Экспресс-способ определения содержания конденсата в сушильных цилиндрах бумагоделательной машины Российский патент 2023 года по МПК G01K11/02 D21F5/20 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к сушильной части бумагоделательных машин.

Известен способ отвода тепла из сушильного цилиндра с последующим уменьшением конденсата. Изобретение относится к способу и устройству, предназначенному для утилизации избыточного тепла, поступающего от высокотемпературного колпака в сушильную секцию бумагоделательной машины. Согласно изобретению, это тепло посредством теплообменника подают из паровой системы соответственно в избыточный пар и конденсат. Техническим результатом является улучшение способа рекуперации тепла, который легче поддается регулировке, а также повышение уровня утилизации энергии, которая содержится в воздухе, отводимом от колпака (патент на изобретение РФ №2475577 C2, опубликовано 20.02.2013).

В данном способе описан контроль потока конденсата, проходящего через теплообменник. Однако данный способ не позволяет проводить контроль конденсата в сушильных цилиндрах с последующим уменьшением расхода пара на сушку бумаги. - Известен метод температурного диагностирования сушильных цилиндров при останове сушильной части на техническое обслуживание. Метод способствует выявлению повышенного содержания конденсата в сушильных цилиндрах и своевременному его удалению. Метод создает условия для своевременного обнаружения и последующего ремонта неисправной системы удаления конденсата. Удаление конденсата имеет большое значение для нормальной работы сушильной части бумаго- и картоноделательных машин, так как накопление конденсата в сушильном цилиндре снижает теплопередачу от пара к полотну бумаги и увеличивает нагрузку на подшипники и привод (Сиваков В.П., Микушина В.Н. Диагностирование технического состояния сушильных цилиндров бумагоделательных машин по температуре / Современные проблемы науки и образования №4, 2014. с. 5) - прототип.

Однако данный метод относится к научно-поисковым работам и не позволяет проводить экспресс-диагноз содержания конденсата в сушильных цилиндрах в производственных условиях в сжатые сроки, с последующим уменьшением расхода пара на сушку бумаги. - Техническая задача заявляемого изобретения - сокращение времени обнаружения повышенного содержания конденсата в отдельных сушильных цилиндрах в режиме экспресс-диагноза.

Поставленная задача достигается при помощи предлагаемого метода определения содержания конденсата в сушильных цилиндрах по диагнозу скорости температуры их охлаждения.

Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:

- первое измерение температуры сушильных цилиндров производится при установившейся рабочей скорости мушки полотна бумаги и завершается до прекращения подачи пара и останова бумагоделательной машины;

- второе измерение температуры сушильных цилиндров производится через 90 минут после останова;

- определяют начальное нижнее предельно допустимое значение скорости охлаждения V_НП1 по первому и второму измерениям температуры;

- третье измерение температуры сушильных цилиндров и повторное определение скорости охлаждения сушильных цилиндров V_НП2 производят через 180 минут после останова машины по второму и третьему измерениям температур;

температуру каждого сушильного цилиндра при первом, втором и третьем обследованиях измеряют в течение 5 минут;-определяют сушильные цилиндры, с повышенным содержанием конденсата исходя из неравенства:

где V_К* - скорости охлаждения k-ых сушильных цилиндров, проверяемых на повышенное содержание конденсата; k = 1, 2, …, m;

m - количество проверяемых сушильных цилиндров.

Поэтому заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна».

Способ может быть использован на известных бумагоделательных машинах, поэтому он соответствует критерию «промышленная применимость».

Экспресс-способ иллюстрируется контрольным графиком для сравнения нижней предельной скорости охлаждения V_НП и скорости V* проверяемого на повышенное содержание конденсата сушильного цилиндра, где-, - предельно и повторное значения скоростей охлаждения группы сушильных цилиндров.

График применим для текущего и последующих диагнозов, если скорость машины и расход пара постоянны. Если скорость машины и расхода пара увеличивают, то повторно производят и расчет и построение откорректированного контрольного графика.-Производственную апробацию метода определения повышенного содержания конденсата в сушильных цилиндрах производили для бумагоделательной машины по производству флютинг-бумаги (для средних листов) гофрокартона. Сушильная часть бумагоделательной машины состоит из трех групп сушильных цилиндров по подаче пара. Первичный пар подается в первую группу по пару. Первая группа основная, расположена во второй половине сушильной части и содержит 15 сушильных цилиндров, вторая группа - 6 цилиндров, третья - 3 цилиндра.

