Курс «Регулирующая арматура в системах автоматизации»

Замена инерционных элементов технологических схем на более динамические.

Примеры. Замены инерционных бассейнов на сосуды меньшей емкости, с переходом к динамическому управлению при помощи автоматических регуляторов. Внедрение систем сгущения-разбавления и включение специальных измерительных устройств в технологический процесс для гарантирования показателей массы. Устранение крупных емкостей на обработку в процессе транспортировки суспензии. Пример – смешивание по технологии Lobemix в статическом смесителе вместо смешения в отдельном баке с мешалкой.

Специализация и интеграция контуров регулирования в оборудование и процесс. Выделение агрессивной обработки в специальный блок на технологической схеме с возможностью лучшего контроля. Развитие специализированных измерительных контуров и выделение их из общих технологических контуров регулирования. Выделение стандартных модулей их стандартизация и унификация, выделение специальных контуров и типового оборудования и нестандартного оборудования.

Пример. Контур регулирования расхода традиционно состоит из 2-х регулирующих клапанов и 4-х отсечных, объединенных в один агрегатированный узел.

Увеличение числа вспомогательных контуров, обеспечивающих лучшее выполнение функций основными. Интеграция с целью повышения надежности.

Пример. Обработка на некоторых узлах, см. пример выше – вакуумный сгуститель идет при вращении одного барабана с разными участками, которые раньше выполнялись последовательно. При такой интеграции достигнут и еще один «сверхэффект» – повышение надежности, поскольку были устранены дополнительные материальные связи между контурами, вносившие свои возмущения.

Стремление к повышению гибкости работы каждого элемента схемы.

– возможности сочетания параметров и "погашения" нестабильных параметров между предыдущей и последующей ступенью схем; обеспечение наиболее стабильного качества на выходе из каждой ступени на последующую; формирование дополнительных контуров, снижающих воздействие одной ступени на другую, если невозможно устранить вредный эффект, появившийся на предыдущей ступени.

Общие тенденции – снижение размеров и «компактизация» технологических схем, учет особенностей течения и реологии волокнистых суспензий, снижение гидравлических сопротивлений потоку, использование физико-химических и геометрических эффектов и особенностей протекания среды по гидротранспортным системам. Повышение управляемости технологического процесса за счет более совершенных контуров регулирования.

1.2. Закономерности развития технологических схем и контуров регулирования

Повышение степени идеальности технологических схем ЦБП

Определяя развитие технологических схем, можно сказать, что они, как и любая техническая система, двигаются в направлении повышения их «идеальности». При этом это возможно как за счет увеличения числа выполняемых полезных функций, так и уменьшения затрат и снижения вредности. Оптимальные решения достигаются при одновременном росте «полезности» и снижения «вредности».

Основными тенденциями в рамках уже существующих технологических схем являются следующие (4):

«Дотягивание» – доведение функций до требуемого уровня.

Пример. В связи с ростом непрерывности процесса подготовки массы наиболее часто подвергаются вытеснению элементы схем, работающих периодически. При невозможности получить качественный материал, вводятся новые контуры регулирования.

«Выжимание» – снижение издержек за счет оптимизации.

Пример. Применение вторичного сырья, стандартизация и унификация элементов схемы, исключение избыточных звеньев технологии, повышение управляемости отдельных циркуляционных схем, использование замкнутых циклов с возвратом оборотных вод, осветленной воды и т.п.

«Коррекция» – компенсация вредных функций.

Пример. Введение флотационных установок как для очистки воды, входящей в технологическую схему, так и для очистки сбросных вод. Применение шламовых прессов в схеме. Перевод открытых участков технологических схем на замкнутые, далее замкнутых на циркуляционные.

«Универсализация» – увеличение количества выполняемых полезных функций и включение функций других систем.

Пример. Контур сгустителя может работать и как узел промывки при минимальных модернизациях.

«Специализация» – усиление каких-либо полезных функций при отказе от других.

Пример. Специализация технологической схемы на обработке вторичного волокна из макулатуры.

«Повышение единичной мощности» – наиболее характерная тенденция, связанная с принципами формирования технологических схем для массовой продукции, и дает существенную экономию на масштабе. В связи с резким повышением требований к обеспечению непрерывности процесса при минимальных простоях, повышению надежности и исключению человеческого фактора является одной из ведущих при внедрении системы управления и контуров регулирования.

