Процесс сушки полотна является наиболее важной технологической стадией производства бумаги на бумагоделательной машине. Качественное регулирование процесса сушки и процессов в пароконденсатных системах важно в связи с тем, что по многим видам эксплуатационных затрат это наиболее затратная часть, она во многом определяет качество бумажного полотна. Так, на долю сушильной части приходится окончательное формирование бумажного полотна и образование тех или иных дефектов, связанных с влажностью и пересушкой и перегревом полотна, равномерностью влажности по поперечному и продольному сечению полотна.

Бумагоделательные машины оборудуются для сушки бумаги многоцилиндровыми контактно-конвективными установками, основным узлом в которых является сушильный цилиндр (СЦ). При передаче тепла от греющего пара к поверхности цилиндров пар конденсируется. При вращении цилиндра с окружной скоростью не более 300–400 м/мин конденсат собирается в нижней части цилинд­ров, что приводит к перерасходу мощ­ности привода и динамическим нагрузкам на привод. Удаление конденсата производится черпаками и неподвижными сифонами. С увеличением окружной скорости конденсат поднимается по внутренней поверхности цилиндра. При окружной скорости цилиндра 600 м/мин конденсат образует замкнутое кольцо, которое уменьшает общий коэффициент теплопередачи от пара к бумажному полотну на 30–50 %. Для удаления конденсата применяются вращающиеся и неподвижные сифоны.

В настоящее время на целлюлозно-бумажных предприятиях активно разрабатываются и внедряются методы безразборного обнаружения неисправностей технологического оборудования [1,5, 6]. В системах удаления конденсата по технологическим и эксплуатационным причинам эпизодически происходит увеличение содержания конденсата в отдельных СЦ. Причинами этого процесса являются: повышенное отложение накипи на подпорных шайбах (площадь поперечного сечения шайбы уменьшается), охлаждение отдельных СЦ направленным потоком воздуха в сушильной части (открытые шандоры с лицевой и приводной сторон, открытые поверхности в кровле теплоизоляционного колпака). При длительном воздействии указанных факторов происходит накопление конденсата в СЦ, что ухудшает усло­вия передачи тепла и увеличивает нагрузку на подшипники, вызывая перерасход мощности привода.

Цель исследования: разработка методики расчета по выявлению СЦ с неисправной системой удаления конденсата с целью создания условий для своевременного выявления и отвода конденсата из СЦ, что имеет большое значение для нормальной работы сушильной части бумаго- и картоноделательных машин.

Материал и методы исследования. Для обнаружения СЦ с повышенным содержанием конденсата предлагается температурный контроль их поверхности. Измерения температуры производятся в режиме эксплуатации и после отключения пароконденсатной системы. Для определения температуры поверхности СЦ применялся пирометр RayngerST25 с диапазоном измерений температуры -32…+545 °С. Измерения длительностью 0,5…1,0 мин. производились с лицевой стороны БДМ в однотипных точках поверхности СЦ, расположенных на расстоянии 1-го метра от торцевых крышек. Измерения температуры совершались для 48-ми СЦ с интервалом 2…3 часа в течение 7-ми часов.

Пароконденсатные системы бумаго-картоноделательных и сушильных машин предназначены для обеспечения СЦ теплотой за счет подвода к ним пара и отвода конденсата. С помощью пароконденсатных систем поддерживается необходимый температурный график сушки по длине маши­ны, обеспечивается ее проектная производительность. От вида пароконденсатной системы зависит способ отвода конденсата из цилиндров. Различают две системы распреде­ления пара по СЦ: с параллельным пароснабжением СЦ и групповым (каскадным) пароснабжением с последовательным перепуском пара по отдельным группам.

В схеме с параллельным пароснабжением все СЦ подключаются к одному общему магистральному паропроводу и конденсатопроводу (рис.1).

