第二代緊湊型 (G2)蒸煮器的產(chǎn)量和纖維平衡控制

郭合芳 劉若飛

(山東亞太森博漿紙有限公司，山東日照，276800)

第二代緊湊型 (G2)蒸煮器的產(chǎn)量和纖維平衡控制

郭合芳 劉若飛

(山東亞太森博漿紙有限公司，山東日照，276800)

在第二代緊湊型 (G2)蒸煮器中采用了先進(jìn)的控制軟件包 (APC)進(jìn)行控制，主要對(duì)其中的產(chǎn)量和纖維平衡控制進(jìn)行了分析介紹。

緊湊型 (G2)蒸煮器;APC控制;產(chǎn)量控制;纖維平衡

連續(xù)蒸煮技術(shù)發(fā)展到20世紀(jì)末出現(xiàn)了緊湊型蒸煮，到近幾年又開發(fā)出第二代緊湊型 (G2)蒸煮器。G2蒸煮技術(shù)可以使?jié){廠以最低的成本對(duì)漿料優(yōu)化，以滿足紙廠的要求，同時(shí)，使?jié){廠通過降低投資成本，提高產(chǎn)量增加效益，因此目前是百萬噸漿廠項(xiàng)目的首選蒸煮方式。G2蒸煮技術(shù)不但利用了預(yù)浸塔等改良設(shè)備，設(shè)備開發(fā)商更是根據(jù)工藝特點(diǎn)，開發(fā)設(shè)計(jì)了先進(jìn)的控制軟件包 (APC)，嵌入到集散控制系統(tǒng) (DCS)中，通過大量的運(yùn)算，利用串級(jí)、前饋控制等控制理念對(duì)產(chǎn)量、液比、用堿量等進(jìn)行優(yōu)化控制，達(dá)到理想的控制效果。

這種APC可以采用第三方軟件，利用OPC通訊，與DCS交換信息，從DCS獲得現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過運(yùn)算，再輸送到DCS里實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制，還有一些DCS供應(yīng)商開發(fā)出專門應(yīng)用于先進(jìn)控制的平臺(tái)，與DCS進(jìn)行更簡單可靠的結(jié)合，如霍尼韋爾公司的Experion Application Control Environment(ACE)服務(wù)器 (見圖1)。如圖1所示，在ACE服務(wù)器采用普通商用的PC服務(wù)器，操作系統(tǒng)Windows 2000 Server，其功能就是EPKS C300處理器基本功能的鏡射，與DCS其他處理器、服務(wù)器、FIM(總線通訊)、第三方OPC服務(wù)器實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。

圖1 ACE服務(wù)器在EPKS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ACE服務(wù)器本身沒有組態(tài)軟件和數(shù)據(jù)庫，其應(yīng)用程序組態(tài)和服務(wù)器上的其他處理器一樣在EPKS系統(tǒng)控制策略組態(tài)軟件Control Builder里面，建立一個(gè)針對(duì)ACE的運(yùn)行環(huán)境CEEACE，在這個(gè)環(huán)境下進(jìn)行CM的編程組態(tài)，并與其他處理器通訊，所以應(yīng)用操作非常靈活。

G2蒸煮器APC主要過程控制分為4部分:①產(chǎn)量和纖維平衡控制;②液比平衡控制;③用堿量控制;④溫度控制。

通過這些方面的優(yōu)化控制，主要目的是獲得平穩(wěn)的蒸煮H因子，使產(chǎn)量變化調(diào)整穩(wěn)定運(yùn)行，維持穩(wěn)定的卡伯值及其他重要參數(shù)，在這些控制中產(chǎn)量和纖維平衡的控制是主導(dǎo)程序，其他如溫度、液比的控制都隨著產(chǎn)量的調(diào)整變化而變化，所以本文主要分析產(chǎn)量和纖維的平衡控制。

1 產(chǎn)量控制

產(chǎn)量控制是指開停機(jī)、改變產(chǎn)能、設(shè)備異常調(diào)整時(shí)產(chǎn)量的調(diào)節(jié)方法，在APC程序包里設(shè)置了4種產(chǎn)量調(diào)整模式，DCS操作畫面上對(duì)應(yīng)選擇按鈕，操作人員輸入想要達(dá)到的產(chǎn)量數(shù)值，根據(jù)需要選擇產(chǎn)量調(diào)整的模式。這4種模式分別是:①正常模式;②快速模式;③直接模式;④終止模式。圖2是產(chǎn)量控制的框圖。

