Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Papierherstellunqsprozesses ¯
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Papierherstellungsprozesses.
Luft und andere Gase, sowohl in aufgelöster als auch in gasförmiger Form, kommen in den Papierstoff- und Wasserkreisläufen einer Papier- oder Kartonmaschine vor. Luft (Stickstoff und Sauerstoff) gelangt in Verbindung mit dickem Papierstoff, Kreislaufwasser, dem Aufschliessen und Mischen sowie auf Grund von Leckagen in Prozessvorrichtungen in den Papierstoff. Gase werden in dem Prozess ebenfalls als Ergebnis von bakterieller Aktivität (Methan) , Zersetzung (Kohlendioxid) von Karbonaten oder anderen Verbindungen produziert . Gase können verschiedene Arten von Schäden verursachen.
Sie können unter Anderem den Verbrauch von Energie erhöhen, den Betrieb von Pumpen beeinträchtigen, die Verunreinigung des Prozesses verursachen, die Entwässerung in dem Siebbereich schwieriger gestalten und die Qualität des hergestellten Papiers verringern. Es werden gewöhnlich Versuche unternommen, die durch die Gase verursachten Nachteile mittels mechanischer Entlüftung und/oder durch Beimischung von Entlüftungschemikalien zu verringern.
In der Papiermaschinenumgebung ist es an sich bekannt, die Menge eines gasförmigen Bestandteiles in dem Prozessstrom unter Verwendung unterschiedlicher bekannter Messverfahren zu messen.
Bei den verwendeten Messverfahren wird nur die Menge an Gas gemessen, wobei sie jedoch keinerlei Informationen in Bezug darauf geben, was das Gas in dem Prozessstrom ist, und warum es in den Prozess gelangt ist .
Eine Aufgabe der Erfindung ist eine neue Art der Überwachung und Steuerung eines Papierherstellungsprozesses auf der Grundlage von Messungen, die von dem Prozess durchgeführt wurden. Eine Aufgabe besteht auch in einem Verfahren, welches ein genaueres Bild des Betriebes des Prozesses als bisher darstellt, somit die Steuerung des Prozesses erleichtert .
Die Erfindung ist durch das gekennzeichnet, was in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 ausgesagt ist.
Bei dem Verfahren in Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Papierherstellungsprozess durch die Messung der Menge und Qualität von Gas von einem von einer Prozessvorrichtung austretenden Gasstrom, und Steuerung des Prozesses auf der Grundlage der erhaltenen Informationen überwacht. Diese Prozessvorrichtung kann zum Beispiel ein Entlüftungstank, ein passiver Entlüftungskanal (zum Beispiel ein von dem Anmelder produzierter OptiAir Flume) , ein Zyklon, ein Zentrifugalreiniger, ein Sieb, eine Zellstoffbütte oder Wassertank, eine Probenentnahmevorrichtung oder eine andere gleichwertige Prozessvorrichtung sein, durch die Luft und Gase von dem Prozess entfernt werden. Mit der Menge von Gas sind die Gesamtmenge von Gas und die von dem Prozess herrührenden Gase gemeint.
Mit der Qualität von Gas ist unter Anderen die Proportion eines gegebenen Gasbestandteiles in der Gesamtmenge von Gasen gemeint .
Vorteilhafterweise wird die Menge und Qualität von Gasen auch von einem oder mehr anderen Werkstoffströmen gemessen. Der Inhalt von einem oder mehreren Gasen, die in dem Prozess vorhanden sind, kann von Papierstoff- und/oder Wasserkreisläufen und von den Prozess verlassenden Gasströmen gemessen werden. An sich bekannte Verfahren können bei der Messung der Menge und Qualität von Gas verwendet werden. In Bezug auf die Qualität von Gasen ist es möglich, zum Beispiel die chemische Zusammensetzung von Gas, die Blasengr[delta]ssenverteilung in Gas sowie das Verhältnis von aufgelöstem Gas zu Blasengas zu messen.
Der Betrieb eines Entlüfters kann auf der Grundlage der Menge und Qualität von Gas gesteuert werden.
