Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf

Регуляторы концентрации массы, основанные на измерении усилий, действующих на обтекаемое массой тело. Чувствительный элемент первичного преобразователя регулятора устанавливается в массопроводе. Один из таких регуляторов в качестве чувстви­ тельного элемента имеет форму лопасти с хвостовиком. Это по­ зволяет измерять концентрацию по значению кажущейся вязкости массы.

При обтекании потоком массы чувствительного элемента возникают силы трения и соответствующий этим силам вращаю­ щий момент, под действием которого Лопасть поворачивается на угол очень небольшой, но достаточный для приведения в дей­ ствие пневматического передающего преобразователя регуля­ тора.

Регулятор обладает следующими преимуществами: чувствительный элемент устанавливается непосредственно

в массном трубопроводе; вследствие особой формы чувствительного элемента при изме­

нении скорости потока в 5 раз выходной сигнал передающего пре­ образователя изменяется не более чем на ±1,5%;

особая форма чувствительного элемента исключает забивание массного трубопровода в месте установки первичного преобразо­ вателя, вследствие чего регулятор надежно работает как при регу­ лировании концентрации мелковолокнистой древесной массы, так и при регулировании концентрации длинноволокнистой хлопковой массы, бумажной и тряпичной макулатуры.

Регулятор может применяться для регулирования концентра­ ции массы в диапазоне 2—7%.

В другом регуляторе концентрации массы чувствительным эле­ ментом первичного преобразователя является цилиндрический трубчатый зонд, находящийся в массопроводе и обтекаемый пото­ ком массы. Под воздействием динамического напора потока массы зонд деформируется, причем в определенном диапазоне скоростей потока значение динамического напора в основном определяется концентрацией массы.

Внутри зонда размещены четыре тензометра, соединенных в мостовую схему и образующих электрический передающий пре­ образователь регулятора концентрации. Вследствие влияния ско­ рости потока на результат измерения преобразователь после его установки на рабочее место нуждается в индивидуальной градуи­ ровке (определение градуировочной характеристики).

Регулятор может быть использован для регулирования кон­ центрации в диапазоне 2—8% с точностью до ±20,1% сухой цел­ люлозы.

Регулятор концентрации, действующий по перепаду давления на участке массопровода. При постоянном расходе массы потеря давления на прямолинейном участке трубопровода зависит от кон­ центрации массы: чем выше концентрация, тем больше перепад давления. Это явление успешно используется для измерения и ре­ гулирования концентрации массы.

201

На рис. 75 приведена функциональная технологическая схема автоматического регулирования концентрации по перепаду давле­ ния на прямолинейном участке трубопровода. В данном случае для измерения концентрации используется специально установлен­ ная труба диаметром не менее 50 мм. Масса в трубу отбирается от нагнетательной линии и возвращается во всасывающую линию насоса.

На трубе на расстоянии 5—6 м один от другого берутся отборы перепада давления к обычному дифманометру-расходомеру с пневматическим или электрическим передающим преобразовате­ лем для передачи показаний на регулирующий прибор с ПИ-регу-

Рис. 75. Функциональная технологическая схема автоматического регулирования концентрации по перепаду давления на прямолинейном участке трубопровода

лирующим устройством (поз. 3). При отклонении концентрации от задания регулирующий орган будет изменять подачу из напор­ ного бака разбавляющей оборотной воды. Уровень в баке поддер­ живается поплавковым П-регулятором уровня (поз. 1). Расход массы в трубе контролируется расходомером переменного пере­ пада, состоящим из мембранного или сильфонного дифманометра с пневматическим или электрическим передающим преобразовате­ лем, сегментной диафрагмы и прибора с ПИ-регулирующим уст­ ройством (поз. 2). При отклонении расхода массы в трубе от за­ дания изменяется степень открытия регулирующего органа, установленного за сегментной диафрагмой и имеющего пневмати­ ческий или электрический исполнительный механизм.

В качестве регулирующих органов чаще всего используются диафрагмовые исполнительные устройства и поворотные заслонки, так как обычные регулирующие клапаны забиваются массой.

202

К соединительным трубкам, подходящим к дифманометрам, немного выше их запорных вентилей подсоединяются водяные ли­ нии для периодического промывания соединительных трубок. В .результате промывки трубок они оказываются заполненными водой. Система промывки водой обеспечивает надежную работу измерителей и регуляторов.