Рис.1. Схема параллельного пароснабжения и отвода конденсата из сушильной части бумагоделательной машины: 1 – главная паровая задвижка; 2 – машинный паропровод; 3 – водоотделитель; 4 – запорные вентили; 5 – СЦ; 6 – конденсатоотводчики; 7 – конденсатный бак; 8 – конденсатный насос

Параллельная схема пароснабжения может быть применена только на тихоходных машинах (до 350–400 м/мин), на кондесатопроводах должны быть установлены конденсатоудаляющие устройства, она имеет более низкий КПД по сравнению с другими схемами.

Наибольшее распространение в настоящее время получила схема группового пароснабжения СЦ с каскадным распределением давления и последовательным перепуском пара по группам цилиндров (рис. 2).

Рис. 2. Схема группового пароснабжения и отвода конденсата из сушильной части бумагоделательной машины: 1 – главная паровая задвижка; 2 – машинный паропровод; 3 – запорные вентили; 4 – СЦ; 5 – вакуум-насос; 6 – холодильник; 7 – конденсатный насос; 8 – водоотделители; ТЭЦ – теплоэлектроцентраль

Групповая схема пароснабжения цилиндров на быстроходных машинах возникла вследствие замены конденсатоотводчиков дроссельными шайбами, пропускающими из цилиндров вместе с конденсатом часть пролетного пара. Пролетный пар необходим для более полного удаления из СЦ конденсата и неконденсирующихся газов.

Важную роль в устойчивом удалении конденсата из системы играет поддержание необходимых перепадов давлений между паровыми группами. Это в свою очередь приводит к осложнению гидравлической схемы отвода конденсата, к растущей нестабильности и снижению устойчивости пароснабжения, заполнению отдельных цилиндров переохлажденным конденсатом. Для нормальной работы технологического оборудования с закрытым паровым обогревом необходимо непрерывно отводить из него образую­щийся конденсат. В трубах всегда присутствует как минимум до 5 % конденсата. При распределении конденсата в виде капель происходит эрозионное разрушение клапанов, в связи с чем он начинает пропускать, не держит давление и не способен регулировать. Результатом в этом случае может быть то, что подача даже излишнего пара не приводит к нагреву СЦ, тем более к его стабильной работе.

При накоп­лении конденсата в аппарате нарушается тепловой и гидравлический режим работы системы пароснабжения. При скоплении конденсата на днище паропровода происходит появление так называемых водяных пробок. Результатом являются гидравлические удары, вызывающие разрушение паропроводов и нарушение герметизации. Наличие конденсата в пароиспользующих системах, с од­ной стороны, снижает их производительность, с другой стороны, горячий конденсат должен быть использован в системах низкого давления, что в целом существенно повышает эффективность всей установки [2]. Таким образом, своевременное определение содержания конденсата и его удаление ведёт к экономичному и эффективному использованию систем пароснабжения.

Диагностирование технического состояния СЦ по температуре позволяет своевременно определить наличие конденсата, чем снизить затраты на ремонт оборудования.

Целью диагностирования технического состояния СЦ является повышение надежности и снижение эксплуатационных расходов, при этом назначают необходимые работы по техническому обслуживанию в зависимости от фактического технического состояния СЦ и предполагаемого изменения его состояния в процессе эксплуатации.

В процессе исследования были произведены измерения температуры СЦ в момент прекращения подачи пара и через 3, 5, 7 часов после прекращения подачи пара. С помощью результатов измерений можно выявить СЦ, подозреваемые на наличие неисправной системы удаления конденсата.

В результате работы определены градиенты температуры СЦ за период остывания в семь часов.

; (1)

где , – температура поверхности СЦ соответствен­но Градиенты температур СЦ приведены на графике (рис. 3).

Рис. 3. График градиентов температуры СЦ за период остывания в 7 часов

Диапазон изменения температуры СЦ разбит на три уровня: [Т] – допустимый, ТН – неудовлетворительный и ТП – предотказный уровни изменения температуры.

Из графика видно, что ряд СЦ № 1, 5, 25, 28 с градиентами температуры через 7 часов после останова 9, 11, 12 и 12оС соответственно располагаются в зоне предотказного уровня изменения температуры.