В дополнение можно сказать, что степень идеальности может быть повышена и поэлементным анализом каждого участка технологической схемы. Традиционно внимание конструкторов и технологов привлечено к основным элементам схем, в результате чего вариант выполнения вспомогательных участков выбирается почти случайно. Так, повысив внимание к вспомогательным, второстепенным и вредным функциям можно добиться эффекта, сравнимого с эффектом от повышения эффективности основных функций.

Пример. Анализ, проведенный специалистами Metso Automation, показал, что 2% капиталовложений в автоматизацию по каждой из 6 БДМ в компании UPM Kummene, могут привести к суммарному повышению эффективности и производительности на 15%, что равносильно отказу от покупки 7-й БДМ.

В случае установки нового эффективного оборудования в технологической схеме будут накапливаться противоречия, выражающиеся в том, что будут проявляться сбои на наиболее слабых участках, не способных эффективно обслуживать новое решение. Однако, также хорошо известно, что сильные решения долго не внедряются, тогда как основное развитие получают не самые эффективные решения.

Пример. Давно известно, что цифровые позиционеры дают значительно больше полезных функций по сравнению с аналоговыми. Однако, в связи с неготовностью других подсистем к их внедрению они, даже приходя с проектом на ЦБК, вытесняются со временем аналоговыми позиционерами.

Использование ресурсов в технологических схемах

В технологических схемах велико значение ресурсов и их использования. Так, на выходе лучшая технологическая схема «сама» пытается полностью извлечь полезный эффект из обрабатываемой массы и материала.

Одновременно решаются задачи использования внутренних производных ресурсов и извлечения из них максимального эффекта.

Пример. Установка флотоловушек между операциями. Возврат теплой оборотной воды на разбавление и гидроразбиватель. Возврат брака и его размол с возвращением его в процесс.

Пример. Применение гидроразбивателей высокой концентрации не в маловажной степени связано с тем, что масса высокой концентрации, перетирая себя сама, значительно лучше дефибриллируется. Поскольку масса высокой концентрации не может течь, для ее движения применяют ротор с возможностью ее проталкивания на турбосепаратор, расположенный прямо под ним. Дополнительно используется и само давление столба массы под действием поля гравитации. Разбавление происходит непосредственно перед турбосепаратором.

Другими видами ресурсов технологических схем могут быть ресурсы пространства.

Пример. Уменьшение транспортного плеча в технологических схемах, компактизация схем позволяет уменьшить среднюю длину перекачки массы, общее значение гидравлических сопротивлений и снизить потребление энергии насосами.

Пример. Интересным примером внедрения поворотных заслонок вместо задвижек являются не только технические преимущества, связанные с лучшей регулируемостью, но в значительной степени резкое уменьшение строительной длины. При этом при полном перерасчете можно показать, что основной эффект достигается за счет уменьшения общей длины трубопроводов и уменьшением подпора насосов и их энергопотребления.

Ресурсы информации. Это наиболее близко связанный с регулированием ресурс. Он может быть получен как от КИП, централизованной системы, визуального осмотра, оценки шумов, вибродиагностики и т.д. По ним можно судить о состоянии контуров и работоспособности схем.

Ресурсы времени. Это временные промежутки в технологическом процессе, также до и после него, между процессами, не использованные ранее. Одним из применений является обработка в процессе транспортировки.

Примеры. Статическое смешение по технологии LobeMix.

Составление композиции в процессе подачи химикатов.

Замена периодических процессов на непрерывные.

Передача информации в виде импульсов с заданной периодичностью и в сжатом виде в полевых шинах.

Другие ресурсы – функциональные. Это возможности системы выполнять по совместительству дополнительные функции как близкие к основным, так и неожиданные.

Пример. Вихревой очиститель, установленный у деаэратора, позволяет повысить концентрацию воздуха в массе перед ее удалением и повысить степень удаления воздуха в целом.

Регулирующий клапан с антикавитационным элементом Q-trim способен не только снижать кавитацию, но и приводить поток к ламинарному состоянию, что снижает вероятность формирования узелков.

Небольшие приспособления на регулирующих заслонках позволяют использовать энергию потока на закрытие, существенно снижая поворотный момент.

Системные ресурсы. Это новые полезные свойства, которые могут быть получены при изменении связей между подсистемами или при новом способе объединения систем.

Пример. Чтобы клей не застывал в трубопроводах при подаче в композиционный бассейн, обеспечивают его рециркуляцию.

Использование вредных веществ или следствий технологии.

Пример. Насосы всегда заглубляются, чтобы поток вязкой среды одновременно служил и подпором, снижая вероятность кавитационного режима.