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

древесноволокнистых плит требуется различное количество тепла и соответственно различный расход теплоносителя. В качестве теп­ лоносителя применяются либо пар, либо перегретая вода. Автома­ тическое программное регулирование расхода пара практически не дает желаемого результата, так как программой предусматрива­ ются очень значительные изменения расхода, включая небольшие расходы, неточно учитываемые расходомерами переменного пере­ пада. Регулирование расхода тепла по давлению греющего пара в плитах также не является оптимальным, так как при низких дав­ лениях и соответственно слабом поступлении греющего пара энергичный процесс конденсации может сопровождаться сни­ жением давления за счет конденсации (вплоть до появления раз­ режения).

Водяной обогрев дает возможность эффективно регулировать расход тепла на сушку и прессование. При водяном обогреве теп­ ло экономно расходуется и более равномерно распределяется по этажам пресса, т. е. уменьшается распределенность параметров по температуре плит пресса и конечной влажности прессуемых древес­ новолокнистых плит.

Перегретая вода, используемая для обогревания плит пресса, а также калориферов камер закалки, приготовляется в специаль­ ном аккумуляторе, оснащенном рядом автоматических регулято­ ров и контрольно-измерительных приборов. Цель автоматизации аккумулятора — обеспечение постоянства температуры перегретой воды независимо от ее расхода.

На рис. 116 приведена упрощенная функциональная схема ав­ томатизации аккумулятора перегретой воды.

Аккумулятор 6 представляет собой смесительный теплообмен­ ный аппарат, в котором тепло- и массообмен осуществляются пу­ тем непосредственного контакта и смешения подогреваемой воды и греющего пара. Циркуляция подогреваемой в аккумуляторе воды осуществляется насосами 1 и 2, непрерывно перекачивающими во­ ду из нижней в верхнюю часть аккумулятора, куда также непре­ рывно поступает греющий пар.

Подогретая вода отбирается насосами 3, 4 и 5 из верхней части аккумулятора и перекачивается в сушильный пресс и калориферы камеры закалки древесноволокнистых плит, откуда, немного ох­ лажденная, она возвращается в нижнюю часть аккумулятора. Из нижней части аккумулятора непрерывно отводится вода в объеме конденсата греющего пара, поступающего в верхнюю часть аккуму­ лятора.

Скорость воды в аккумуляторе очень невелика, и поэтому по его высоте имеется заметная распределенность температур. Тем­ пература возвращаемой в аккумулятор воды составляет примерно 198° С, а уходящей около 213° С. С такой температурой вода ухо­ дит в калориферы камеры закалки, а в пресс она поступает с тем­ пературой 210° С.

Для автоматического регулирования температуры перегретой воды, направляемой в сушильный пресс, используется ПИ-регуля-

347

Рис. 116. Упрощенная функциональная схема автоматизации аккумулятора перегретой воды:

/, 2, 3 , 4, 5 — насосы; 6 — аккумулятор перегретой воды

тор (поз. 15), исполнительное устройство которого в виде треххо­ дового регулирующего клапана устанавливается на линии возвра­ та воды из пресса. Через этот клапан в горячую воду примешива­ ется охлажденная вода с тем, чтобы температура воды, подавае­ мой в сушильный пресс, составляла 210° С.

Температура перегретой воды внутри аккумулятора стабилизи­ руется ПИ-регулятором (поз. 8), первичный измерительный пре­ образователь которого в виде термометра сопротивления устанав­ ливается в верхней части аккумулятора, а исполнительное устрой­ ство в виде регулирующего клапана с электрическим приводом — на трубопроводе греющего пара. Очень важно, чтобы термометр этого регулятора был малоинерционным и транспортное запазды­ вание в системе регулирования было минимальным. Это необхо­ димо для обеспечения хорошего качества регулирования темпера­ туры воды.

Аккумулятор взрывоопасен. Необходимо стабилизировать дав­ ление паров над уровнем воды в аккумуляторе, что достигается пропорциональным регулятором (поз. /), исполнительное устрой­ ство которого в виде трехходового перепускного регулирующего клапана с электрическим приводом устанавливается на линии ох­ лаждающей воды, подаваемой из нижней части в верхнюю часть аккумулятора.

