Sosoby badania efektywnośi układu susząego maszyn tissue Testing methods for effetiveness of tissue mahine drying system Aleksander Kleazka To have effetive aer rodution roesses on the aer mahine the measurement and ontrol systems are neessary. They measure ontinuously not only various imortant arameters and tehnologial roerties but they also analyze them and hel to solve numerous roblems. Many mahines, inluding tissue mahines, lak suh systems or they are oorly equied in them. This observation alies eseially to the tissue mahine drying system, where many roess arameters may be determined and analyzed only with the measurements made with seialized hand oerated equiment. rowadzenie większośi starszyh maszyn rodukująyh aiery tissue brak jest nowozesnyh i komletnyh systemów kontrolnoomiarowyh. Umożliwiają one iągłe monitorowanie, oenę i regulaję odstawowyh arametrów i wskaźników harakteryzująyh efektywność funkjonowania maszyny, jej zesołów i układów. szzególnośi dotyzy to układu susząego, składająego się z ylindra Yankee i osłony konwekyjnej (rys. 1.) (1). Miarą efektywnośi funkjonowania maszyny są m.in. wydajność rodukji aieru o wymaganej jakośi i jednostkowe zużyie energii. Brak takih systemów, rzy skromnym wyosażeniu maszyn w odstawową aaraturę omiarową i nieełna znajomość trudnyh zagadnień roesowyh i termodynamiznyh, to odstawowe i zęste rzyzyny niedoskonałośi ray wielu maszyn. Pomiarami i oeną efektywnośi ra różnyh zesołów maszyn aiernizyh, także maszyn tissue, zajmują się sejaliśi (tzw. serwisowy ) z wielu firm dostarzająyh zarówno maszyny, jak i ih wyosażenie. Usługi takie są również wykonywane rzez raowników uzelni tehniznyh i biur rojektowyh. Komleksowe omiary w warunkah iągłego ruhu maszyny są raohłonne i niebeziezne a zęstość ih wykonywania jest niedostatezna i nie zaewnia uzyskania wszystkih danyh otrzebnyh do ełnej oeny efektywnośi roesów. Pomiary takie wynikają zazwyzaj z nagłej i konieznej otrzeby, n. w sytuajah zalizanyh do awaryjnyh, bądź związanyh z lanowaną modernizają maszyny. Rys. 1. Shemat układu susząego ylinder Yankee- osłona konwekyjna (1) 1 ylinder Yankee, 2 wstęga aieru na filu, 3 fil, 4 wale rasy ssąej, 5, 6 osłona konwekyjna dwuzęśiowa, 7,8 doływy owietrza do osłony, 9, 10 odływy oarów do obiegu, 11 skrobak kreująy, 12 wstęga aieru, 13 doływ ary do ylindra, 14 głowia arowokondensatowa, 15 odływ ary i kondensatu do obiegu Do zrealizowania ełnego zakresu omiarów otrzebne są nie tylko odowiednie rzyrządy i aaraty ale również znajomość roesu rodukji aieru, zjawisk i zależnośi fizyznyh towarzysząyh temu roesowi (2). 177
Podstawowe arametry i wskaźniki harakteryzująe układ susząy maszyny tissue Parametrami nazwano wielkośi mehanizne, fizyzne i tehnologizne, któryh wartośi określa się orzez bezośredni odzyt z rzyrządów omiarowyh, stanowiąyh wyosażenie maszyny, bądź za omoą rzyrządów sejalnyh. Niektóre arametry określa się orzez omiar uzuełniany dodatkowym oblizaniem. Przykładem może być suhość aieru, do określenia której otrzebny jest obór i omiar masy róbek, ih suszenie, onowny omiar masy i oblizanie suhośi wg określonego wzoru (definiji). Podstawowe arametry układu susząego maszyn tissue zestawiono w tabeli 1. Podano ih nazwy, jednostki i sosoby określania orzez omiary i oblizanie, w rzyadku maszyn, w któryh brak jest zaawansowanyh systemów kontrolno-omiarowyh. maszynah nowyh wykorzystuje się i analizuje dane, monitorowane i gromadzone w systemah kontrolno- omiarowyh (DCS, QCS), stanowiąyh standardowe wyosażenie takih maszyn. Tabela 2. Podstawowe wskaźniki układu susząego maszyn tissue Nazwa wielkośi Jednostka Sosób określenia ydajność ylindra brutto oblizeniowa kg/h oblizanie; DCS ydajność na nawijaku brutto oblizeniowa kg/h oblizanie; DCS