Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение арматуры в производстве бумаги»
ОБЛАГОРАЖИВАНИЕ МАКУЛАТУРНОЙ МАССЫ. 04 ОЧИСТКА, ТОНКАЯ СОРТИРОВКА И ОЧИСТКА ЧАСТИЦ МАЛОГО ВЕСА
Принцип действия. Описание технологического процесса. Тонкая сортировка. Очистка частиц малого веса. Дополнительные элементы конструкции. Поставщики оборудования.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. Очистка. Тонкая сортировка
ВЫБОР АРМАТУРЫ. Шаровые краны. Q -шаровые краны. Сегментные затворы. Дисковые затворы. Клапаны (вентили). Специальные клапаны. Компоненты. Сложные случаи. Ручная арматура. Количество и спецификация.
ОБЛАГОРАЖИВАНИЕ МАКУЛАТУРНОЙ МАССЫ. 05 СГУЩЕНИЕ, ДИСПЕРГИРОВАНИЕ И ОТБЕЛИВАНИЕ
Принцип действия. Описание технологического процесса. Дополнительные элементы конструкции
Поставщики оборудования
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. Возмущения. Блокировка
УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ. Жидкости. Давление. Температура. Коррозия. Эрозия. Кавитация. Шум.
ВЫБОР АРМАТУРЫ. Шаровые краны. Q -шаровые краны. Сегментные затворы. Дисковые затворы. Клапаны (вентили). Специальные клапаны. Компоненты. Сложные случаи. Ручная арматура. Количество и спецификация.
ОБЛАГОРАЖИВАНИЕ МАКУЛАТУРНОЙ МАССЫ. 07 ПОДАЧА ХИМИКАТОВ
Принцип действия. Описание технологического процесса. Дополнительные элементы конструкции
Поставщики оборудования
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. Возмущения. Блокировка
УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ. Жидкости. Давление. Температура. Коррозия. Эрозия. Кавитация. Шум.
ВЫБОР АРМАТУРЫ. Шаровые краны. Q -шаровые краны. Сегментные затворы. Дисковые затворы. Клапаны (вентили). Специальные клапаны. Компоненты. Сложные случаи. Ручная арматура. Количество и спецификация.
РАСЧЕТНЫЕ РАБОТЫ
Расчетная работа включает в себя выполнение задач по выбору и применению арматуры в условиях конкретных технологических участков. Примеры тем приведены ниже.
Примеры тем заданий для молодых специалистов
– Снижение колебательности процесса при замене шаровых кранов на сегментные затворы.
– Определение расходных характеристик регулирующих клапанов в условиях суточного колебания выпуска продукции.
– Отработка технологического регламента работы регулирующей арматуры с учетом изменений в производственной мощности предприятия.
– Повышение эффективности регулирования и диагностики арматуры при замене аналоговых позиционеров на цифровые.
– Перерасчет арматуры на большую\меньшую производительность в условиях конкретного цеха, анализ показателей работы на соответствие оптимальным и разработка технических условий на замену арматуры.
– Исследование расходных характеристик при запуске, стабильной работе и останове и вероятные проблемы процесса, связанные с работой арматуры.
– Исследование влияния трендов производства на оптимальный режим работы арматуры на основании диаграмм процесса.
– Оценка технико-экономической эффективности замены шаровых кранов на сегментные в условиях конкретного производства.
– Исследование возможности замены сегментных затворов на поворотные дисковые затворы в условиях средних диапазонов регулирования.
– Замена шиберных задвижек в грязевиках сортировок участков подготовки массы на поворотные дисковые затворы с перспективой на дальнейшую автоматизацию процесса.
– Внедрение регулирующей арматуры разбавления воды в устройствах регулирования концентрации массы на малых бумагоделательных машинах по выпуску санитарно-гигиенических видов бумаг.
– Перерасчет арматуры с целью снижения потребления химикатов на потоках бумагоделательного производства с применением расчетных программ типа Conval и Nelprof.
Примеры тем заданий для специалистов, имеющих опыт работы
1. ТЭЦ
1.1. замена шиберных задвижек на поворотные заслонки в узлах отсечки
1.2. применение регулирующей арматуры с точным регулированием в узле питательной воды
1.3. повышение эффективности регулирования при замене аналоговых позиционеров на интеллектуальные цифровые позиционеры.
2. СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ
2.1. автоматизация регулирования рН и подачи наполнителей.
3. РАЗМОЛЬНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ДРЕВЕСНО – ПОДГОТОВИТЕЛЬНОГО ЦЕХА
уточнение показателей и перерасчет арматуры для размольного участка ДПЦ.
4. НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ
анализ возможности регулирования производительности насосов на насосной станции забора воды при помощи регулирующей арматуры.
5. ОБЩИЕ ТЕМЫ
5.1. снижение колебательности процесса при замене шаровых кранов на сегментные затворы.
5.2. определение расходных характеристик регулирующей арматуры в условиях суточного колебания выпуска продукции.
5.3. отработка технологического регламента с учетом изменений в производственной мощности предприятия.
5.4. повышение точности регулирующей арматуры при замене аналоговых позиционеров на цифровые.
5.5. перерасчет регулирующей арматуры клапанов на большую\меньшую производительность в условиях конкретного цеха, анализ показателей работы на соответствие оптимальным и разработка технических условий на замену арматуры.
5.6. поведение расходных характеристик при запуске, стабильной работе и останове и вероятные проблемы процесса, связанные с работой арматуры.
5.7. влияние трендов производства на оптимальный режим работы арматуры на основании диаграмм процесса.
5.8. эффективность замены шаровых кранов на сегментные затворы в условиях конкретного производства.
5.9. возможность замены сегментных затворов на поворотные дисковые затворы в условиях средних диапазонов регулирования.
5.10. расчеты регулирующей арматуры для разбавления воды в устройствах регулирования концентрации массы на малых бумагоделательных машинах по выпуску санитарно-гигиенических видов бумаг.
5.11. перерасчет арматуры с целью снижения потребления химикатов на потоках бумагоделательного производства.
6. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТНЫХ КОМАНД или рабочих групп специалистов, включающие разработку предложений по расширению возможностей технологической схемы и совершенствованию контуров регулирования с применением более совершенных конструкций арматуры.
6.1. Проектно-расчетные, включающие определение и выделение критических контуров регулирования с целью установки более совершенной арматуры, например, с заменой поршневых приводов на мембранные. Для этих целей выполняется:
– проведение расчета или получение материального баланса (или получение данных из технологической схемы)
– расчет допусков по процессам и определение критичных участков регулирования, где требования к точности выполнения задания значительно выше, чем у обычных контуров или где выход за пределы погрешности приведет к браку.
– назначение новых допусков, усиление арматурой специального исполнения и мембранными приводами.
– расчет экономического эффекта от снижения колебательности процесса за счет ужесточения допусков.
6.2. Проведение моделирования и технологических расчетов с учетом необходимости дополнительного регулирования и корректировки настроечных параметров регуляторов по времени эксплуатации и увеличения пульсаций. Цели
– Отстройка от резонансного накопления ошибки, характерного для каскадного исполнения системы сортирования.
– Указание на возможные участки гармонических возмущений с резонансным увеличением амплитуды колебаний регулируемой переменной по сравнению с амплитудой возмущений.
– Моделирование процесса на участке промывки и особенно очистки и сортирования.
– Назначение новых требований к контуру регулирования, среднеквадратичному отклонению и типу арматуры, привода и позиционера для предотвращения резонанса, снижения виброактивности клапанов и др.
– Оптимизация по параметру минимального значения среднеквадратичного отклонения.
– Расчет экономического эффекта от снижения пульсаций и колебательности процесса.
Примеры тем заданий для рабочих групп и проектных команд
1. Пересчет арматуры по слабым местам процесса с целью установки новых регулирующих клапанов, более подходящих условиям процесса.
2. Замена седельных клапанов:
– Модернизация клапанов пароконденсатных систем взамен седельных; внедрение поворотных клапанов на пароконденсатные системы БДМ, КДМ.
– Замена седельных клапанов на предприятиях по выпуску гофрокартона на гофроагрегатах.
– Замена седельных клапанов на поворотные в системах подачи пара и отвода конденсата на теплофикационных системах предприятий.
– Замена седельных клапанов на поворотные в общестанционном оборудовании ТЭС промышленных предприятий.
3. Интеллектуальные решения для седельных клапанов.
4. Организация расчета и включения в технологические схемы новых и специальных клапанов: специальные клапаны, поворотно-дисковые клапаны, клапаны- дозаторы для вихревых очистителей и песколовок, регулирующая арматура с шаговым электродвигателем для регулирования концентрации массы, клапаны, стойкие к гидроудару, прецизионные клапаны дозирования вместо дозирующих насосов или совместно с ними и др.