Высота уровня воды в аккумуляторе стабилизируется П-регу- лятором (поз. 6), исполнительное устройство которого в виде ре­ гулирующего клапана с электрическим приводом устанавливается на линии конденсата уходящего из нижней части аккумулятора в котельную.

Манометрами общего назначения измеряется давление во вса­ сывающих и нагнетательных линиях насосов (поз. 2, 3, 4, 5, 9, 10, 11, 12, 13 и 14).

Для контроля температуры воды внутри аккумулятора на раз­ ной его высоте устанавливаются термометры сопротивления (поз. 7). Такие же термометры устанавливаются для измерения темпера­ туры охлажденной воды, перекачиваемой из нижней в верхнюю часть аккумулятора, и для измерения температуры перегретой во­ ды в трубопроводе на выходе из аккумулятора. В этих же местах устанавливаются ртутные стеклянные термометры (на схеме не по­ казано).

В верхней части аккумулятора имеется запорный вентиль с руч­ ным управлением для выпуска воздуха, попадающего в аккумуля­ тор с водяным греющим паром (на схеме не показан).

Автоматизация процесса изготовления древесноволокнистых плит в сушильном прессе. Процесс изготовления древесноволокни­ стых плит в сушильном прессе состоит из следующих стадий (ис­ ключая включение и отключение): отжима, сушки, закалки.

Продолжительность соответствующих стадий, или режим прес­ сования, и соответственно производительность пресса зависят от толщины подвергающихся сушке древесноволокнистых плит, их объемной массы, начальной и конечной влажности, от рода волок­

349

на и степени его размола, от размера полезной площади сушиль­ ной поверхности плит пресса, а также от применяемых темпера­ туры и давления прессования.

С увеличением толщины плит при прочих равных условиях про­ должительность сушки возрастает, а с увеличением объемной мас­ сы— уменьшается. С возрастанием степени размола продолжитель­ ность сушки также возрастает.

Начальная влажность поступающих в пресс древесноволокни­ стых полотен определяется степенью обезвоживания в отливочной машине и составляет 60—70%. Более низкая влажность вызывает при прессовании ухудшение качества плит, включая расслоение. При более высокой начальной влажности возрастает расход тепла на сушку плит в прессе. К тому же с повышением начальной влажности сушильный процесс становится длительнее — уменьша­ ется производительность пресса.

Конечная влажность плит составляет около 1%, что необхо­ димо для устранения распределенности температур и влажности по толщине плиты и уменьшения гигроскопичности материала.

С возрастанием температуры сушки продолжительность про­ цесса уменьшается и производительность пресса увеличивается. С повышением температуры снижаются гигроскопичность и объем­ ные деформации готовых плит. Однако увеличение температуры из-за соображений пожарной безопасности и сохранения механиче­ ской прочности готовых плит возможно лишь до некоторой пре­

у плит хрупкости. Оптимальным является диапазон температур

200—210° С.

Давление прессования должно изменяться по программе, дик­ туемой технологическими соображениями.

Отжим включает время подъема давления до максимального размера и выдержку плиты под этим давлением. Продолжитель­ ность отжима 50—90 с, т. е. время отжима невелико. Это необхо­ димо для предотвращения чрезмерного нагрева наружных слоев плиты при отжиме и соответственно бурного испарения влаги из этих слоев, так как повышенная сухость наружных слоев приво­ дит при закалке к снижению прочности плит и образованию пятен на их поверхности. В результате отжима влажность полотна сни­ жается до 45—50%. Дальнейшее удаление влаги осуществляется при ее испарении на стадии сушки.

При переходе к стадии сушки в течение около 15 с снижают давление с 5000—5500 до 800—1000 кПа и выдерживают его по­ стоянным. При более высоком давлении из-за ухудшения условий для удаления образующегося пара сушка замедляется и на по­ верхности плит появляются пятна. При более низком давлении пар интенсивнее выходит из плит, что приводит к нарушению внутрен­ ней структуры плиты вплоть до расслоения. На стадии сушки

350

влажность плит доводится до 8%, что необходимо для проведения реакций конденсации на стадии закалки. Влажность плит выше 10% при закалке приводит к образованию пузырей в плите и пя­ тен на ее поверхности, а влажность плиты ниже 5% при закалке к нарушению структуры и потере плитой пластичности. Продол­ жительность стадии сушки составляет 210—420 с.

