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浓度变送器对制浆造纸的应用

 论文栏目:造纸科技论文     更新时间:2019/12/2 11:28:43   

纸浆是水中悬浮纤维等固体物质的两相流体,所谓纸浆浓度,就是每升悬浮液中含有绝干纤维量的百分数。纸浆浓度由于其物理特性,悬浮颗粒大,还受温度、压力、纤维种类、流速、打浆度等因素影响,因而其在线测量比其他参数难度大。在制浆生产中,在线精确测量纸浆浓度,可以稳定打浆效果。在抄纸生产过程中,实时精确测量纸浆浓度,可以稳定上网纸浆浓度、减少纸张定量波动、增加抄纸稳定性,从而提高纸张质量。因此,获得精确、可靠的纸浆浓度是至关重要的。本文通过工程实例,针对制浆造纸工程设计中常用浓度变送器选型进行探讨。

1浓度变送器概述

在制浆造纸生产中,对纸浆浓度进行测量、指示并可以输入4~20mA电流信号到DCS系统的仪表,称为浓度变送器。纸浆浓度的测量方法主要有间接测量法和直接测量法。目前在生产现场使用的纸浆浓度测量法大多为间接测量法,间接测量法是利用纸浆悬浮液的各种物理特性,把纸浆浓度转换成为比较容易测量的其他物理参数,如力矩、光通量等,再经过数据处理和转化,从而得到纸浆的浓度。而直接测量法是利用微波在不同浓度的纤维中传播时间的不同,从而直接得到纸浆浓度的测量值。目前,造纸行业主流的纸浆浓度测量方法主要分为力学测量法、光学测量法、微波测量法。力学测量变送器主要有刀式、旋转式浓度变送器,光学测量法变送器主要有光学式浓度变送器,微波测量法主要有微波式浓度变送器。

2浓度变送器的选型及应用

制浆生产过程是抄纸生产的前置阶段,合适的纸浆浓度是配浆和上网的前提条件,只有稳定精确的测出各个测量点的纸浆浓度,才能满足后续的抄纸生产,生产出合格的产品。下面以华中地区某造纸厂的OCC制浆生产线及配浆线为例,分析制浆、造纸生产各个阶段的浓度变送器选型方法。

