Kokio PSA dujų tiekimo reikia popieriaus gamykloms gamyboje – Įžvalgos

Celiuliozės ir popieriaus pramonė yra nuolatinis, daug energijos suvartojantis gamybos sektorius, kuris daugumoje gamybos linijų veikia 24 valandas per parą. Nuo celiuliozės delignifikacijos, balinimo, nuotekų valymo iki apsaugos nuo cheminių medžiagų laikymo ir specialios popieriaus dengimo – daugybė procesų priklauso nuo stabilių dujų šaltinių. Tradiciniai dujų įsigijimo metodai, įskaitant tūrinį skystą deguonį ir skystąjį azotą, tiekiamą autocisternomis, turi akivaizdžių trūkumų, tokių kaip didelės transportavimo sąnaudos, saugojimo saugos rizika ir tiekimo nestabilumas, paveiktas logistikos grafikų. Slėgio svyravimo adsorbcijos (PSA) dujų generavimo technologija, kaip vietoje naudojamas dujų gamybos sprendimas, pastaraisiais dešimtmečiais buvo plačiai pritaikyta šiuolaikinėse popieriaus gamyklose. Jis generuoja deguonį arba azotą tiesiai iš suspausto oro per fizinius adsorbcijos ir desorbcijos ciklus, atitinkančius nuolatines popieriaus gamybos įmonių dujų suvartojimo charakteristikas.

Pasirinkus tinkamą PSA dujų tiekimo sistemą, negalima pasikliauti universaliomis specifikacijomis. Popieriaus gamyklos labai skiriasi produktų tipais, metine produkcija, proceso maršrutais, vietine aplinkosaugos politika ir vietos sąlygomis. Prieš užbaigdami sistemos projektavimą, operatoriai turi išsiaiškinti dujų vartojimo scenarijus, techninius rodiklius, įrangos konfigūravimo taisykles, priežiūros planus ir bendras eksploatacijos išlaidas. Šiame straipsnyje analizuojami praktiniai PSA dujų sistemų reikalavimai popieriaus gamykloms įvairiose taikymo srityse ir apibendrinami pagrindiniai gamyklų savininkų ir inžinerinių rangovų atrankos principai.

What Kind of PSA Gas Supply Do Paper Mills Need in Production

Deguonies balinimas yra pagrindinis šiuolaikinės elementinės bechlorės (ECF) ir visiškai be chloro (TCF) plaušienos gamybos procesas. Deguonies delignifikacijos bokštuose deguonis reaguoja su ligninu esant aukštai temperatūrai ir slėgiui, suardydamas lignino makromolekules ir sumažindamas celiuliozės ir hemiceliuliozės pluoštų žalą. Šis procesas sumažina chloro turinčių baliklių poreikį, sumažina organinių halogeninių junginių susidarymą ir sumažina celiuliozės nuotekų teršalų kiekį.

Didelėse integruotose celiuliozės gamyklose deguonis, naudojamas balinimui, sudaro daugiau nei 70 % visų gamykloje suvartojamų dujų. PSA sistemų generuojamas deguonis po slėgio reguliavimo tiekiamas į balinimo bokštus. Nuolatinis dujų grynumas ir stabilus slėgis tiesiogiai veikia plaušienos ryškumo vienodumą ir pluošto stiprumą. Dėl nestabilaus deguonies tiekimo balinimo rezultatai bus netolygi, padidės atmetimo procentas ir padidės cheminių medžiagų suvartojimas.

Popieriaus gamybos nuotekose yra didelės koncentracijos organinių medžiagų, skendinčių dalelių ir biologiškai skaidžių teršalų. Dauguma popieriaus gamyklų naudoja aerobinio biocheminio apdorojimo bakus, kad skaidytų ChDS ir BDS. Deguonimi praturtinta aeracija pagerina ištirpusio deguonies kiekį vandenyje, suaktyvina aerobinius mikroorganizmus ir pagreitina organinių teršalų skaidymą.