圖2 產(chǎn)量控制模式邏輯圖

1.1 正常模式 (NM)

正常模式是在正常狀態(tài)下對(duì)產(chǎn)能的調(diào)整，這種工況下生產(chǎn)的主要目標(biāo)是漿的質(zhì)量控制，即獲得比較穩(wěn)定的蒸煮卡伯值，使強(qiáng)度等質(zhì)量不會(huì)有大的波動(dòng)。蒸煮是一個(gè)緩慢變化的過程，當(dāng)產(chǎn)量變化時(shí)，已經(jīng)進(jìn)入蒸煮區(qū)域的木片蒸煮滯留時(shí)間的變化是不同的，每層木片的滯留時(shí)間的變化取決于它在料柱中的位置，在蒸煮塔底層的料柱，其滯留時(shí)間變化很小，在最頂層的滯留時(shí)間變化最大。為了達(dá)到基本一致的H因子從而保證卡伯值的穩(wěn)定，就需要根據(jù)滯留時(shí)間的變化對(duì)蒸煮溫度等進(jìn)行調(diào)整。在正常模式下，輸入目標(biāo)產(chǎn)量后，計(jì)算出目標(biāo)產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的溫度目標(biāo)值，然后進(jìn)行溫度控制調(diào)節(jié)，按斜坡曲線慢慢提升溫度，斜坡時(shí)間T1是程序計(jì)算值，大約是木片在蒸煮區(qū)的滯留時(shí)間，見圖3。溫度達(dá)到目標(biāo)值后再將木片計(jì)量器速度、蒸煮噴放量及白液流量調(diào)整到新的設(shè)定值進(jìn)行控制。

1.2 快速模式 (FM)

在非正常狀態(tài)下，如設(shè)備異常等，產(chǎn)量的變化調(diào)整比質(zhì)量控制更重要時(shí)就采用快速產(chǎn)量調(diào)整模式。如圖4，在這種模式下溫度快速達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量的要求，接著取料速度、噴放量、白液流量達(dá)到目標(biāo)值。在這種模式下，部分漿料H因子不同，卡伯值會(huì)有較大波動(dòng)，所以只有在異常情況下才使用此模式。快速模式的斜坡時(shí)間T2由操作人員鍵入。

1.3 直接模式 (IM)

在非正常狀態(tài)下，其他APC控制回路都在M狀態(tài)下，立即進(jìn)行產(chǎn)量的更改，應(yīng)用在特殊情況下，或者APC啟動(dòng)時(shí)給定產(chǎn)量初始值。

1.4 終止模式

在快速模式和直接模式啟動(dòng)過程中，可根據(jù)生產(chǎn)情況隨時(shí)終止產(chǎn)量調(diào)整。產(chǎn)量設(shè)定值返回產(chǎn)量變化前的值。

2 纖維平衡控制

纖維平衡控制包括喂料控制、預(yù)浸塔液位控制、蒸煮塔液位控制等。

2.1 喂料控制

喂料控制就是取料速度的控制，它與上面提到的產(chǎn)量控制契合在一起，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能變化及平穩(wěn)運(yùn)行。如圖5所示的喂料控制模型圖，用木片計(jì)量器轉(zhuǎn)速累積偏差及皮帶上木片質(zhì)量作為主副回路，調(diào)節(jié)取料螺旋速度以達(dá)到設(shè)定產(chǎn)量。主回路的測(cè)量值是當(dāng)前設(shè)定產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的木片轉(zhuǎn)速與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量的木片計(jì)量器轉(zhuǎn)速的差值的累積值，設(shè)定值為0，副回路的測(cè)量值是木片輸送皮帶上木片的質(zhì)量。在這個(gè)過程控制中，皮帶稱測(cè)量偏差大，木片疏松不一，木片皮帶輸送時(shí)間長，擾動(dòng)大，為克服這些因素，模型中取木片從料堆到預(yù)浸塔的傳輸時(shí)間 (約10 min)內(nèi)質(zhì)量及木片計(jì)量器實(shí)際轉(zhuǎn)速的平均值，并引用木片流速的概念，單位木片計(jì)量器轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的皮帶上的質(zhì)量，再乘以設(shè)定木片計(jì)量器轉(zhuǎn)速，加上0．5的微調(diào)作為PID控制器輸出的限制值，從而達(dá)到平緩均衡喂料的目的。同時(shí)木片計(jì)量器的轉(zhuǎn)速用來調(diào)節(jié)緩沖槽料位。

