумажной массы используются автомати­ ческие ПИ-регуляторы композиции с электромагнитными расходо­ мерами, которыми измеряются и регулируются расходы хвойной

280

и лиственной целлюлозных масс, а также древесной массы. Рас­ ходы других веществ, входящих в композицию бумажной массы,, измеряются ротаметрами и стабилизируются ПИ-регуляторами.

Большое значение имеет измерение садкости целлюлозной массы после рафинеров как первой, так и второй ступени, для чего ис­ пользуются соответствующие автоматические приборы.

Автоматизация процесса изготовления бумажного полотна. Од­ ним из основных показателей качества и однородности бумаги является постоянство массы 1 м2 бумажного полотна как в продоль­ ном, так и в поперечном направлениях листа. Бумага неоднород­ ная по размеру массы 1 м2, как правило, оказывается неоднород­ ной и по другим показателям: по просвету, гладкости, влажности, объемному весу и механической прочности. Колебания массы 1 м2 могут явиться причиной повышения обрывности бумаги на бума­ годелательной машине и отделочных станках, увеличения процента холостых ходов, ухудшения качества намотки, изменения себестои­ мости бумаги и т. п.

Решение задачи поддержания однородности бумажного полотна на современных широких и быстроходных бумагоделательных ма­ шинах в первую очередь зависит от постоянства технологического режима на всех этапах производства целлюлозы, древесной и бу­ мажной массы, а в конечном счете — от режима изготовления са­ мого бумажного полотна. Поддержанию устойчивого технологиче­ ского режима бумагоделательной машины во многом способствуют автоматические регуляторы, обеспечивающие однородный отлив, обезвоживание и свойства вырабатываемой бумаги.

На рис. 102 приведена упрощенная функциональная схема ав­ томатического контроля и регулирования процессов отлива и обез­ воживания бумажного полотна в мокрой части бумагоделательной машины.

Расход полиакриламида, вводимого в бумажную массу, изме­ ряется ротаметром с пневматическим передающим преобразова­ телем и регулируется ПИ-регулятором соотношения (поз. 1) соот­ ветственно расходу бумажной массы, измеряемому электромагнит­ ным расходомером (поз. 5). Регулирующий орган устанавливается на линии ввода полиакриламида в бумажную массу непосредст­ венно перед коническим коллектором напорного ящика. Поли­ акриламид повышает удержание наполнителя, эффективность проклейки, прочность бумаги на разрыв, сопротивление продавливанию и излому, силу сцепления между волокнами, ускоряет обезво­ живание бумажного полотна на всех его стадиях.

Кислотность бумажной массы регулируется по размеру показа­ теля концентрации водородных ионов ПИ-регулятором расхода глинозема (поз. 7) с коррекцией по размеру pH (поз. 8). Для контроля за pH незначительное количество бумажной массы от­ бирается из общего потока и сливается в сборник 4 регистровой воды.

Однородность отливаемого бумажного полотна зависит от ка­ чества работы напорного ящика. На современных быстроходных

281

бумагоделательных машинах напорные ящики являются закры­ тыми, и равномерный напуск массы на сетку машины с неизменной скоростью обеспечивается регулированием давления в воздушном пространстве и уровня массы в ящике, а также регулированием пе­ репада давлений между входом и выходом массы из конического коллектора. Регулирование уровня производится ПИ-регулятором (поз. 3), регулирующий орган которого устанавливается на массопроводе перед коническим коллектором. Наиболее доброкачествен­ ное регулирование уровня осуществляется тогда, когда регулирую­ щий орган поставлен на байпасе главного массного вентиля или задвижки. В этом случае предварительно посредством дистанцион­ ного управления оба регулирующих органа — главный и на бай­ пасе— соответственно заданному уровню и расходу массы устанав­ ливаются примерно в средние положения. Это необходимо для до­ статочного перемещения регулирующего органа на байпасе как в сторону открытия, так и в сторону закрытия. На регулятор уровня подается корректирующий сигнал по давлению в воздуш­ ном пространстве напорного ящика.

Давление в воздушном пространстве напорного ящика (так на­ зываемая водушная подушка) регулируется ПИ-регулятором (поз. 2), воздействующим на регулирующие клапаны с мембран­ ным приводом. Регулирующие клапаны включаются таким обра­ зом, что при работе под давлением насос присоединяется к напор­ ному ящику нагнетательной стороной и воздух засасывается из ма­ шинного зала. При работе ящика под разрежением насос к ящику присоединяется всасывающей стороной и воздух выбрасывается в машинный зал. Напорный ящик на работу под давлением или разрежением переводится посредством дистанционного управления.

Перепад давления на коническом коллекторе поддерживается ПП-регулятором (поз. 6), регулирующий орган которого установ­ лен на линии сброса излишка массы из колектора в сборник ре­ гистровой воды.

Изменение и регулирование уровня в бассейнах и баках по­ средством ПИ-регуляторов осуществляется по всему потоку пьезо­ метрическими измерителями с пневматическими регулирующими устройствами. Такими комплектами измеряются и регулируются уровни в сборнике 2 отходов (поз. 4), в сборнике осветленной воды (поз. 9), в сборнике 4 регистровой воды (поз. 10), в сборнике 5 сосунной воды (поз. 11), уровни сгущенных отходов (поз. 14) и воды (поз. 16).

Увеличение разрежения в отсасывающих ящиках сверх нормы приводит к неравномерной гладкости лицевой и сеточной сторон бумаги. Как в отсасывающих ящиках, так и в прессовой части контроль разрежения имеет также и экономическое значение, по­ тому что самым дешевым способом удаления воды из бумажного полотна является его обезвоживание в мокрой части бумагоде­

283-

обезвоживание полотна в сушильной части, что позволит снизить себестоимость продукции.