На стадии закалки плиты подвергают тепловой обработке при максимальном или несколько ниже давлении и температуре, на­ пример, 230° С. При закалке влажность плит снижается до 0,5 — 1,5%• Закалка производится с целью понижения способности го­ товых плит к поглощению влаги из воздуха, сопровождающегося набуханием, т. е. изменением размеров плит. Продолжительность закалки не более 180 с.

Для сокращения общей продолжительности прессования часто стадию закалки в прессе прерывают при достижении влажности плиты, равной 3—4%, и дальнейшую тепловую обработку произ­ водят в специальных закалочных камерах.

Пресс имеет двадцать пять пролетов (этажей), причем перегре­ тая вода распределяется по плитам пресса коллектором. Таким же путем отводится из плит пресса несколько охлажденная вода. Такое устройство подвода и отвода горячей воды не позволяет по­ лучить одинаковое поступление тепла в каждую из плит. Поэтому пресс является объектом с распределенными параметрами по тем­ пературе плит. Невозможность измерения температуры в различ­ ных точках одной и той же плиты с дальнейшим усреднением тем­ пературы приводит к необходимости практически автоматическое регулирование температуры производить по результатам измере­ ния лишь в одной точке на стороне входа воды в одну из плит. Из всех плит для установки первичного измерительного преобра­ зователя температуры используется средняя по высоте пресса пли­ та. При этом приближенно считают, что распределение температур по плитам пресса всегда будет следовать одному и тому же зако­ ну при условии стабилизации температуры воды на выходе из ак­ кумулятора. В редких случаях устанавливают первичные преобра­ зователи в нескольких плитах пресса и, включив их последова­ тельно, получают усредненное значение температуры. Иногда для контроля за температурой всех плит устанавливают преобразова­ тели в каждой плите, что значительно усложняет систему автома­ тизации и не всегда является оправданным. Программное управ­ ление можно вести набором реле времени.

Автоматизация процесса закалки древесноволокнистых плит.

Закалка древесноволокнистых плит в закалочных камерах периоди­ ческого или непрерывного действия представляет собой термиче­ скую обработку плит с целью уменьшения поглощения или влаги и связанных с этим линейных деформаций, а также для повышения механической прочности плит. Продолжительность процесса за­ калки плит толщиной 4 мм в камерах периодического действия со­ ставляет 3,5—4 ч, а в камерах непрерывного действия всего 30 мин за счет повышения температуры и скорости воздуха.

351

На рис. 117 приведена упрощенная функциональная схема ав­ томатизации процесса закалки древесноволокнистых плит в камере периодического действия.

Установка термической обработки состоит из нескольких неза­ висимых камер, в каждой из которых размещается одна стоэтаж-

Рис. 117. Упрощенная функциональная схема автоматизации процесса закалки древесноволокнистых плит в камере периодического действия

ная тележка. На каждом этаже тележки горизонтально положена древесноволокнистая плита. В промежутках между плитами цир­ кулирует воздух, нагретый до 160±5°С. Расчетная скорость воз­ духа составляет около 5 м/с. Однако фактическая его скорость по поверхностям различных плит находится в пределах примерно от 2 до 4 м/с, что способствует возникновению нежелательной рас­ пределенности температур в камере. Распределенность температур

352

зовем его первым) открыто только в течение первого часа (первой стадии) закалки, когда необходим максимальный расход тепла. Положение затвора регулирующего органа этого исполнительного устройства в открытом состоянии строго фиксируется при наладке (клапан может быть полностью или частично открыт). Это испол­ нительное устройство включается через реле времени, например че­ рез командный электропневматический или другой прибор. Второе исполнительное устройство действует в системе автоматического регулятора, и его регулирующий орган выбирается по расходу пе­ регретой воды, соответствующему второму часу (второй стадии) процесса закалки.

Командный электропневматический прибор управляет также по­ воротной заслонкой, установленной на вытяжной трубе (поз. 3), служащей для удаления в атмосферу выделяемых из плит газо­ образных веществ. Осуществляется сигнализация превышения нор­ мы концентрации газообразных веществ (поз. 7 я 8).