Odarowanie jednostkowe (na ylindrze) kg/kg oblizanie; DCS Odarowanie ałkowite kg/h oblizanie; DCS (odniesione do wydajnośi ylindra brutto) skaźnik intensywnośi suszenia kg/m 2 h oblizanie; DCS Rzezywista mo ielna kotła i alników k oblizenia, DCS (dla znanej wartośi oałowej gazu) Jednostkowe zużyie ary w odniesieniu kg/kg oblizanie; DCS do rodukji na nawijaku, ylindrze Jednostkowe zużyie gazu w odniesieniu m 3 /kg oblizanie; DCS do rodukji na nawijaku, ylindrze Teoretyzne jednostkowe zużyie energii ielnej kj/kg oblizanie Srawność ielna układu susząego % oblizanie ylinder-osłona Udziały ylindra i osłony w zużyiu energii ielnej % oblizanie Udziały ylindra i osłony w odarowaniu wody % oblizanie z aieru Prędkośi owietrza wyływająego z dysz m/s oblizanie; DCS (dla obu zęśi osłony) Strumień energii ielnej odzyskanej w układzie rekueraji k omiary i oblizenia skaźnik odzysku energii ielnej z wydalanyh oarów % oblizanie Tabela 1. Zestawienie odstawowyh arametrów układu susząego maszyn tissue Nazwa wielkośi Jednostka Sosób określenia Rodzaj rodukowanego aieru tissue wg norm Gramatura aieru: na ylindrze, na nawijaku g/m 2 omiar; DCS Stężenie i smarność masy we wlewie % - SR omiar; DCS Suhośi aieru : o I i II rasie, % omiar; nawijak DCS na skrobaku kreująym, na nawijaku Szerokośi wstęgi: na ylindrze, na nawijaku m omiar; DCS Prędkośi roboze: ylindra, nawijaka m/min omiar, obl.; DCS sółzynnik kreowania % omiar, obl.; DCS Średnia temeratura ylindra Yankee C omiar Temeratury aieru: masa we wlewie, C omiar; wlew -DCS rzed rasami, o I i II rasie Temeratura środka natryskiwanego C odzyt bezośredni na ylinder Ciśnienia ary: dorowadzanej do ylindra, MPa odzyty; DCS do nagrzewni owietrza Zużyia ary rzez: ylinder, nagrzewnie kg/h odzyty; DCS Zaotrzebowanie gazu rzez koioł, alniki m 3 /h odzyty; DCS Temeratura owietrza na wyloie z dysz C omiar, odzyt; DCS Ciśnienia, rędkośi, strumienie masowe i objętośiowe owietrza w kanałah układu osłony Parametry fizyzne owietrza i oarów w kanałah układu osłony (temeratura, gęstość, entalia, wilgotność bezwzględna i względna) Pa; m/s; kg/s; m 3 /s C; kg/m 3 ; kj/kg; g/kg; % omiary i oblizenia omiary; DCS Rys. 2. Ręzny skrobak do obierania róbek tissue z owierzhni ylindra Yankee (wg rozwiązania PMPoland) skaźniki są to śiśle zdefiniowane wielkośi tehnologizne bądź roesowe, będąe funkjami różnyh arametrów, mierzonyh bądź oblizanyh. Znajomość wartośi wskaźników i ih analiza są odstawą wiarygodnej i ełnej oeny układu susząego. Nazwy i jednostki głównyh wskaźników układu susząego maszyn tissue rzedstawiono w tabeli 2. Niektóre sosoby omiarów i oblizeń wybranyh wielkośi Pomiary suhośi aieru elu określenia suhośi aieru o rasah należy obrać jego róbki z owierzhni ylindra Yankee. Jest to zynność niebeziezna i wymaga zastosowania sejalnego róbnika skrobaka (rys. 2). Rys. 3. Najnowszy miernik gramatury i wilgotnośi aierów tissue - Voith LSC TeoSens (3) Pobór róbek mokrego aieru z owierzhni filu, rzekazująego aier do układu rasowania na ylindrze Yankee, odbywa się zwykle za omoą strumienia srężonego owietrza, kierowanego na aier od wewnętrznej strony filu. Suhość i gramaturę aieru rzed nawijakiem a także rofile tyh wielkośi w kierunku orzeznym, określa się najzęśiej 178