5. Диагностика перед остановами для планирования запчастей, лизинг сложных клапанов с сервисным обслуживанием и др. (проводится совместно со специалистами заинтересованных компаний).
6. Организация расчетов по запчастям.
7. Модернизация арматуры для энергетики – для ТЭС, комплектация поворотной арматурой высокого давления, газифицированные котельные, горелочное оборудование, клапаны ГРП, градирен, компрессорных, замена седельных клапанов на поворотные и др.
8. Расчеты от применения поворотной арматуры во вспомогательных процессах ЦБП, например, спрыски высокого давления, системы маслосмазки, подачи воздуха, вакуумные системы и др.
9. Анализ перспектив внедрения полевых шин FIELDBUS, PROFIBUS совместно с цифровыми позиционерами выбранных производителей.
10. Анализ перспектив комплектования арматурой проектов модернизации секонд хенд машин
11. Агрегатированные узлы.
12. Программы обменного фонда.
13. Критические контуры регулирования.
14. Смартизация.
15. Оценка клапанов на метрологическую надежность.
16. Унификация и стандартизация клапанов по результатам аудита.
17. Клапаны и насосы. Снижение гидравлических потерь по результатам правильного расчета арматуры. Снижение энергетических потерь и повышение энергоэффективности с применением энергоэффективной арматуры.
18. Повышение компактности арматуры, использование при 3D проектировании для снижения общей протяженности линий и размеров трубных обвязок.
19. Инструментарий для арматуры ЦБП. Пример: анализ навесного оборудования на арматуру (позиционеры, бустеры, фильтры, концевые выключатели, их организация в схемные решения) и др. для участков специальных требований к отсечке.
20. Арматура для отдельных узлов – размол, флотация, дозирование, облагораживание массы и др.
21. Энергоаудит контуров регулирования в составе энергоаудиторских компаний, включая аудит на регулирующую способность, технологические потери, участие в гидравлических потерях и перерасходе энергии на насосное оборудование и т.п.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Предоставляемые рабочие пособия и материалы
– Раздаточные материалы
– Методическое пособие – основы регулирования и регулирующая поворотная арматура. (КЦ) – CD
– Расчетная программа Conval
Материалы со стороны слушателей
Технологические участки схем для анализа и выбора РА по программе Conval, Nelprof и др. для выполнения расчетных работ.
МОДУЛЬ ПРИМЕНЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В модуле ПРИМЕНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА рассматриваются особенности применения трубопроводной, в основном регулирующей арматуры в технологических схемах бумагоделательного производства. Представлены проектные решения наиболее известных производителей и поставщиков арматуры в ЦБП, дано сравнение применения их по конкретным технологическим участкам и контурам регулирования. Проанализированы тенденции развития регулирующей арматуры в технологических процессах и выявлены новые критерии, по которым можно было бы оценить эффективность применения арматуры в технологических схемах бумагоделательного производства.
СТРУКТУРА МОДУЛЯ
Введение и обзор технических решений по арматуре
1. Основные требования к трубопроводной арматуре
2. Современные виды арматуры для регулирования
3. Проектные решения по применению регулирующей арматуры в технологических схемах БДМ
3.1. Общие характеристики бумагоделательной машины
3.2 Гидроразбивание кип
3.3 Размол
3.4 Дозирование бумажной массы
3.5 Короткая циркуляция
3.6 Система оборотной воды
3.7 Обработка бумажного брака
3.8 Пар и конденсат
3.9 Участок облагораживания массы
3.10 Подача химикатов
4. Сравнение применения регулирующей арматуры основных компаний – производителей арматуры для бумагоделательного производства
5. Тенденции развития регулирующей арматуры в технологических процессах
Введение
Сегодня бумагоделательная отрасль России и СНГ – это свыше 150 предприятий, выпускающих разнообразные виды бумаги, картона и их специальных видов. Кроме них, изготовлением других видов изделий из картона, в частности, гофрокартона, в отрасли занимается еще не менее 100 предприятий. Насыщенность этих предприятий трубопроводной и, в особенности, регулирующей арматурой, чрезвычайно высока и может составлять до 30.000 ед. трубопроводной арматуры для крупного ЦБК.