Особенно важным является наличие минимальной нечувстви­ тельности в измерительной системе термометра (поз. 2), измеряю­ щего, записывающего и сигнализирующего температуру воздуха в закалочной камере (сигнализация электроламповая цветная и звуковая). В случае превышения допустимого, еще не взрывоопас­ ного значения температуры дается сигнал и через сопла охлажде­ ния в воздушное пространство камеры вспрыскивается в распылен­ ном состоянии холодная вода. Если это не помогает и температура воздуха продолжает повышаться, то срабатывает следующая сту­ пень сигнализации и включается устройство пожаротушения (в ка­ меру подается водяной пар или холодная вода в большом коли­ честве) и отключается подвод перегретой воды к калори­ ферам.

Для наладки системы регулирования температуры воздуха в ка­ мере и контроля за работой регулятора устанавливается расходо­ мер переменного перепада с самопишущим первичным измеритель­ ным прибором (поз. 4). Диафрагма расходомера монтируется на трубопроводе перегретой воды. Там же контролируется темпера­ тура (поз. 5) и давление (поз. 6).

В закалочных камерах непрерывного действия система контроля и регулирования несколько усложняется, так как обдувание плит воздухом, движущимся с большой скоростью и поступающим на поверхность плит через специальные сопловые устройства, требует предварительной стабилизации параметров этого воздуха.

Из закалочных камер периодического или непрерывного дейст­ вия плиты выходят в абсолютно сухом состоянии или очень близ­ ком к нему.

Автоматизация процесса увлажнения твердых или сверхтвердых древесноволокнистых плит. Увлажнение твердых или сверхтвердых древесноволокнистых плит в увлажнительных камерах непрерыв­ ного действия осуществляется для придания плитам формоустой­ чивости. Продолжительность процесса увлажнения плит в обычных

354

камерах непрерывного действия составляет 6—8 ч, а в сопловых не более 1 ч (необходимая равновесная влажность плит быстро до-

поз.1 поз. г п оз.з

Рис. 118. Упрощенная функциональная схема автоматизации процесса ув­ лажнения твердых или сверхтвердых древесноволокнистых плит в обычной увлажнительной камере непрерывного действия

стигается за счет обдувания их влажным воздухом, движущимся с высокой скоростью).

На рис. 118 приведена упрощенная функциональная схема ав­ томатизации процесса увлажнения твердых или сверхтвердых дре­ весноволокнистых плит в обычной увлажнительной камере непре­

влажность воздуха в камере поддерживается равной 95±5%, тем­ пература 64±4° С. Влажность плит после увлажнения составляет

8± 2 %.

Циркуляция воздуха в камере обеспечивается осевым вентиля­ тором.

Для регулирования температуры используется ПИ-регулятор (поз. /), первичный измерительный преобразователь которого в виде малоинерционного платинового термометра сопротивления уста­ навливается на входе увлажненного воздуха в первую по ходу по­ тока стоэтажную вагонетку с кондиционируемыми плитами, а ис­ полнительное устройство — на трубопроводе греющего пара. В данном случае пар является не только греющим, но и увлажня­ ющим. Однако влаги пара недостаточно до почти полного насыще­ ния воздуха, так как расход пара ограничен необходимостью ста­ билизации температуры на сравнительно низком значении, для че­ го пара много не требуется.

Поэтому автоматическое регулирование относительной влажно­ сти воздуха в камере производится ПИ-регулятором (поз. 2), ис­ полнительное устройство которого устанавливается на линии по­ дачи холодной воды в распылительную насадку. Измерительным устройством регулятора может служить уравновешенный мост, в одно из плечей которого включен мокрый термометр психро­ метра. Мост уравновешивается, когда температура термометра составляет 64° С. При другом значении температуры мокрого термометра возникает напряжение на вершинах моста, и ре­ гулятор срабатывает на открывание или закрывание клапана, через который холодная вода поступает в распылительную на­ садку.

Может действовать также нерегулируемое устройство увлаж­ нения воздуха, состоящее из напорного' водяного бачка и фор-' сунки, предназначенной для распыливания воды посредством водяного пара. Это устройство является дополнительным или ре­ зервным на случай временного отказа в работе регулятора с мок­ рым термометром.

Для наблюдения за температурой и влажностью воздуха в ув­ лажнительной камере устанавливаются малоинерционные плати­ новые термометры сопротивления с электронным уравновешенным мостом (поз. 3).

Расходомером переменного перепада контролируется расход пара на блок увлажнительных камер, а И-регулятором прямого действия регулируется давление пара (на схеме не показано).

356