Palyginti su grynu deguonimi, naudojamu balinimui, aeracijos deguonies grynumo reikalavimai yra mažesni. Dažnai naudojamos vidutinės ir mažos popieriaus gamyklos, gaminančios gofruotą pagrindinį popierių, kraftinį įdėklą ir paprastą minkštąjį popierių.PSA deguonies sistemosspecialiai nuotekų valymui. Šis deguonies tiekimo vietoje režimas leidžia išvengti dažno skysto deguonies transportavimo ir sumažina ilgalaikes eksploatavimo išlaidas.

PSA azoto sistemostarnauja įvairiems saugos ir gamybos tikslams popieriaus gamyklose. Pirma, cheminių medžiagų laikymo rezervuarai padengiami azotu. Balinimo priemonės, dangų priedai ir įvairios cheminės žaliavos, laikomos rezervuaruose, kontaktuodami su oru yra linkusios į oksidaciją arba egzotermines reakcijas. Azotas užpildo viršutinę rezervuarų erdvę, kad sumažintų deguonies koncentraciją ir išvengtų gedimo ar pavojingų cheminių reakcijų.

Antra, azotas padeda kontroliuoti gaisro riziką. Popieriaus gamyklose kaupiamos didžiulės degios medžiagos: medžio drožlės, plaušienos ritiniai, gatavo popieriaus ritės ir organinės pagalbinės medžiagos. Uždaruose žaliavų sandėliuose ir naftos sandėliavimo patalpose azotas gali slopinti degimą, sumažindamas deguonies kiekį. Trečia, funkcionaliam specialaus popieriaus gamybai reikalingas didelio grynumo azotas. Dengiant ir kietinant kopijavimo popierių, terminį popierių ir barjerinį pakavimo popierių, azotas izoliuoja orą, kad būtų išvengta funkcinių dangų oksidacijos, užtikrinant dangos efektyvumą ir gatavo produkto stabilumą.

Plaušienos delignifikacijai ir balinimui deguonies grynumas turėtų būti 85–93 %. Didesnis grynumas sunaudos nereikalingą elektros energiją ir padidins eksploatavimo išlaidas. Jei grynumas nukrenta žemiau 85%, delignifikacijos efektyvumas labai sumažėja, todėl reikia daugiau balinančių chemikalų ir dėl to pasikeičia masės kokybė. PSA deguonies išėjimo slėgis balinimo dirbtuvėse paprastai palaikomas nuo 0,3 MPa iki 0,5 MPa, o slėgio svyravimai turi būti kontroliuojami ± 0,02 MPa. Kadangi celiuliozės linijos veikia nuolat, staigūs slėgio kritimai gali sukelti avarinę apsaugą ir laikiną išjungimą.

Nuotekų aerobiniam aeravimui deguonies grynumo standartas sumažinamas iki 60–80%. Srauto stabilumas tampa pagrindiniu rodikliu vietoj didelio grynumo. Svyruojantis dujų srautas sukels nestabilų ištirpusį deguonį biocheminiuose baseinuose, slopins mikrobų aktyvumą ir pablogins nuotekų valymo efektyvumą, todėl gamykla gali nesilaikyti emisijos standartų.

Azoto grynumo standartai nustatomi pagal naudojimo tipus. Bendrųjų cheminių medžiagų rezervuarų padengimui ir gaisro prevencijai žaliavų sandėliuose, azoto grynumas nuo 99,0 % iki 99,5 % atitinka eksploatacinius poreikius. Gaminant didelės vertės specialų popierių su oksidacijai jautriomis dangomis, azoto grynumas turi siekti 99,9 % arba daugiau, kad būtų pašalintas likutinis deguonis. Išėjimo slėgisPSA azoto sistemospaprastai nustatomas nuo 0,4 MPa iki 0,7 MPa, atitinkantis ilgo nuotolio dujotiekio perdavimą per augalų zonas ir rezervuaro uždengimo slėgio nustatymus.

Dideliems malūnams būdingas stabilus ir didžiulis dujų poreikis, todėl jiems rekomenduojama naudoti didelės talpos PSA deguonies ir PSA azoto įrenginius su budėjimo režimo adsorbcijos moduliais. Budėjimo grupė leidžia atlikti nenutrūkstamą techninę priežiūrą. Kai vienam adsorbcijos bokštų rinkiniui reikia įprastinės priežiūros arba pakeisti molekulinį sietą, budėjimo modulis gali nedelsiant perimti dujų tiekimą, išvengiant didelių ekonominių nuostolių, atsirandančių dėl gamybos sustabdymo.