Рассчитано среднее арифметическое значение градиентов температуры СЦ

, (2)

и его среднее квадратическое отклонение

,(3)

где n – число цилиндров.

Результаты расчетов среднестатистических характеристик СЦ приведены в таблице.

Статистические характеристики СЦ

Известно, что СЦ с повышенным содержанием кон­денсата остывают значительно медленнее СЦ без конден­сата. Выявление СЦ с повышенным содержанием кон­денсата производилось на основе расчетного критерия Стьюдента [2,3], кото­рый определяется по формуле:

,(4)

где Δti – градиент температуры i-гo СЦ.

Производилось сравнение t_pi с табличным значением критерия Стьюдента, σт=1,68 для 48-ми СЦ при вероятности Р=0,9 [2,3].

При t_pi ≥ σт с вероятностью Р=0,9 можно считать, что градиент темпера­туры i-гo СЦ ниже допустимого и имеет повышенное со­держание конденсата и, следовательно, неисправную систему удаления кон­денсата. Результаты расчетов, которые производились для СЦ, подозреваемых на наличие неисправной системы удаления конденсата, отражены на графике (рис. 4).

Рис. 4. График расчётных критериев Стьюдента (tpi) для СЦ с пониженными (неудовлетворительными) градиентами температуры: ТН – неудовлетворительный и ТП – предотказный уровни значений расчётных критериев Стьюдента, σт=1,68 – табличное значение критерия Стьюдента

Расчетами установлено, что СЦ № 1, 5, 25, 28 имеют неисправную систему удаления конденсата. Характерные графики изменения температуры СЦ за период остывания в течение 7 часов с уравнениями зависимости температуры от времени приведены на рисунке 3.

Анализ температуры СЦ показывает, что ряд СЦ имеет температуру на 4…6 оС ниже, чем в смежных цилиндрах этой же группы по пару. Это свидетельствует об отклонениях в системе регулирования температуры, о наличии повышенного содержания конденсата в цилиндрах или загрязненности и накипи на внутренней поверхности цилиндров. Графики изменения температуры СЦ в зависимости от времени после останова приведены на рис. 5.

Рис. 5. Графики изменения температуры СЦв зависимости от времени после останова и их функции: 1,2 – СЦ № 1,5 с неисправной системой удаления конденсата; 3 – среднее арифметическое изменение температуры 48-ми цилиндров; 4 – СЦ №11 с исправной системой удаления конденсата

Графики изменения температуры СЦ с повышенным содержанием конденсата, описанные уравнениями полиноминальной зависимости, имеют менее пологую характеристику в отличие от графика изменения температуры СЦ с исправной системой удаления конденсата и графика среднего арифметического изменения температуры 48-ми СЦ, что свидетельствует о незначительном охлаждении СЦ в течение длительного периода времени.

Заключение

Техническое диагностирование – элемент системы планово-предупредительных ремонтов, позволяющий изучать и устанавливать признаки неисправности оборудования, методы и средства, при помощи которых дается заключение о наличии дефектов. Техническое диагностирование решает вопросы прогнозирования остаточного ресурса и безотказной работы оборудования в течение определенного промежутка времени.

Применение температурного диагностирования СЦ в процессе эксплуатации или при останове сушильной части на техническое обслуживание способствует выявлению СЦ с повышенным содержанием конденсата и своевременному его удалению. Создание данных условий имеет большое значение для нормальной работы сушильной части бумаго- и картоноделательных машин, так как накопление конденсата в СЦ ухудшает усло­вия передачи тепла и увеличивает нагрузку на подшипники, вызывая перерасход мощности привода.

Рецензенты:

Черемных Н.Н., д.т.н., профессор, зав. Кафедрой начертательной геометрии и машиностроительного черчения ФГБОУ ВПО «Уральского государственного лесотехнического университета», г. Екатеринбург.

Санников А.А., д.т.н., профессор кафедры технической механики и оборудования целлюлозно-бумажных производств ФГБОУ ВПО «Уральского государственного лесотехнического университета», г. Екатеринбург.