В ЦБП применяются разнообразные виды трубопроводной арматуры. Большинство производителей и поставщиков арматуры декларируют возможности использования их арматуры на многих технологических участках, стараясь покрыть как можно больше контуров регулирования и отсечки, характерных для ЦБП. У предприятий ЦБП обычно нет уверенности в том, что какой-либо тип арматуры будет хорошо работать на конкретном участке, если он не указан в проектной документации.
Однако и наличие в проектной документации решения также не является доказательством возможности эффективности использования арматуры, поскольку выбор арматуры проектировщиками может быть также субъективен. Эксплуатирующие организации могут равняться только на свой опыт, который не отражает всех тенденций в развитии способов применения различных типов арматуры, а информация от компаний-производителей и поставщиков часто закрыта коммерческой тайной или следует тенденциям развития и возможностям своего производства.
В результате складывается положение, когда поставщики арматуры не могут доказать эффективность своего решения, поскольку предприятия не могут их принять без длительного тестирования или убедительных референцев использования арматуры.
В этом смысле получается, что ни один из участников цепочки поставки не может убедительно показать, какие типы арматуры можно использовать, поскольку никто не имеет достаточной информации и не способен выявить, что в большей степени определяет применение того или иного типа арматуры в технологических схемах ЦБП.
В модуле предлагается рассмотреть проблему применения арматуры и повышения качества оценки ее применения. Нашей целью будет являться оценка эффективности применения регулирующей арматуры в технологических схемах ЦБП. Задачами, решаемыми в работе, являются:
– анализ проектных решений,
– сравнительный анализ применения современной регулирующей арматуры,
– определение тенденций развития и критериев применения арматуры в ЦБП.
Для начала необходимо рассмотреть основные понятия теории регулирования, которые позволили бы в дальнейшем использовать их для оценки эффективности применения того или иного технического решения и выделить наиболее привлекательные типы арматуры. Мы приводим краткие сведения из теории регулирования. Более подробно Вы можете узнать об основах регулирования из курса "Основы управления потоками жидкостей, газов и сложных сред".
1. Основы регулирования
Автоматическое регулирование технологических процессов в ЦБП определяется способностью арматуры выполнять командные сигналы с наибольшей точностью и соответственно с меньшей погрешностью. До сих пор в ЦБП применяются различные типы арматуры, включая арматуру возвратно-поступательного типа и поворотную. При этом преимущество отдается поворотной арматуре. Простота автоматического регулирования является одним из важнейших пунктов, по которым поворотная арматура является более выгодной по сравнению с арматурой возвратно-поступательного типа. Причинами этого в порядке убывания являются:
1. Наличие равнопроцентной характеристики
2. Скорость выполнения сигнала за счет поворота всего на 1\4
3. Предсказуемость работы затвора
4. Компактность, малый вес.
Основой выбора клапана является расчет расходной характеристики. Собственные пропускные характеристики арматуры различных типов представлены на рис.1.
Рис. 1. Собственные характеристики клапанов
Как видно, наихудшую характеристику имеют седловые клапаны. Лучшие характеристики имеет арматура поворотного типа. В зависимости от процесса ими могут быть:
– шаровые краны
– дисковые (сегментные, эксцентриковые) затворы.
ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ПОТОКА СРЕДЫ
Возможности регулирования определяются особенностями течения потока через проточную часть арматуры. Прохождение потока через шаровой кран и дисковые затворы имеют свои особенности. При этом могут возникать различные виды турбулентности, создающие трудности при регулировании, например, дополнительную нелинейность.
Особенности протекания потока через шаровой кран и дисковый затвор показаны на рис.2.
Рис. 2. Особенности протекания потока через шаровой кран и дисковый затвор
Различные виды проточной части формируют и свои реакции потока, влияющие на силовые характеристики и выбор исполнительных устройств, например, привода. Пример формирования поворотного момента в шаровом кране показан ниже, рис.3.
Рис.3. Формирование поворотного момента в шаровом кране
Многие факторы работоспособности регулирующей арматуры определяются кривой гидравлического сопротивления потока при перекрытии трубопровода. Это демонстрирует кривая Жуковского, рис.4.
Рис. 4. Характерная линия изменения давления и гидравлического сопротивления при перекрытии потока
Для определения способности типа арматуры к регулированию в трубопроводе необходимо получить зависимость напора от расхода в гидравлической сети. Обычно для этого используют стенды, схема которого представлена на рис.5.