Rys. 4. Przykład shematu omiarowego układu owietrznego osłony wysokowydajnej (2) w sosób iągły, wykorzystują oularne skanery. Jednym z najnowszyh mierników zastosowanym w maszynah tissue jest głowia Voith LSC TeoSens, w której nie zastosowano źródła radioaktywnego romieniowania (3). idok głowiy rzedstawiono na rysunku 3. Pomiary temeratur Do omiarów temeratur masy włóknistej, wód obiegowyh i owietrza można stosować oularne termometry rozszerzalnośiowe bądź inne, wygodne i beziezne w obsłudze, n. termoogniwa ołązone z wielozakresowymi miernikami elektroniznymi. Pomiar temeratury ylindra Yankee, wstęgi aieru i filów wymaga zastosowania sejalnyh termometrów stykowyh n. tyu SEMA, z miernikiem umożliwiająym odzyt wyników bezośrednio lub z amięi miernika. rzyadku omiarów temeratur owietrza w hali maszynowej, na zewnątrz budynku oraz w kanałah owietrznyh określa się zawsze dwie wartośi temeratur. Nazywane są one odowiednio temeraturą suhego i mokrego termometru a ih znajomość umożliwia uzyskanie ( z tabli fizyznyh, wykresu i-x Molliera lub z odowiedniego rogramu syhrometryznego) wielkośi fizyznyh owietrza, niezbędnyh dla rowadzonej analizy (4). Powietrze jest odstawowym zynnikiem susząym i wentylayjnym w układah maszyny tissue a także efektywnym i raktyznym nośnikiem energii. Stan fizyzny owietrza deyduje o warunkah ray ludzi, warunkah tehnologiznyh i eksloatayjnyh maszyn i urządzeń. Termometr mokry można uzyskać w rosty sosób orzez nałożenie na końówkę omiarową tzw. bandaża z tkaniny, którą nastęnie zwilża się wodą. Tak rzygotowany termometr można stosować do omiarów temeratur owietrza będąego w ruhu, a w szzególnośi w zamkniętyh kanałah, w któryh wykonać należy sejalne otwory omiarowe. Pomiary iśnień i strumieni rzeływów owietrza w kanałah układzie owietrznym osłony konwekyjnej, oróz wentylatorów, nagrzewni arowyh bądź alników gazowyh, wymienników ieła i rzeustni, istnieje sieć kanałów owietrznyh łąząyh te urządzenia. Znajomość średniej rędkośi rzeływu owietrza, bądź oarów w oszzególnyh kanałah jest niezbędna do analizy i oeny układu. Prędkość tę obliza się z zależnośi: ν 2 d ρ = [ m/s] d średnie iśnienie dynamizne w badanym rzekroju kanału, Pa, ρ gęstość łynąego zynnika, kg/m 3. Znajomość rędkośi (v), ól rzekrojów kanałów (A) oraz gęstośi (ρ) rzeływająego zynnika umożliwia oblizenie strumieni objętośiowyh (V) i masowyh (M) owietrza bądź oarów w różnyh miejsah układu osłony (5). 179
Związek między tymi wielkośiami określają roste zależnośi: V =ν A [m 3 /s] M = V ρ [ kg/m 3 ] Przykład stosunkowo rostego układu owietrznego z nagrzewnią arową dla owietrza susząego rzedstawiono na rysunku 4 (2). Na rysunku 4 oznazono unkty omiarowe w różnyh kanałah, w któryh wykonuje się omiary temeratur termometrami suhym i mokrym oraz iśnienia dynamiznego owietrza lub oarów łynąyh w odowiednih kanałah. Do omiarów iśnień dynamiznyh może być stosowana rurka siętrzająa, zwana sondą Prandtla, której shemat rzedstawiono na rysunku 5. s k suhość aieru o ylindrze Yankee, %, s suhość aieru o rasah, % skaźnik intensywnośi suszenia aieru (m ) odniesiony do ola owierzhni (F ) kontaktu aieru z ylindrem Yankee: m = [ kg/m 2 h] F Teoretyzne szaunkowe zaotrzebowanie ieła (Q T ) do wysuszenia aieru rzy określonej wydajnośi maszyny w iągu 1h: Q T r = [k] 3600 r ieło arowania wody zależne od temeratury wstęgi aieru, kj/kg Rys. 5. Sonda Prandtla do omiarów iśnień łynów w kanałah układu owietrznego (4) otwory imulsowe iśnienia ałkowitego, s otwory imulsowe iśnienia statyznego, d średnia końówki sondy, δ średnia dwukanałowego rzewodu łąząego z miernikiem iśnienia Przykłady oblizeń wybranyh wielkośi harakteryzująyh efektywność ray układu susząego ydajność teoretyzna (P h ) (brutto) aieru na ylindrze Yankee: V rędkość wstęgi na ylindrze, m/min, g gramatura aieru na ylindrze, g/m 2, B szerokość wstęgi na ylindrze, m, ydajność teoretyzna (P h ) (brutto) na nawijaku: V n rędkość wstęgi na nawijaku, m/min, g n gramatura aieru na nawijaku, g/m 2, B n szerokość wstęgi na nawijaku, m, Strumień odarowanej wody z aieru () w układzie ylinder Yankee-osłona: Srawność ielna (η s ) układu susząego ylinder-osłona: Q = Q 100 T η s R Q R rzezywiste zużyie energii ielnej w iągu 1h, określane na odstawie odzytów