Sistemos konstrukcijoje taip pat yra buferinių dujų rezervuarų, kurių tūris yra pakankamas, kad kompensuotų momentinius dujų srauto svyravimus perjungiant balinimo procesą. Valdymo sistema palaiko nuotolinį stebėjimą, duomenų įkėlimą realiuoju laiku ir automatinį aliarmą dėl grynumo, slėgio ir įrangos gedimų.

Vidutinio dydžio gamyklos paprastai naudoja atskiras konfigūracijos schemas. Nepriklausomas PSA deguonies įrenginys aptarnauja balinimo ir nuotekų valymo skyrius, o mažesnis PSA azoto blokas tvarko inertinę apsaugą ir specialaus popieriaus gamybą. Ši atskirta konstrukcija apsaugo nuo abipusių trukdžių tarp deguonies ir azoto vamzdynų ir palengvina nepriklausomą techninę priežiūrą pagal skirtingus įrangos aptarnavimo ciklus.

Pirmenybė teikiama modulinei ant slidžių montuojamai PSA įrangai. Jį vėliau galima išplėsti, jei gamykla atnaujins gamybos pajėgumus, visiškai nekeičiant visos degalinės.

Mažose popieriaus gamyklose dujų suvartojimas dažnai yra nestabilus, o kapitalo biudžetas yra gana ribotas. Modulinė PSA įranga yra optimalus pasirinkimas. Vartotojai gali žingsnis po žingsnio pridėti adsorbcijos modulius, didindami pajėgumus, išvengdami pernelyg didelių išankstinių investicijų į ilgalaikį turtą. Kai kuriems mažiems malūnams PSA deguonies reikia tik nuotekų aeracijai, be azoto įrangos, o tai dar labiau optimizuoja investicijas.

Popieriaus gamyklose yra unikalios aplinkos sąlygos, kurios kelia specialius reikalavimus PSA įrangos projektavimui. PSA sistemų žaliava yra suslėgtas oras, ištraukiamas iš gamyklos aplinkos oro. Dirbtuvių ore yra pluošto dulkių, medienos miltelių ir lakiųjų cheminių medžiagų. Todėl priekiniame oro apdorojimo bloke turi būti įrengti kelių pakopų dulkių filtravimo, šaldymo džiovinimo ir alyvos šalinimo įrenginiai.

Dulkės, vandens garai ir alyvos rūkas užterš molekulinio sieto adsorbentą adsorbcijos bokštų viduje. Užterštas molekulinis sietas pablogės adsorbcijos efektyvumas, sutrumpės tarnavimo laikas, sumažės dujų išeiga ir nestabilus grynumas. Be to, dirbtuvių aplinkos temperatūra kinta priklausomai nuo metų laiko. Aukšta temperatūra vasarą sumažina molekulinio sieto adsorbcijos gebą. Inžinieriai turi rezervuoti aušinimo atsargą kurdami sistemą, kad būtų užtikrintas stabilus dujų tiekimas ištisus metus.

Erdvės apribojimas yra dar vienas dažnas apribojimas. Daugelis popieriaus fabrikų po metų rekonstrukcijos turi kompaktišką dirbtuvių išdėstymą. Ant slydimo montuojami PSA įrenginiai sujungia oro kompresorius, išankstinio oro apdorojimo komponentus, adsorbcijos bokštus, buferio bakus ir valdymo spintas ant vieno pagrindo. Ši integruota konstrukcija taupo grindų plotą, sumažina civilinės statybos darbų krūvį ir sutrumpina montavimo bei paleidimo ciklus.

What Kind of PSA Gas Supply Do Paper Mills Need in Production

Energijos suvartojimas yra pagrindinis popieriaus gamyklų ekonominis rodiklis. PSA įranga veikia nepertraukiamai ištisus metus, o nedideli vieneto energijos suvartojimo pokyčiai kaupiasi į didelius gamybos sąnaudų skirtumus. Aukštos kokybės PSA sistemos, pritaikytos popieriaus gamybai, naudoja optimizuotą vožtuvų perjungimo logiką ir tankaus molekulinio sieto užpildymo technologiją, sumažindamos suslėgto oro nuostolius ir energijos sąnaudas.