Произведем экспресс-диагноз скорости охлаждения сушильных цилиндров первой группы по пару при останове сушильной части. По снижению температуры после прекращения подачи пара можно выявить сушильные цилиндры с повышенным содержанием конденсата, принять меры по устранению неполадок в системе отвода конденсата и снизить расход пара на сушку бумажного полотна.

Предельно допустимое значение скорости охлаждения сушильных цилиндров исследуемой группы рассчитываем по формуле

где , - начальная и конечная температуры i-го сушильного цилиндра в принятом интервале времени;- = 90 мин - интервал времени между предыдущем и последующим - измерениями температур.-Среднюю скорость охлаждения температур в принятом интервале времени определяем по формуле

Среднее квадратическое отклонение значений скорости охлаждения i-ых сушильных цилиндров определяем по формуле

Предельно допустимую нижнюю границу скорости охлаждения выборки i-ых сушильных цилиндров определяем по формуле

где - табличное значение t - критерия Стьюдента; из справочных таблиц при двустороннем ограничении принимаем для сушильных цилиндров первой группы при доверительной вероятности р=0,9 и числе степеней свободы f = n - 1= 15 - 1=14, =1,75.-Данные экспериментального измерения температуры сушильных цилиндров первой группы по пару приведены в таблице 1.-Расчетные значения , , для принятого периода охлаждения сушильных цилиндров первой группы по пару, определенные по формулам (3) (4) и (5), приведены в таблице 2.

Таблица 1. Данные экспериментального измерения температуры сушильных цилиндров первой группы по пару №
цилиндра Температура сушильных цилиндров T, °C, за время измерения До останова машины 90 мин после останова 180 мин после останова СЦ10 131 80 68 СЦ11 114 88 75 СЦ12 130 103 87 СЦ13 117 96 81 СЦ14 123 104 84 СЦ15 114 99 84 СЦ16 117 99 84 СЦ17 119 89 75 СЦ18 118 98 83 СЦ19 112 92 78 СЦ20 126 102 86 СЦ21 106 96 88 СЦ22 120 98 83 СЦ23 116 95 80 СЦ24 119 93 78

Таблица 2. Расчетные характеристики , , за период охлаждения сушильных цилиндров первой группы по пару Наименование и обозначение характеристик, °С/мин Величина характеристик за периоды охлаждения, мин 0…90 90…180 Среднее арифметическое значение скорости охлаждения _, 0,259 0,158 Среднее квадратическое отклонение , 0,09 0,027 Допустимая нижняя граница скорости охлаждения , 0,11 0,108

График нижней границы скорости охлаждения сушильных цилиндров первой группы по пару и график охлаждения сушильного цилиндра 21, имеющих повышенное содержание конденсата, приведены на фиг. 1.

Дополнительные сведения:

Измерительный прибор

Для измерения температуры корпуса сушильного цилиндра применяется пирометр TemPro 300. Диапазон измерений температуры от 50 до 300°С. При измерении температуры луч пирометра направляется под прямым углом к поверхности сушильного цилиндра. Расстояние от пирометра до поверхности сушильного цилиндра принято, равным 0,9 м. Относительная погрешность прибора равна 5%.

Описание измерений температуры

Измерение температуры в одноименных точках в группе по пару сушильных цилиндров производится 3 раза через 1 минуту. В журнал наблюдений вносится среднее арифметическое значение температуры по 3 точкам. Затрата времени на выполнение измерений и обработку среднего арифметического значения температуры τ на один сушильный цилиндр не превышает 5 мин.

Экспресс-способ обнаружения сушильного цилиндра с повышенным содержанием конденсата целесообразно совмещать с текущим обслуживанием или ремонтом оборудования при длительности останова бумагоделательной машины не менее трех часов. Измерение температуры производится автономно, бесконтактно, без вмешательств в обслуживание оборудования и не занимает много пространства в зоне обслуживания.

Сравнение экспресс-способа и экспериментальных исследований охлаждения группы сушильных цилиндров.