Gegenwärtig werden Entlüftungsvorrichtungen oft betrieben, um bei hoher Kapazität auf der sicheren Seite zu sein, da die genaue Menge der Gase in dem Prozess nicht allgemein bekannt ist. Eine wesentliche Einsparung wird zum Beispiel erreicht, weil als Ergebnis der Überwachung von Gasen das in dem Entlüfter verwendete Vakuum verringert werden kann.
Auf der Grundlage der Überwachung von Gasen ist es auch möglich, die Beschickungsmenge und den Beschickungsstandort von Entschäumungschemikalien, die Beschickungsmenge und den Beschickungsstandort von antimikrobiellen Chemikalien zu messen. Durch eine Erhöhung des Methangehaltes wird angezeigt, dass anaerobe Bakterienaktivität in dem Prozess auftritt. Durch einen erhöhten Kohlendioxidgehalt wird wiederum eine Veränderung des pH-Wertes angezeigt, was zu der Zersetzung von Karbonat und einigen anderen Verbindungen geführt hat.
Ein erhöhter Sauerstoff oder Stickstoffgehalt kann ein Hinweis auf Leckagen oder Störungen in einer Pumpe oder in einer anderen Prozessvorrichtung in der Steuerung des Flüssigkeitspegels von Tanks/Bütten sein.
Durch die Messung der Menge und Qualität von Gas an mehreren Punkten in dem Prozess wird es ermöglicht, ein Gasgleichgewicht in unterschiedlichen Bereichen des Prozesses zu bestimmen, wie zum Beispiel für den kurzen Kreislauf, den langen Kreislauf, Papierstofflinien, Ausschusslinien usw.
Dadurch wird es einfacher, den Grund der Störung auszumachen und eine Korrekturmassnahme an dem richtigen Standort einzuleiten.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf das Beispiel der dazugehörigen Figur beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die Details des Beispiels begrenzt sein soll.
Die Figur stellt schematisch einen Papierherstellungsprozess dar, der mit einer Anzahl von Messpunkten MlM14 versehen ist, an denen die Menge und Qualität von Gas zur Überwachung des Betriebes des Prozesses gemessen werden kann.
Entlang einer Linie 2 wird eine Maschinenbütte 1 mit einem Papierstoffström beschickt, zu dem zwei unterschiedliche Papierstoffbestandteile von den Linien 3 und 4, und nasser Ausschuss von einer Linie 5 dosiert wurde.
Dieser Papierstoff wird von der Maschinenbütte 1 entlang einer Linie 6 zu einem ersten Verdünnungspunkt 7 gepumpt, wo der Papierstoff mit Siebwasser verdünnt wird, welches von einem Entlüfter 9 entlang einer Linie 8 weitergeleitet wird. Nach der Verdünnung wird der Papierstoff entlang einer Linie 10 zu einer Zentrifugalreinigungsvorrichtung 11 gepumpt, von wo aus der angenommene Papierstoff entlang einer Linie 12 zu einem zweiten Verdünnungspunkt 14 weitergeleitet wird, wo Siebwasser, welches entlang einer Linie 13 von dem Entlüfter 9 geleitet wird, in den Papierstoff eingeleitet wird. Die Verdünnungen des Papierstoffes werden vorteilhafterweise als Rohrverdünnung ausgeführt, wobei ein dickerer Papierstoffström in einen Siebwasserstrom eingeleitet wird, der sich in einem Mischrohr bewegt.
Die Anordnung in Übereinstimmung mit der Erfindung kann auch in einem Prozess verwendet werden, in dem dicker Papierstoff und Siebwasser vor einem Entlüfter gemischt, und der verdünnte Papierstoff in den Entlüfter weitergeleitet wird.