В этом случае на результаты измерения концентрации большое влияние оказывают многочисленные факторы, воздействие которых возрастает с уменьшением диаметра трубопровода. Так, при по­ стоянной скорости потока массы и постоянной ее концентрации увеличение температуры массы от 20 до 50° С приводит к умень­ шению перепада давления в 2 раза. Кроме того, при одной и той же скорости потока одному и тому же размеру перепада со­ ответствуют разные значения концентрации. Отмеченные недо­ статки допускают использование таких измерительных систем лишь в узких пределах от 1 до 1,5% концентрации массы.

При определенных условиях более рациональным является измерение перепада давления на участке непосредственно основ­ ного массопровода, так как при этом не требуется байпасной трубы и регулятора расхода массы и значительно снижается воз­ действие влияющих физических величин.

Условия эти следующие: массопровод имеет диаметр не менее 250 мм; колебания расхода массы не превышают 15—20% от нор­ мального расхода (при котором производилась наладка измери­ тельной системы); скорость движения массы по массопроводу составляет 1—2,5 м/с; давление массы в массопроводе постоянно по размеру.

В этих условиях регуляторы применяют в диапазоне 2—4% . концентрации с отклонениями не более ±0,15% концентрации. Точность регулирования зависит от соблюдений требований вы­ бора, монтажа, настройки и эксплуатации регуляторов, причем в последнем решающее значение имеет сохранение постоянства размеров физических величин, определяющих состояние протекаю­ щей древесной, бумажной или целлюлозной массы. При концен­ трации до 2% перепад давления на массопроводе становится не­ большим и избирательная чувствительность становится недоста­ точной, вследствие чего возрастает относительное воздействие влияющих физических величин и измерение оказывается неопре­ деленным.

Регулирование концентрации по мощности электропривода ме­ шалки массы. В целлюлозном производстве для регулирования концентрации массы в больших емкостях (выдувной резервуар сульфатного производства, башни отбелки и др.) широко приме­ няются регуляторы, изменяющие подачу разбавляющей жидкости

взависимости от изменения мощности электропривода мешалки. Мощность электродвигателя привода в процессе перемешивания массы изменяется соответственно изменению концентрации массы

вобъекте регулирования: чем выше концентрация, тем большую мощность затрачивает электродвигатель на перемешивание массы.

203

Зависящий от концентрации реактивный крутящий момент для всех видов массы допускает надежные измерения вплоть до кон­ центрации 1 —1,5%, выше которой начинают значительно сказы­ ваться влияющие физические величины. В этих регуляторах име­ ется измерительный преобразователь электрической мощности в давление сжатого воздуха, в зависимости от размера которого

ПИ-регулирующее устройство изменяет расход разбавляющей жидкости.

Регуляторы композиции массы с расходомерами. Целью авто­ матического регулирования композиции бумажной массы является получение массы необходимого состава соответственно виду вы­ рабатываемой бумаги или картона. Для этого в машинный (мешальный) бассейн непосредственно или через промежуточные, композиционные, бассейны подаются в определенном соотношении потоки компонентов и надежно перемешиваются для образования однородной (в пределах бассейна) массы. Хорошее перемешива­ ние достигается также, если два потока вводятся в один трубопро­ вод. Обязательным условием этого процесса является не только высококачественная работа применяемых регуляторов компози­ ции, но и наличие постоянства концентрации каждого из смеши­ ваемых потоков.

Наиболее современным способом получения однородной массы является регулирование ее композиции с применением автомати­ ческих расходомеров постоянного или переменного перепада или с использованием электромагнитных расходомеров. В каждом случае регулирование осуществляется не одним, а несколькими регуляторами, составляющими сложную систему непрерывно дей­ ствующих регуляторов соотношения различных компонентов бу­ мажной массы. Поскольку работа всех этих регуляторов подчи­ нена одной задаче — поддержанию постоянства состава массы,— допустимо называть весь комплекс регуляторов — регулятором композиции.

На рис. 76 приведена функциональная технологическая схема системы регулирования композиции массы с применением рота­ метров. В композицию бумажной массы в данном случае входят сульфитная целлюлоза, древесная масса, каолин, клей и краска. Главным регулятором системы является ПИ-регулятор. уровня массы поз. 1 в машинном бассейне, который косвенно реагирует на изменения производительности бумагоделательной машины. При увеличении потребления массы уровень в бассейне понижа­ ется. Регулятор несколько открывает регулирующий клапан и прибавляет подачу сульфитной целлюлозы.