Рис. 5. Определение рабочей (установленной) расходной характеристики клапана в трубопроводе
В зависимости от качества собственной и установленной расходных характеристик арматуры можно получить линейное или нелинейное изменение расхода или другого параметра в трубопроводе.
Ниже представлена схема, показывающая возможности контроллера, главной задачей которого является устранение нелинейности в связи с невозможностью обеспечить линейное (пропорциональное) изменение расхода при открытии клапана.
Рис. 6. Порядок преобразования сигнала системы АСУ ТП в параметры потока на трубопроводе
Рассмотрение изменений расхода от изменения сигнала регулирования (например, относительного малого перемещения клапана) позволяет найти погрешности в регулировании за счет нахождения отклонений от линейности, как показано на рис.7.
Рис. 7. Ошибка нелинейного регулирования положения
Представленные материалы из теории регулирования позволят нам выработать критерии, на основе которых мы можем провести выбор того или иного клапана и определить основные тенденции развития арматуры и разобрать, какие типы арматуры в большей степени им могли бы отвечать.
2. Современные типы регулирующей арматуры
В настоящее время наиболее применяемыми являются:
– Шаровые краны
– Дисковые затворы, включая затворы сегментного, эксцентрикового типа
– Поворотно-дисковые затворы (относительно новый тип поворотной арматуры).
Общие виды арматуры различных типов представлены ниже.
Рис. 8. Шаровые краны
Рис. 9. Дисковые сегментные затворы
Рис.10. Дисковые эксцентриковые затворы
Рис. 11. Поворотно-дисковые затворы
Рис. 12. Дисковые затворы
Развитие поворотных заслонок идет по пути повышения точности регулирования, повышения пропускной способности при одном и том же диаметре и надежности при отсечке.
Рис. 13. Новые конструкции дисковых затворов с гарантированным перекрытием потока и повышенной пропускной способностью
Развитие дисковых затворов идет по пути сближения с шаровыми кранами через развитие затворов сегментного типа. В качестве примера можно привести дисковый затвор МАПАГ компании Метсо, заменяющий собой в технологически схемах, как дисковые затворы, так и шаровые краны. Общий вид подобного сегментного дискового затвора приведен на рис.14.
Рис.14. Современный дисковый затвор MAPAG уже неотличим от затвора сегментного типа и имеет такую же высокую регулирующую способность
3. Основные требования к регулирующей арматуре
Автоматизация и приборное обеспечение – одно из необходимых условий развития и технического прогресса любой отрасли промышленности. От поставщиков клапанов требуется более глубокое изучение процессов, и, в первую очередь, должны быть решены такие проблемы, как шум и кавитация. Поскольку получение целлюлозы и бумаги является длительным процессом и в основном однопоточным, надежность управления каждым устройством, участвующим в процессе, должна быть чрезвычайно высока. В этом отношении подобные требования должны быть распространены не только на регулирующие и отсечные клапаны, но и на другие машины и механизмы.
На целлюлозно-бумажных заводах предъявляют повышенные требования к коррозионной стойкости оборудования, так как не могут быть полностью предотвращены утечки целлюлозной массы, щелочи и т.д. Соединения между клапанами, приводами и другими узлами должны быть полностью герметизированы.
Производственные аппараты, такие, как рафинеры ТМР (дисковые или конические мельницы термомеханической массы) и насосы, а также кавитация в клапанах, вызванная большим перепадом давлений, создают вибрацию в трубопроводах. Поэтому оборудование, установленное на трубопроводах, должно быть рассчитано на довольно высокие температуру и вибрацию. При этом эксплуатационные качества клапанов, приводов и позиционеров всегда необходимо проверять в условиях производства.
В некоторых случаях транспортируемая среда может предъявлять высокие требования к регулирующим и отсечным клапанам. Целлюлозная суспензия, которая может содержать сучки или другие твердые включения, вызывает значительный износ и абразивное истирание. Эти явления вместе с ударными нагрузками на линии могут легко разрушить клапан, который установлен, например, на выдувке варочного котла. Аналогичные проблемы возникают и при процессах кристаллизации, гипсации и карамелизации, а также при переработке и транспортировке зеленых и белых щелоков. Большие сложности возникают и при сервисном обслуживании клапанов, регулирующих давление в ТМР-рафинерах, где загрязненный пар образует нарастания мелкодисперсной накипи на всех поверхностях.