Die zweifach verdünnte PapierstoffSuspension wird entlang einer Linie 15 zu einem Maschinensieb 16, und von dort aus weiter entlang einer Linie 17 zu einem Stoffauflaufkästen 18 gepumpt. Ein Bypass-Strom wird von dem Stoffauflaufkasten 18 entlang einer Linie 19 zurück zu dem zweiten Verdünnungspunkt 14 des Papierstoffes geleitet . Ein Verdünnungswasserstrom wird in den Stoffauflaufkasten 18 von dem Entlüftungstank 9 entlang einer Linie 20 zwecks Verdünnungsprofilierung des Papierstoffes geleitet.
Die Linie 20 ist mit einem Sieb 21 zur Reinigung des Verdünnungswassers versehen.
Von dem Stoffauflaufkasten 18 wird die PapierstoffSuspension zu einem Siebbereich (nicht dargestellt) geführt. Das in dem Siebbereich wiedergewonnene Siebwasser wird in einem Siebwassertank 22 gesammelt. Von dem Siebwassertank 22 wird faserhaltiges Wasser entlang einer Linie 23 in den Entlüfter 9 gepumpt. In dem Entlüfter 9 werden Luft und andere Gase mittels eines Vakuums von dem Wasser abgeschieden. Die Gase treten entlang einer Linie 24 aus dem Prozess aus. Das gasfreie Wasser wird an eine Linie 25 weitergeleitet, wobei Wasser entlang der Linien 8, 13 und 20 zu der PapierstoffVerdünnung in dem kurzen Kreislauf weitergeleitet wird.
Von dem Siebwassertank 22 wird Wasser auch entlang einer Linie 26 zu einem Scheibenfilter 27 gepumpt, in dem Fasern und Feststoffe von dem Wasser abgeschieden werden.
Zusätzlich wird in der Papiermaschine produzierter Ausschuss entlang einer Linie 28 dem Scheibenfilter 27 zugeführt. Das Fasermaterial, d. h. nasser Ausschuss, der auf dem Scheibenfilter 27 wiedergewonnen wird, wird in einem Ausschusstank 29 gesammelt, von dem aus er entlang der Linie 5 geleitet wird, um mit dem entlang der Linie 2 in die Maschinenbütte 1 weitergeleiteten Papierstoffström gemischt zu werden. Auf dem Scheibenfilter 27 werden zwei Filtrate unterschiedlicher Reinheit erzeugt, und sie werden entlang der Linien 30 und 31 zur Wiederverwendung in dem Papierherstellungsprozess weitergeleitet .
Die Menge und Qualität von Gasen wird an den Punkten Ml und M2 von den Rohpapierstoffströmen gemessen, die in den Prozess eintreten, und an Punkt M3 von dem nassen Ausschussstrom, der von innerhalb des Prozesses kommt.
Der Gasgehalt und die Qualität der Gase des gemischten, verdünnten und gereinigten PapierstoffStromes werden an Punkt M4 zwischen der Zentrifugalreinigungsvorrichtung 11 und dem zweiten Verdünnungspunkt 14 des Papierstoffes überwacht. Der Überwachungsvorgang wird von dem Hauptpapierstoffström an Punkt M5 unmittelbar vor dem Stoffauflaufkasten 18 und in Bezug auf den Bypassstromkreislauf an Punkt M7 wiederholt. Der Gasinhalt und die Qualität der Gase des zur Verdünnungsprofilierung des Stoffauflaufkastens verwendeten Siebwassers werden an Punkt M6 überwacht .
Die Menge und Qualität von Gasen wird an Punkt MIO von einem Wasserstrom gemessen, der von dem Siebwassertank 22 entlang der Linie 23 zu einem Entlüfter 9 weitergeleitet wird. Der von dem Entlüfter 9
austretende Gasstrom wird an Punkt M8 überwacht .
Die Menge und Qualität von Gasen wird an Punkt M9 von dem aus dem Entlüfter 9 austretenden Wasserstrom gemessen. Zusätzlich zu Entlüftern auf Vakuumbasis ist es auch möglich, als Entlüfter auf Verzögerungszeiten basierende Entlüfter zu nehmen, wie zum Beispiel einen OptiAir Flu e(TM)-Entlüftungskanal, eine herkömmliche Siebgrube und/oder Zyklon.