В системе имеется еще четыре ПИ-регулятора соотношения: древесная масса — целлюлоза поз. 3, каолин — целлюлоза поз. 4, клей — целлюлоза поз. 5 и краска — целлюлоза поз. 6. На вход каждого из этих регуляторов подается выходной сигнал (давление сжатого воздуха) передающего преобразователя ротаметра, изме­ ряющего расход сульфитной целлюлозы. В вышеуказанном случае каждый из регуляторов соотношения прибавит расход соответст­

204

вующего компонента. По окончании процесса регулирования уро­ вень в бассейне придет к заданному значению.

В начале процесса регулирования, когда перемещается только регулирующий клапан регулятора уровня и изменяется расход целлюлозы, композиция подаваемой в бассейн массы несколько не соответствует принятой или заданной композиции. Однако та­ кое несоответствие быстро исчезает благодаря действию остальных

Рис. 76. Функциональная технологическая схема системы ре­ гулирования композиции массы с применением ротаметров

регуляторов. Ввиду того, что возмущающие воздействия по рас­ ходу массы из бассейна во времени имеют разные знаки, указан­ ные небольшие отклонения концентрации взаимно компенси­ руются.

На щите регулятора композиции размещаются приборы, пока­ зывающие уровень в бассейне поз. 1, а также расходы целлюлозы поз. 2, древесной массы поз. 8, каолина поз. 9, клея поз. 10 и краски поз. 7. Кроме того, расходы каждого из компонентов учи­ тываются интегрирующими приборами.

Для обеспечения надежной работы ротаметров нельзя допу­ скать попадания контролируемой древесной или целлюлозной

205

массы, а также оборотных отходов, волокон внутрь антимагнитной трубки, в которой помещается плунжер ротаметра. С этой целью в верхнюю часть трубки непрерывно подается свежая вода, дав­ ление которой больше давления массы. Расход воды невелик и контролируется отдельным стеклянным ротаметром. Свежая вода непрерывно промывает антимагнитную трубку и не допускает забивания ее массой.

На рис. 77 приведена функциональная технологическая схема системы регулирования композиции массы с применением рота­ метров и расходомеров переменного перепада — труб Вентури в комплекте с дифманометрами. Такая система регулирования применяется при отсутствии ротаметров, рассчитанных на изме­ рение значительных расходов.

ПИ-регулятором расхода поз. 2 поддерживается на заданном значении постоянный расход целлюлозы с корректировкой по уровню в бассейне поз. 1, для чего используется блок соотноше­ ния. Измеряется также в бассейне уровень оборотных вод поз. 3

чего расходы глинозема, клея и краски измеряются ротаметрами. На щите устанавливаются приборы, показывающие и учитываю­ щие расход этих веществ, а также показывающие и записываю­ щие уровни в бассейнах.

Недостатками этой системы являются сложность настройки регуляторов, отсутствие автоматической коррекции по производи­ тельности бумагоделательной машины, необходимость наличия прямых участков массопроводов для установки труб Вентури и др.

Наиболее целесообразным для указанных целей является при­ менение электромагнитных расходомеров. Системы регулирования композиции с использованием электромагнитных расходомеров могут быть различны. На рис. 78 приведена одна из подобных систем, состоящая из двух не связанных между собой контуров регулирования. Один контур состоит из ПИ-регулятора расхода массы (поз. 5), подаваемой к машине, который посредством ПИрегулятора соотношения (поз. 6) корректирует расход оборотных вод. В другой контур входят три ПИ-регулятора соотношения, стабилизирующих расходы целлюлозы (поз. 2), древесной массы (поз. 3) и каолина (поз. 4) в зависимости от высоты уровня (поз. 1) приготовленной массы в машинном бассейне. В системе регулирования стабилизируется также концентрация массы

(поз. 7).

Эта система наиболее перспективна. Любые изменения рас­ хода массы на выработку бумаги либо вследствие повышения или понижения производительности машины, либо из-за корректи­ ровки массы 1 м2 бумажного полотна приводят к изменению

206