Pneumatiniai perjungimo vožtuvai yra pagrindinės besidėvinčios PSA įrenginių dalys. Jie dažnai cikliškai atidaro ir uždaro. Popieriaus gamyklos aptarnavimui pasirinkti vožtuvai turi būti gerai atsparūs dilimui ir ilgai tarnauti. Reguliarūs techninės priežiūros darbai apima filtro elementų keitimą, molekulinio sieto patikrinimą, vamzdyno nuotėkio patikrinimą ir valdymo sistemos kalibravimą. Įrenginių priežiūros komandos turėtų sudaryti standartizuotus priežiūros grafikus. Laiku atliktas patikrinimas gali užkirsti kelią staigiam sistemos veikimo sumažėjimui ir pailginti adsorbuojančių medžiagų tarnavimo laiką.

Sistemos automatizavimo lygis taip pat turi įtakos veiklos efektyvumui. Šiuolaikinės PSA dujų tiekimo sistemos aprūpintos PLC automatiniu valdymu. Operatoriai gali stebėti dujų grynumą, slėgį, srautą ir įrangos būseną valdymo skydelyje. Sistema gali automatiškai reguliuoti veikimo parametrus ir suaktyvinti aliarmus, kai atsiranda neįprastų sąlygų, taip sumažinant rankinio veikimo intensyvumą ir žmogiškųjų klaidų riziką.

Daugelis popieriaus gamyklų savininkų prieš investuodami lygina PSA sprendimus su skystųjų dujų tiekimu. Suskystintų dujų tiekimui reikalingi kriogeniniai rezervuarai, reguliarus autocisternų pristatymas ir cisternos saugos patikra. Suskystintų dujų kaina svyruoja priklausomai nuo energijos rinkų ir transportavimo atstumo. Nuotolinės popieriaus gamyklos susiduria su didesnėmis pristatymo sąnaudomis ir tiekimo nutraukimo rizika dėl blogo oro ar eismo kontrolės.

PSA vietoje dujų gamybai daugiausia sunaudojama elektros energija, o žaliavinis oras yra prieinamas nemokamai. Po vienkartinių investicijų į įrangą ilgalaikė vieneto dujų kaina yra daug mažesnė nei suskystintųjų dujų gamyklose, kuriose nuolatinis dujų poreikis yra stabilus. Tačiau PSA sistemos yra mažiau ekonomiškos gamyklose, kuriose dujos naudojamos su pertrūkiais ir kurių bendras suvartojimas yra mažas. Todėl ekonominiame vertinime turi būti derinamas dujų suvartojimo kiekis, metinės darbo valandos ir vietinė elektros kaina.

Popieriaus gamykloms reikalingi tiksliniai PSA dujų tiekimo sprendimai pagal gamybos procesus, produktų kategorijas ir gamyklos mastą. PSA sistemų gaminamas deguonis palaiko plaušienos balinimą ir nuotekų aeravimą, o PSA azotas atitinka inertinės apsaugos, priešgaisrinės saugos ir specialius popieriaus gamybos reikalavimus. Techniniai rodikliai, įskaitant dujų grynumą, slėgį ir srauto stabilumą, turi atitikti skirtingų darbo jungčių reikalavimus.

Projektuodami PSA degalines, įrenginių operatoriai turėtų visapusiškai atsižvelgti į vietos aplinkos ypatybes, pvz., pluošto dulkes, didelę drėgmę ir temperatūros pokyčius. Įrangos konfigūracija, automatizavimo schema ir priežiūros planas turėtų būti nustatyti visapusiškai įvertinus kapitalo investicijas ir ilgalaikes energijos sąnaudas. Gerai suderinta PSA dujų tiekimo sistema gali ne tik garantuoti stabilią popieriaus gamybos gamybą, bet ir sumažinti dujų tiekimo sąnaudas bei pagerinti bendrą visos gamyklos saugos lygį.