Сравнение производим по периоду времени останова машины на выполнение измерений. Определение расчетных величин и выявление сушильных цилиндров с повышенным содержанием конденсата, производим после останова и последующего пуска машины с целью сокращения простоя. В примере рассмотрим группу из 10 сушильных цилиндров.

При выполнении экспериментальных исследований охлаждения группы сушильных цилиндров ставились цели - построить статистический график зависимости температуры охлаждения от времени, определить форму графика и обнаружить отдельные медленно охлаждающиеся сушильные цилиндры с повышенным содержания конденсата. По условиям научных исследований график для качественной оценки зависимости скорости охлаждения °С/Δτ от фактора времени Δτ, должен содержать не менее 5 точек. Обычно для первичных измерений принимают 6 или 7 точек. Следовательно, для определения 6 значений скорости охлаждения необходимо выполнить и статистически обработать как минимум 7 измерений температуры для группы обследуемых сушильных цилиндров.

Расчет времени на останов машины при экспериментальных исследованиях определяем по формуле

τ_и = m⋅τ⋅n = 10⋅5⋅7 = 350 мин,

где m = 10 - количество обследуемых сушильных цилиндров в группе;

τ = 5 минут - время измерения температуры сушильного цилиндра;

n = 7 - количество измерений температуры группы сушильных цилиндров.

Расчет времени на останов машины при экспресс способе обнаружения сушильных цилиндров с повышенным содержанием конденсата определяем по формуле

τ_э = mτ(n - 1) + 2 Δτ_c = 10 ⋅5 ⋅ (3 - 1) + 2 ⋅ 40=180 мин,

где m = 10 - количество обследуемых сушильных цилиндров в группе;

τ = 5 минут - время измерения температуры сушильного цилиндра;

n = 3 - количество измерений температуры группы сушильных цилиндров;

Δτ_c = 40 мин - интервал времени для охлаждения сушильных цилиндров

Множитель (n - 1) применен в формуле, так как 1-ое измерение выполнено до останова машины.

Сокращение времени останова машины при экспресс способе обнаружения сушильных цилиндров с повышенным содержанием конденсата по сравнению с экспериментальным исследованием охлаждения группы сушильных цилиндров составит:

Δτ_о = τ_u - τ_э = 350 - 180 = 170 мин, или

$$\Delta {\tau }_o=\frac{{\tau }_u-{\tau }_{э}}{{\tau }_u}100=\frac{350-170}{350}=48\%$$

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет сократить время обнаружения сушильных цилиндров с повышенным содержанием конденсата.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к сушильной части бумагоделательных машин. В соответствии с изобретением по снижению температуры после прекращения подачи пара можно выявить сушильные цилиндры с повышенным содержанием конденсата, принять меры по устранению неполадок в системе отвода конденсата и снизить расход пара на сушку бумажного полотна. Сушильные цилиндры с повышенным содержанием конденсата определяют исходя из неравенства: V_НП1 ≥ VК* < V_НП2, где V_К* - скорости охлаждения k-ых сушильных цилиндров, проверяемых на повышенное содержание конденсата; k = 1, 2, …, m; m - количество проверяемых сушильных цилиндров. Технический результат - сокращение времени обнаружения повышенного содержания конденсата в отдельных сушильных цилиндрах в режиме экспресс-диагноза. 1 ил., 2 табл.

Экспресс-способ определения повышенного содержания конденсата в сушильных цилиндрах бумагоделательной машины по скорости их охлаждения, отличающийся тем, что начальное измерение скорости охлаждения сушильных цилиндров производится по разности между первым измерением температуры, выполненным при установившейся рабочей скорости до останова бумагоделательной машины, и вторым измерением, выполненным через 90 минут после останова машины, а повторное измерение скорости охлаждения сушильных цилиндров производят по разности температур сушильных цилиндров между вторым и третьим измерением, выполненным через 180 минут после останова машины, и выявляют сушильные цилиндры с повышенным содержанием конденсата исходя из неравенства:

$$V_{НП1}\ge V_k^{*}<V_{НП2}$$ ,

где – температура k-ых сушильных цилиндров, проверяемых на повышенное содержание конденсата; ;

m – количество проверяемых сушильных цилиндров,

причем температуру каждого из сушильных цилиндров при первом, втором и третьем измерениях измеряют в течение 5 минут.