造紙紙漿濃度控制回路設計

王 沖

造紙紙漿濃度控制回路設計

王 沖

（中國海誠工程科技股份有限公司， 上海 200031）

造紙廠紙漿濃度的控制在整個工藝生產過程中有著非常重要的作用，對磨漿效果、抄造穩定性及最終產品質量都有很大的影響。除了工藝漿料平衡的設計優化外，應重視紙漿濃度自動控制回路的設計。根據不同工藝控制點的特點，分析并選擇合適的濃度計，闡述濃度計安裝現場需求，結合稀釋水調節閥及控制系統構建紙漿濃度控制回路，為控制回路軟件算法加成提供基礎，最終達到優化設計的目的。

造紙紙漿；濃度計；調節閥；控制回路

紙漿濃度控制是造紙過程控制中重要的一環，涉及打漿、磨漿、上漿等各生產環節，其控制回路調節性能對磨漿效果、抄造穩定性、原料的節約以及最終紙張質量等都有著很大的影響。目前，造紙項目自動化程度不斷提高，關鍵點的紙漿濃度可選用適合的濃度計在線監測，并將信號送至DCS控制調節。紙漿濃度回路的調節受多種因素的制約，想在實際生產中得到更好的效果，需從現場儀表設計選型以及控制回路設計上進行優化。

1 造紙紙漿特點

造紙紙漿不是一種純粹的介質，而是由纖維和水等混合而成的混合液，常夾雜氣泡；其特性受不同的纖維種類、濃度、溫度、雜質等影響而呈現復雜性。

紙漿根據原料的不同一般分為木漿、竹漿、草漿、廢紙漿等；根據生產工藝的不同又分為機械漿、化學漿、化學機械漿等[1]。

造紙項目中的生活用紙廠的紙漿以木漿、竹漿為主，其濃度一般在6%以下，以某工業園區的生活用紙項目為例，其采用的原料為原生木漿，包括長纖維木漿和短纖維木漿，原料經過碎漿、除渣、磨漿、疏解、混合配漿、上漿等工藝過程送至生活用紙紙機的流漿箱中抄造成紙。

不同濃度的紙漿在不同的管徑中以不一樣的速度流動，其所含的纖維及呈現的物理特性等也不盡相同。造紙工藝一般要求在高濃度下儲存紙漿，以減少漿塔等容器的大小，但高濃紙漿在管路輸送時比較困難，因此常通過濃度控制系統向漿塔出料管的紙漿中加入稀釋水以降低紙漿濃度保證其輸送性。不同生產工段需根據不同的工藝特點及控制需求選用合適的濃度計及稀釋水調節閥，以保證濃度調節的可靠性。

2 濃度計選型

造紙生產過程中主要采用管道式在線濃度計進行紙漿濃度的測量，目前生產中使用的紙漿濃度計，其測量原理主要是根據紙漿的流動特性或光學特性，主要類型如表1所示。

表1 紙漿濃度計特性比較表

刀式濃度計及旋轉式濃度計依據剪切力原理測量，對紙漿的纖維種類、空氣、流速等變化因素不敏感；動刀式濃度計采用主動測量，相對于定刀式濃度計來說更能適應紙漿流速的不斷變化。

紙漿濃度計類型的選擇主要考慮所測位置的濃度、精度要求、安裝要求等因素，一般在無特殊要求的場合測量采用刀式濃度計，性價比最高；當測量精度要求高時，選用旋轉濃度變送器，造價較高；對于1%以下的低濃度測量場合選用光學濃度計。單從測量精度、安裝維護便利等因素上考慮，光學濃度計優勢明顯，但出于一次投資成本等因素的考慮，很多紙廠都沒有選用這種類型，更多地采用了刀式或旋轉式濃度計。

漿管輸送紙漿的溫度一般在40~60 ℃，對濃度計的耐溫沒有特別要求，由于紙漿比較黏稠，主要考慮其種類、濃度、流速、腐蝕性等因素，以該生活用紙項目為例，其工藝生產過程中主要選擇測量紙漿濃度位的置如下：

（1）短纖維木漿塔卸料泵出口：DN300不銹鋼管道，短纖維木漿，濃度約4.5%，流速約0.5 m/s，選用旋轉濃度變送器。

（2）短纖維木漿除渣器入口：DN250不銹鋼管道，短纖維木漿，濃度約4%~5%，流速約1 m/s，選用動刀式濃度變送器。

（3）長纖維木漿除渣器入口：DN200不銹鋼管道，長纖維木漿，濃度約4%~5%，流速約0.85 m/s，選用動刀式濃度變送器。

（4）復卷碎漿機卸料泵出口：DN150不銹鋼管道，損紙漿，濃度約4.2%，流速約0.75 m/s，選用旋轉濃度變送器。

（5）機下碎漿機卸料泵出口：DN250不銹鋼管道，損紙漿，濃度約4%~6%，流速約0.3 m/s，選用旋轉濃度變送器。

（6）損紙塔卸料泵出口：DN200不銹鋼管道，損紙漿，濃度約4%，流速約1 m/s，選用動刀式濃度變送器。

（7）漿料回收罐卸料泵出口：DN200不銹鋼管道，回收漿，濃度約3.8%，流速約0.7 m/s，選用動刀式濃度變送器。

（8）毯層/網層成漿池卸料泵出口：DN125不銹鋼管道，漂白漿，濃度約3.2%~3.5%，流速約1.5 m/s，選用旋轉濃度變送器。

在測量精度要求高的場合選擇了旋轉濃度變送器，其他選用了動刀式濃度計。采用的動刀式濃度計和旋轉式濃度計接液部分為316L材質，提高防腐蝕性能；濃度計為分體式結構，分為濃度傳感器和濃度變送器，之間通過專用信號電纜連接。