2.1制浆过程关键点浓度变送器选型

该生产线为生产瓦楞纸的1600bdt/dOCC生产线,制浆过程有碎解、高浓除砂、贮浆、粗筛、精筛、热分散、磨浆等生产过程。其中几个阶段都需要浓度测量,如果上一阶段的浓度测量无法满足测量要求,则下一阶段的测量就会受到影响。下面介绍制浆过程关键点的浓度变送器选型方法和原则。(1)碎浆机后的浓度变送器选型。由于此碎浆生产线为OCC线,即废纸碎浆线,通过碎浆机加入一定量的生产白水,从而把废纸打碎成最初的纸浆。由于是废纸打碎而成的纤维,因此,最初的废纸浆含有大量的杂质,这就对浓度的测量提出了挑战。如此处选用常规的刀式浓度变送器,由于此处纤维颗粒不均,且杂质较多,测出的浓度误差非常大,不能为后续提供准确浓度输入值。而选用旋转式浓度变送器,由于杂质的存在,会损坏刀片,造成使用寿命缩短,而且后期维护也麻烦。根据作者多年的选型经验,此处选用光学式浓度变送器最为适合,此处选择BTG公司的TCR-251系列变送器。图1是TCR-251光学浓度变送器采用峰值法来测量纸浆悬浮物的总浓度的示意图。首先,基于纸浆悬浮物中含有大小不同的各种纤维,细小的光束指向浆料悬浮物而受纤维大小两种粒子的影响。如果在很短一段时间内,单根纤维经过光束,纤维的作用就像一面镜子,反射出大量的光,当悬浮物通过测量窗口时,就激活了一个包含两种粒子的直流信息,这些信号组合后,就可以作为悬浮物的总浓度的测量依据。(2)卸料浆塔后的浓度变送器选型。卸料卸料浆塔是碎解之后的浆料,经过高浓除砂后,流入贮浆塔,贮浆塔卸料泵后需要进行初步的浓度调节。由于此处的浆料已经过高浓除砂等前置环节,浆料中的杂质已大大降低,并且后续的浆料还需要继续进行浓度调节,此处对浓度的要求精度并不高,因此,此处宜选用价格较为经济而又非常常用的刀式浓度变送器。此处需提出注意的是,由于浆泵和浆管的弯头容易使浆料在流动过程中产生湍流,而这些湍流又会直接影响浓度变送器的测量精度和稳定性,因此刀式浓度变送器的安装必须要保证一定的直管段。通常来说,刀式浓度变送器的前端管道(上游)离泵口或者弯头的直管段距离,通常是10倍的浆管管径(10D),后端管道(下游)是5倍的浆管管径(5D)。只有注意此安装要求,才能使刀式浓度变送器满足浓度测量要求。(3)热分散系统的浓度变送器选型。热分散过程是此条OCC生产线的一个重要生产过程,对浆料的质量提高具有非常重要的作用。所谓热分散,就是在高温高浓下对废纸浆施以高剪切力,借机械摩擦和冲击及纤维间的摩擦和揉搓作用,进一步将纤维上未剥离的残余油墨剥离下来,并使浆中所含油墨、胶黏物等杂质细微化而均匀分散的过程。因此,热分散是纸浆的均质化过程,是提高浆料质量的操作过程。由于热分散的生产工艺决定,进入热分散热分散系统的浆料应是中高浓度的浆料,本项目中浆料浓度约为10.5%左右,由于浓度的增高,使用常规价格较为便宜的刀式浓度变送器,已无法满足测量要求,而光学式浓度变送器一般适用于6%以下的浆料浓度的测量。由于此处生产工艺的特殊性,需选用中浓的旋转式浓度变送器。此项目选用BTG公司的MEK-2500MC中浓旋转式浓度变送器,测量浓度范围为2%~14%,能够满足热分散前后的浓度测量要求。旋转式浓度变送器属于间接测量浓度的仪表,当浓度增加时,转子受到纸浆纤维的摩擦力增加,从而转换为电信号输出量增大。旋转式浓度变送器转子的转动阻力可用下式表示:从以上函数关系式中不难得出,除纸浆浓度为测量参数外,一旦纸浆的种类确定,其他参数几乎不变,影响较大的就是旋转式浓度变送器转子的速度。因此,据此不难得出纸浆的浓度。与刀式浓度变送器相比,旋转式浓度变送器的直管段要求较低,一般变送器的前端管道(上游)离泵口或者弯头的直管段距离,通常是1m或者3倍的浆管管径(3D),后端管道(下游)是0.5m或1.5倍的管径(1.5D)。

2.2抄纸过程关键点浓度变送器选型

配浆是纸浆上网的重要阶段,只有在此阶段调节好上网的纸浆浓度,才能获得较好的纸张质量。本工程中配浆过程为长纤浆、短纤浆、损纸浆、回收浆等四种浆按QCS系统来的设定值按一定的比例混合后进入配浆池,混合后,根据纸浆上网要求调浓,进入成浆池,在进入冲浆泵前,再次调浓,确保上网浓度。在该流程中,这两点的测量非常关键,此处的浓度控制的越好,纤维含量越准确,生产成本就越低。本工程中,第一环节为各种纸浆按比例混合后调浓,测量混合浆池后的浓度。此处浓度尚未稳定,浓度波动较大,此处必须要获得较精确的浓度值。从上文制浆过程浓度选型中易知,旋转式浓度变送器能够很好的克服这一缺点,测出较为精确的浓度。因此,此处选择BTG公司的旋转式浓度变送器MEK-2500。第二环节为成浆池后的浓度调节。此处的工艺特点是除了纸浆纤维外,还有填料等各种化学品,此处需要测量含有填料的纸浆总浓度。微波浓度变送器的测量不受浆段不同纤维长度、游离度、纤维种类或浆料配比的影响,由于纤维和填料这样的固体传播速度比水快,因此,浓度越高微波的传递时间就越短,而这种关系是线性的,使得可以直接通过微波浓度变送器测出纸机浆池后浆料的总浓度,作为纸机上网的浓度。此处选择BTG公司的微波浓度变送器TCS-2531来测量其总浓度。与刀式和旋转式浓度变送器不同的是,微波式浓度变送器对测量直管段无特殊要求。

3结语

本文结合一个工程实例,分析了制浆造纸生产过程关键点的浓度测量工况,选取了合适的浓度测量变送器,为制浆造纸仪表选型和自动化系统设计提供了参考。

参考文献:

[1]程志戈.浅谈微波浓度变送器的原理及应用[J].化设备与自动化,2010(2):30-32.

[2]邹伟,张根宝等.流量多变情况下纸浆浓度控制改进实例.中华纸业[J],2006,27(4):72-74.

作者:汪波 单位:中国轻工业长沙工程有限公司第二咨询设计事业部

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