2.2 預(yù)浸塔料位控制

預(yù)浸塔料位通過調(diào)節(jié)預(yù)浸塔底部去高壓喂料器預(yù)浸木片流量來控制，也可以由預(yù)浸塔底部卸料刮板的轉(zhuǎn)速來控制，該控制模型中，使用了木片流速概念，見式(1):

底部卸料刮板轉(zhuǎn)速的設(shè)定值就是由木片流速設(shè)定值及設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算出的，同時(shí)用預(yù)浸塔料位控制模型進(jìn)行微調(diào)，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)的輸出轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速補(bǔ)償?shù)缴厦娓鶕?jù)流速計(jì)算的轉(zhuǎn)速設(shè)定值里，作為卸料螺旋的實(shí)際轉(zhuǎn)速設(shè)定值 (RSP，見式 (2))。

2.3 高壓喂料器控制

在高壓喂料器控制中，引用了兩個(gè)概念，高壓喂料器排空因子 (H1)和高壓喂料器填充因子 (H2)，計(jì)算公式為式 (3)和式 (4):

根據(jù)實(shí)踐，高壓喂料器填充因子值為87左右時(shí)運(yùn)行效果最佳，預(yù)浸塔液位循環(huán)流量根據(jù)產(chǎn)量設(shè)置，由此可以計(jì)算出高壓喂料器的轉(zhuǎn)速。高壓喂料器的排空因子值的理想值是120，由此可以確定輸送循環(huán)閥門調(diào)節(jié)開度。

2.4 蒸煮塔料位控制

圖5 喂料控制模型

蒸煮塔料位控制的基本原理是控制木片計(jì)量器來木片流量和蒸煮塔噴放流量，控制模型見圖6。保證料柱在蒸煮塔內(nèi)下行的穩(wěn)定性是非常重要的，因?yàn)檫@會(huì)影響到木片在蒸煮塔內(nèi)蒸煮區(qū)的滯留時(shí)間。料位控制器調(diào)節(jié)噴放流量。為防止料位控制器測(cè)量的原因造成異常波動(dòng)，正常的噴放流量設(shè)定值由當(dāng)前設(shè)定產(chǎn)量計(jì)算而來，而料位控制器只被允許在正常噴放流量有限的范圍內(nèi)對(duì)噴放量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖6 蒸煮塔料位控制模型

3 結(jié)語

產(chǎn)量和纖維平衡控制是第二代緊湊型 (G2)蒸煮器控制軟件包 (APC)控制的主導(dǎo)部分，只要連續(xù)平穩(wěn)地喂料，形成均勻的料柱，控制蒸煮木片的滯留時(shí)間，再根據(jù)產(chǎn)量、木片流速、漿料流速合理地進(jìn)行溫度及液比的控制調(diào)節(jié)，就可以獲得更穩(wěn)定的H因子，使蒸煮后卡伯值維持在平穩(wěn)的狀態(tài)，為氧脫木素打好基礎(chǔ)，就會(huì)獲得穩(wěn)定的高品質(zhì)的產(chǎn)品。

［1］ Mesto G2 Compacting Digester Operation Maunal［S］．

［2］ 美卓推出化學(xué)漿廠高級(jí)過程控制方案［J］．中國造紙，2009，28(12):73．

［3］ 美卓制漿造紙新技術(shù)［J］．中國造紙，2009，28(12):56．

Introduction to Compact Cooking G2 Digester and Its Production and Fiber Balance Control

GUO He-fang*LIU Ruo-fei
(Shandong Asia Pacific SSYMB Pulp ＆ Paper Co．，Ltd．，Rizhao，Shandong Province，276800)

Advanced process control(APC)is used in compact cooking G2 digester．The production and fiber balance control are the most important part in APC，and stable chip feeding is the presupposition to achieve high quality．

compact cooking G2 digester;APC;production control;fiber balance control;fiber balance

TP273

B

0254-508X(2012)11-0060-03

郭合芳女士，工程師;主要從事自控系統(tǒng)的維護(hù)管理工作。

(*E-mail:dmc1970@163．com)

2012-07-16(修改稿)

(責(zé)任編輯:郭彩云)