zużyia ary lub gazu, k. Określenie udziałów ylindra i osłony w roesie suszenia aieru (1, 6) Ilość ieła (Q r ) rzekazanego suszonej wstędze aieru rzez ylinder Yankee można określić wzorem: [k] D zużyie ary rzez ylinder (wg odzytów z rzeływomierza), kg/h, r ieło kondensaji ary zależne od jej iśnienia, kj/kg, η wsółzynnik srawnośi ielnej ylindra. Strumień wody odarowanej z aieru ( ) w wyniku działania ylindra Yankee można oblizyć z zależnośi: r s ieło arowania wody usuwanej ze wstęgi, zależne od jej temeratury, kj/kg, M s wydajność ylindra w odniesieniu do masy suhej aieru, kg/h, T k i T temeratura końowa i ozątkowa aieru, C s, w ieła właśiwe suhego aieru i wody, kj/kg C, x ozątkowa zawartość wilgoi w aierze (o rasah), określona zależnośią: 180
x s = 100 [kg/kg] s Udział ylindra w roesie odarowaniu wody z aieru: u = 100 Efektywność układu rekueraji ieła z wydalanyh oarów Strumień odzyskiwanego ieła (Q od ) z oarów można oblizyć z równania: [k] M 4 strumień masowy oarów kierowanyh do rekueratorów wymienników, kg/s, i 4 entalia oarów rzed wymiennikami, kj/kg, i 43 entalia oarów o wymiennikah, kj/kg. Natomiast wskaźnik odzysku ieła z oarów (7) określa się jako iloraz ieła odzyskanego w wymiennikah do zawartego w oarah wrowadzanyh do układu rekueraji: Podsumowanie Zarezentowana metoda badań i sosoby omiarów maszyn tissue, niedostateznie bądź ubogo wyosażonyh w aaraturę kontrolno-omiarową, są raohłonne, ale wiarygodne i niezbędne w krytyznej oenie odstawowyh układów i systemów roesowyh. yniki omiarów układu susząego, w formie tabel, wykresów, oblizeń tehnologiznyh, wydajnośiowyh i ielnyh są odstawą do analizy orównawzej uzyskiwanyh wskaźników efektywnośi działania zarówno układu, jak i ałej maszyny. Umożliwiają odjęie deyzji o kierunkah i zakresah skuteznyh zmian modernizayjnyh i organizayjnyh. Literatura 1. Kleazka A.: Strumienie ielne w suszarni kontaktowo-konwekyjnej. Przegl. Paiern. 61, 8, 465-467 (2005). 2. Maron J.: Analiza możliwośi odwyższenia udziału osłony konwekyjnej w roesie suszenia aierów higieniznyh. Praa Dylomowa. IPiP, PŁ, Łódź 2009. 3. Voith Paer launhes non-radioative sensor at Tissue ord Asia. Press release, News Center, Voith Paer, November 19, 2010. 4. Kleazka A.: Pomiary temeratur i iśnień łynów. Laboratorium z Podstaw Inżynierii Proesowej. IPiP, PŁ, Łódź 2010. 5. Olejnizak Ł.: Projekt układu wentylayjno-rekuerayjnego suszarni jednoylindrowej z osłoną wysokowydajną. Praa Dylomowa. IPiP, PŁ, Łódź 2004. 6. Kleazka A.: Comarison of heat fluxes during ontat and onvetion drying of aer web in seleted aer mahines. Inżynieria Chemizna i Proesowa, T.27, zeszyt 3/2, 2006. 7. Bielskij A.P; Łotwinow M.D.: entylaja maszyn aiernizyh. Lesnaja Promyszlennost. Moskwa 1990. Cykl żyia aieru interaktywny ortal Hiszańska firma Torrasael rozozęła kamanię od hasłem Prawda na temat aieru. Na stronie internetowej od nazwą Paer Effet, Torrasael okazuje, w jaki sosób aier rzyzynia się do zrównoważonego rozwoju naszej lanety, będą roduktem z naturalnyh, odnawialnyh surowów, ozyskanyh z odowiedzialnie zarządzanyh lasów, które ohłaniają największe ilośi dwutlenku węgla, zamieniają go w żyiodajny tlen, oraz oddają się w 100% reyklingowi i biodegradaji. Odwiedzająy stronę mogą wsółraować rzy rojektah zalesiania nadzorowanyh rzez hiszańską organizają NGO AióNatura. Torrasael, będąy zęśią Leta Grou, wytwarza wszystkie swoje rodukty z drewna ozyskiwanego z odowiedzialnie zarządzanyh lasów. Posiada ertyfikaty łańuha dostaw dla wszystkih zakładów, zgodnie z międzynarodowymi uznanymi systemami PEFC oraz FSC. Jedną z nazelnyh zasad olityki ohrony środowiska realizowanej rzez Torrasael jest wymóg rzejrzystego, regularnego informowania o wdrażanyh raktykah ohrony środowiska. T.G. 181