Die Menge und Qualität von Gasen wird an Punkt Mll von dem Siebwasserstrom gemessen, der von dem Siebwassertank 22 zu dem Scheibenfilter 27 weitergeleitet wird. Der Gasgehalt und die Qualität der Gase des nassen Ausschusses, der entlang der Linie 28 zu dem Scheibenfilter 27 weitergeleitet wird, werden an Punkt M12 überwacht.
Der Gasgehalt und die Qualität der Gase der von dem Scheibenfilter 27 erhaltenen Filtrate werden an den Punkten M13 und M14 überwacht .
Eine Anzahl von Punkten, an denen die Gasinhalte des Prozesses überwacht werden können, ist oben als Beispiel aufgeführt. Gute Ergebnisse können jedoch sogar mittels eines oder einiger weniger ausgewählter Messpunkte erreicht werden. So kann zum Beispiel die Menge und Qualität des von dem Entlüftungstank 9 austretenden Gases an Punkt M8 gemessen werden. Wenn eine Veränderung in der Qualität des Gases entdeckt wird, zum Beispiel dass sich der Gehalt an Methan oder Stickstoff als Ergebnis erhöhter mikrobieller Aktivität in einem vorangegangenen Prozessschritt verändert, werden Versuche unternommen, das Problem durch die Steuerung der Bemessung der Dosierung von Biozid zu dem Prozess zu beheben.
Durch die Überwachung der Menge und Qualität von Gas an Punkt M8 von dem aus dem Entlüftungstank austretenden Gasstrom ist es möglich zu schliessen, ob der Dosierungsstandort und die Menge an Biozid korrekt sind.
Die Daten über die Menge und Qualität von Gasen, die von den unterschiedlichen Messpunkten M1-M14 erhalten wurden, können auf gewünschte Art und Weise so kombiniert werden, dass sie ein Gasgleichgewicht des Prozesses oder eines einzelnen Bereiches desselben ausbilden. Der Betrieb des Entlüfters kann auf der Grundlage einer oder mehr Messungen so gesteuert werden, dass das Vakuumniveau des Entlüfters so begrenzbar ist, dass es dem tatsächlichen Entgasungsbedarf entspricht .
Auf der Grundlage der Überwachung von Gasen ist es möglich, die Beschickungsmenge und -Standort von Entschäumungschemikalien oder der Qualität, Menge und den Beschickungsstandort antimikrobieller Chemikalien zu steuern. Auf diese Weise können Chemikalien da angewandt werden, wo sie am meisten benötigt werden, und wo sie am nützlichsten sind. Die Messung der Menge und Qualität von Gas kann auch zur Überwachung von StörungsSituationen in dem Prozess verwendet werden. Die Überwachung offenbart zum Beispiel Leckagen in Pumpendichtungen oder Störungen bei der Steuerung der Pegel in den Tanks . In diesem Zusammenhang können Informationen zu der Initiierung eines Prozesssteuerungs- oder Reparaturvorganges führen.
Bei der Messung der Menge und Qualität von Gasen, welches aufgelöst oder in Form von Blasen vorhanden ist, können an sich bekannte Verfahren verwendet werden.
Diese umfassen zum Beispiel Verfahren auf der Grundlage von Ultraschall oder Mikrowellen, ein freies Gasmessverfahren auf der Grundlage von Akustik, ein Messverfahren auf der Grundlage von Bilddarstellung und Bildverarbeitung, Volumenmengenmessung von Gasen und Gasinhaltsmessung auf der Grundlage der Kompression und Ausdehnung von Gasen. Die Qualität von Gas kann unter Anderem durch spezifische Gassensoren und mittels Gaschromatografie gemessen werden. Qualität kann auch durch Messen der Verteilung der Gasblasengrösse oder des Verhältnisses von aufgelöstem Gas und Gas in Blasenform mittels einer zu diesem Zweck vorgesehenen Messvorrichtung gemessen werden.
Nachfolgend sind Ansprüche aufgeführt, wobei viele Varianten im Rahmen des durch die Ansprüche definierten Erfindungsgedankens machbar sind.