Автоматическое регулирование разрежения в отсасывающих ящиках осуществляется ПИ-регуляторами (поз. 12 и 13). Контроль разрежения на гауч-вале и на отсасывающих валах прессов про­ изводится вакуумметрами (поз. 17, 18, 19, 20 и 21).

Кроме теплоэнергетических контрольно-измерительных приборов и автоматических регуляторов технологических процессов, на бу­ мажной фабрике большое значение имеют приборы учета работы бумагоделательных машин. С этой целью контролируются следую­ щие показатели: время работы бумагоделательных машин, обрывы бумажного полотна (поз. 15), скорость и производительность машин.

На рис. 103 приведена упрощенная функциональная схема ав­ томатического контроля и регулирования процесса обезвоживания и уплотнения бумажного полотна в сушильной части бумагодела­ тельной машины. От режима сушки зависят механическая проч­ ность, гладкость, плотность, впитывающая способность, воздухо­ проницаемость, прозрачность, усадка, влагопрочность, степень проклейки и окраска бумаги.

На скорость сушки влияют температура поверхности сушиль­ ных цилиндров, интенсивность вентиляции сушильной части, степень контакта бумажного полотна с поверхностью цилиндра, способ удаления конденсата и воздуха из сушильных цилиндров, свой­ ства вырабатываемой бумаги (толщина, степень помола бумаж­ ной массы, композиция). Имеют большое значение температура греющего пара, скорость машины и коэффициенты теплопередачи от пара к бумажному полотну, зависящие от чистоты стенок ци­ линдров снаружи и внутри, от наличия воздуха и конденсата в ци­ линдре, от степени натяжения и влажности сушильных сукон, от начальной и конечной влажности бумаги и др. Кроме того, сказываются конструктивные особенности бумагоделательной ма­ шины.

Цель автоматического регулирования процесса сушки — довести влажность бумажного полотна до нормативного размера и создать условия для равномерной влажности не только по длине, но и по ширине полотна. Бумажное полотно, имеющее оптимальную и рав­ номерную влажность, обладает эластичностью и мягкостью. При каландрировании оно хорошо уплотняется и сглаживается, при­ обретает лоск и прозрачность, его толщина выравнивается и умень­ шается, плотность увеличивается, т. е. бумага хорошо поддается отделке.

Увеличение или уменьшение влажности полотна по сравнению с оптимальным значением приводит к ухудшению качества бумаги или к ее браку. Пересушенное бумажное полотно утрачивает эластичность и мягкость, плохо уплотняется и сглаживается при каландрировании. Недосушенное полотно, будучи чрезмерно мяг­ ким, раздавливается при каландрировании, темнеет и приобретает пятнистость от пергаментированных пятен.

284

пар

Рис. 103. Упрощенная функциональная технологическая схема автоматического контроля и регулиро­ вания процесса обезвоживания и уплотнения бумажного полотна в сушильной части бумагоделатель­ ной машины:

1 — бак горячей воды; 2 — сборник конденсата; 3 — мешалка для сухого брака

Излишне влажное бумажное полотно легко рвется, в результате чего учащаются простои бумагоделательных машин и уменьшается выпуск готовой бумаги. Пересушка полотна вызывает перерасход пара и волокнистых материалов, отчего возрастает себестоимость бумаги и сокращается ее выпуск.

Для контроля за работой прессов целесообразно измерять влаж­ ность бумажного полотна при выходе его из прессовой части, т. е. перед поступлением в сушильную часть, что обеспечивает мини­ мально возможную влажность полотна перед сушкой с целью уменьшения расхода пара на сушку и увеличения срока службы сукон. Однако имеющиеся средства автоматического контроля влажности бумажного полотна по тем или иным причинам не удов­ летворяют производственным требованиям, и влажность полотна после прессовой части не измеряется.

Автоматическое регулирование влажности бумажного полотна выполняется различными способами. В одних случаях используют зависимость температуры насыщенного пара от его давления. При этом, чтобы добиться желательной температуры сушильных ци­ линдров, пар в питающем коллекторе держат все время под опре­ деленным, заранее заданным давлением. Если, например, в сушиль­ ные цилиндры поступает отработавший пар, то его давление под­ держивают на заданном значении путем дросселирования части поступающего отработавшего пара в бак 1 для горячей воды, а также впуском добавочного острого пара при снижении давления в коллекторе. Такое регулирование, однако, полностью не решает поставленную задачу, так как влажность бумажного полотна перед сушильными цилиндрами колеблется в очень широких пределах, и поэтому возникает необходимость еще и в ручном регулировании. Кроме того, только при работе на насыщенном паре имеется стро­ гая зависимость между температурой и давлением. При использо­ вании перегретого пара температура цилиндров не будет соответст­ вовать давлению пара.

Другой способ регулирования влажности бумаги заключается в регулировании температуры сушильных цилиндров путем ее измерения малоинерционными поверхностными термометрами со­ противления, термопарами или термисторами в комплекте с пере­ ключателем и с регулирующим прибором. Регулирование осуще­ ствляется по величине лишь одной из многих конструируемых температур и является малоэффективным, так как при этом значи­ тельное влияние оказывают свойства объекта регулирования (коэф­ фициент емкости, самовыравнивание, запаздывание, коэффициент усиления).

Третий способ регулирования влажности полотна по темпера­ туре сушильных цилиндров основан на регулировании расхода пара на сушку. В этом случае на трубопроводе перед коллектором устанавливается ПИ-регулятор расхода и ПИ-регулятор давления. Для измерения температуры цилиндров служат малоинерционные поверхностные термометры сопротивления, по показаниям которых налаживается работа вышеуказанных регуляторов.

2 8 6