漿泵出口流動過程中產生的湍流對測量精度和穩定性也有影響，除光學濃度計外，其他刀式濃度計和旋轉濃度計都需要有足夠的直管段以保證測量精度。

濃度傳感器的安裝首選垂直管段外側面，且避開振動較大的位置，空間上一般傳感器外側500 mm內沒有遮擋物，便于安裝及維護。若垂直管段受限無法安裝時，可將濃度計安裝在水平管道的兩側，避開易積聚氣泡的管道上部和易積聚雜質的管道底部。

對于刀式濃度計，傳感器安裝時應使刀片與主管道平行且與紙漿流向相同，直管段需考慮前10后5倍主管道直徑的長度；對于旋轉濃度計，傳感器安裝時直管段需考慮前3（或1.5 m）后1.5（或0.5 m）倍主管道直徑的長度，且旋轉濃度計一般配有沖洗水接口，需現場就近接入。每個濃度傳感器安裝點下面便于操作的位置同時安裝一個手動取樣閥，使手動取樣的紙漿和在線測量的保持一致，以便更好比對。

3 控制回路設計

紙漿濃度控制回路由紙漿濃度計、稀釋水調節閥、DCS控制系統以及中間電纜等組成，如圖1所示。

圖1 紙漿濃度調節回路框圖

漿管上安裝的濃度傳感器信號經特殊電纜連接至分體的濃度變送器中，濃度變送器送出4~20 mA的模擬量信號經屏蔽電纜送至DCS系統，DCS程序中將測量值與設定值比較后計算輸出一個4~20 mA的模擬量信號經屏蔽電纜至稀釋水調節閥以控制稀釋水的流量從而達到調整紙漿濃度的目的。采用屏蔽信號電纜并在DCS機柜側單點接地可減少信號干擾，提高回路的穩定性[2]。

稀釋水管在漿塔至漿泵出料管的2/3處垂直插入，插入長度根據漿管直徑確定，一般在10~50 mm。稀釋水采用白水，管徑根據主漿管管徑計算確定，一般不超過DN80，流速保持在3~5 m/s。白水中含有少量木纖維，選用具有一定剪切力的V型調節球閥，可以剪斷白水中的纖維，達到更好的調節性能。調節閥采用氣動執行機構，配氣源過濾器，可快速響應DCS輸出的閥位信號，其口徑根據流量及壓力參數等工況具體計算以使得正常情況下調節閥的開度可以處在比較理想的開度區間（40%~60%）內，如DN80的稀釋水管道選用口徑為DN50的調節閥局部縮徑安裝[3]。

濃度計及調節閥的物理安裝位置上盡可能接近，以減少流體管道流動產生的回路調節時間的滯后。分體式濃度變送器安裝在相對干燥且便于操作維護的環境中， 并通過配電盤提供220 V AC的單相交流電源。

濃度變送器及調節閥的信號在DCS中構成一個閉環控制回路，常規采用PID整定控制并考慮一定的擾動因素。在需要精細控制的回路，加入APC（先進過程控制）算法，如模糊控制、神經網絡、遺傳算法等，以解決控制回路本身的滯后性及各種擾動因素的影響，達到更優的控制效果。

4 結論

良好的紙漿濃度控制回路應從硬件及軟件兩方面著手，從現場儀表、調節閥選型及安裝等硬件方面為DCS軟件回路的控制優化提供了基礎保障，以PID經驗控制輔以APC算法優化可將造紙紙漿控制回路的性能最優化，為高質量產品的穩定生產提供可能。

［1］GB51092-2015, 制漿造紙廠設計規范 [S].

［2］HG/T20513-2014, 儀表系統接地設計規范 [S].

［3］HG/T20507-2014, 自動化儀表選型設計規范 [S].

Design of Pulp Consistence Control Loop

（China Haisum Engineering Co.,Ltd., Shanghai 200031,China）

The control of pulp consistence in paper mill plays an important role in the whole process, which has a great influence on the grinding effect, the stability of making and the quality of the final product. In addition to the design optimization of process pulp balance, attention should be paid to the design of pulp consistence automatic control loop. In this paper, according to the characteristics of different process control points, the appropriate consistence meter was analyzed and selected, the installation site requirements of the consistence meter were described, and the pulp consistence control loop was constructed combining the dilution water control valve and control system, to provide the basis for the optimization of the control loop software algorithm, and the purpose of optimal design was finally achieved.

Paper pulp; Consistence meter; Control valve; Control loop

沈陽工業大學科研成果介紹

高濃難降解有機廢水預處理集成裝備

適用范圍：制藥、農藥、顏料、焦化等行業高濃度難降解有機廢水。

參照標準：一般厭氧生化處理技術進水要求。

技術優勢：

設備集合電催化氧化、兩級微電解、混凝工藝優勢，適宜于多種行業高濃度難降解有機廢水處理，處理效率高；集裝箱式集成化設計，便于運輸、移動；設備中不同容器水力停留時間可調節，適應水質水量變化。

聯系人：梁吉艷

電話：024-25497158，E-mail：liangjiyan2005@126.com

TQ 056

A

1004-0935（2020）05-0520-03

2020-02-13

王沖（1984-），男，工程師，碩士研究生，江蘇省啟東市人，2009年畢業于東華學校控制理論與控制工程專業，研究方向：自控儀表及弱電設計。