抄纸过程典型控制系统.doc

第6章 抄纸过程典型控制系统6.1 概述由任何一种制浆方法或其组合的方法所生产的纸浆，须在造纸车间抄制成纸张（抄纸和制浆在一个地方，即所谓的综合厂）或把纸浆制成浆板送到距浆厂较远的其它纸厂。造纸车间的流程，会因为所用纸浆的种类和所生产纸张的质量不同而有所不同。图6-1-1为抄纸车间的基本流程。这一流程通常被划分为：纸料制备，纸机和完成整理三部分。纸料制备又可进一步分为配浆（或称纸浆的混合）和打浆，纸机则可分为湿部和干部。图6-1-1纸厂基本流程1商品浆储浆池；2损纸浆池；3漂白浆池；4汇合浆池；5抄前浆池；6白水池；7冲浆池；8伏辊坑；9卷曲；10压光；11施胶压榨；12干燥；13压榨；14网部；15网前箱；16白水回收机；17锥形精浆机；18磨浆机；19纸料制备；20造纸机；21完成整理；22配浆；23打浆；24湿部；25干部6.1.1 纸料的制备当纸浆由制浆车间送到抄纸车间时，大多数都不能直接用于抄纸，而且，为了使成纸能具有某些特性，还必须由其它浆厂购入某些具有不同特性的纸浆。另外人们还需添加染料和添加剂以获得所需的颜色和物理性能，这些操作通常称之为配浆（或纸浆的混合）。为了赋予纸张一定的机械强度，纸浆需在多种机器中进行磨浆，其中具有代表性的机器是磨浆机、锥形精浆机和打浆机。这一操作实质上是让纸浆在锋利且运动的一组刀片间反复通过，由刀片对纤维产生切短和压溃作用。这组刀片可通过调解其刀刃的锋利程度生产出不同长度的纤维。打浆可以改善纤维之间的结合，使匀度和紧度得以提高并降低多孔性或提高透明性；但这些要根据纸的种类来确定。在上纸机之前，制备好的纸浆还需经过筛选，有时还要对纸浆进行净化，即通过离心式除渣器除去浆中尚未除净的重杂质。6.1.2 纸机（1）湿部 纸机湿部最重要的部件是供纸页成形用的长网，它主要由一张无端的细筛网（也称之为成形网）组成，纸浆悬浮液在网上分布均匀。湿部的宽度取决于纸机的规格，而纸机的车速则由抄造的纸种来确定。纸浆中的大部分水在网部的前端排掉，从而形成湿纸页，然后网子通过一组真空箱，真空箱能从湿纸页中吸去更多的水分，湿纸页以大约20%的浓度（20%纤维和添加剂，80%的水）离开长网部。由多层纸页组成的纸板，通常在圆网纸机上成形。纸浆被泵送到一系列的网槽中，在每一个网槽里，都有一个包覆着网子的网笼，以和其它网笼相同的速度转动。网槽里的水穿过网子并由网笼的中心排出，同时在网上形成纸页。与全部网笼相接触的无端毛毯将纸层揭起，形成一个多层结合的纸板。往往将高级的纸浆用在两端的圆网上，从而使纸板的外表面比较美观。而次表层由稍差一点儿的纸浆抄成；中间的芯层则通常夹着回收的废纸浆。（2）干部 当纸页离开纸机湿部以后即被送至压榨，在压榨部纸页由无端毛毯（或化纤毯）承托着，附着在毛毯上方的纸页经过两个重辊的压榨以尽量压去水分。纸页以大约3.5%的浓度离开压榨部，剩余的水分则在干燥部用蒸汽加热的烘缸上蒸发掉。无端的干布带着纸运行，并将纸页压贴在烘缸的表面上。6.1.3 完成整理干燥后的纸页便进入到完成部，大部分种类的纸张都要经过一道或更多道辅助处理过程，其中之一是压光，即让纸页在很重的光滑铜辊之间通过，从而将纸压出较为光滑的表面。对于某些纸，出压光后被卷成较大的纸卷。根据用户的要求，这些大纸卷还需经过复卷机复卷也可切成较小的纸卷或平板纸。另外，为了适应在加工纸厂中进一步加工的需要，比如加工成信封、奶容器、商品袋、纸怀以及其他消费品等，某些纸张还应该进行特殊的处理。纸板用来制造瓦楞纸箱，冷冻食品的折叠盒和其他的产品。用于生产其它类型纸板的纸浆大都是已脱墨和除去其它杂质的废纸浆。6.2 打浆过程典型控制系统6.2.1 打浆过程控制基本要求打浆的目的是通过打浆的机械作用，处理水中的纸浆纤维，使其发生物理变化而获得一些特定的性质，以满足纸或纸板生产的质量要求。它对最终成纸的性质有决定性的影响。自1922年Smith提出帚化理论以来，人们对打浆设备，打浆机理以及打浆过程的控制都进行了系统的、深入的研究，并使生产状况发生了更新换代的变化。比边缘负荷理论用比边缘负荷（Specific Edge Load）来表征打浆过程的特性，比表面负荷理论用比表面负荷（Specific Surface Load）来表征打浆过程的特性。它们的共同点是用处理单位重量的绝干纤维量所消耗的有效能量来估算比能量。由于制浆造纸业采用树木、麦草等植物作为原料，个体差异悬殊，诸如树木品种，生长的海拔高度，年龄，采伐季节，贮存时间及腐烂程度等因素都会影响成纸质量；制浆过程中还有许多不可控扰动，它们都会影响纸浆质量的稳定性，需要通过精浆的质量控制来进一步提高上网纸浆质量，因此，仅依靠打浆设备和工艺的改进仍无法满足要求，必须对打浆过程实现自动控制。目前，打浆过程控制技术已日趋成熟，比较成熟的打浆过程的控制方案则有比能量控制、打浆度控制和高级的比能比边缘负荷控制和优化控制等。本节从工程设计的角度介绍几种控制方案。6.2.2 单台盘磨打浆控制系统图6-2-1是一种典型的把驱动电机的功率和通过锥形磨浆机纸料的温差结合起来控制转子位置的系统，其根本目的是通过对转子位置的调整来控制作用于纸浆的机械功的量。温度检测元件TT-2a，TT-2b分别安装在磨浆机的进出口，测量信号送给温差变送器TdCon-2；TdCon-2则用纸料出口温度减去纸料进口温度，并把与通过磨浆机后纸料所升高的温度成比例的信号传送给温差记录控制器TdRC-2。这个控制器是一个脉冲持续型控制器，它发出脉冲信号来触发转子位移电机的可逆启动器用的继电器，由此便可按要求向里或向外移动转子，以维持转子具有适度的机械作用（做功）。主传动电机的负荷功率由变送器EwT-1测量并传送给记录器EwRC-1，同时也把这个信号传送给温差记录控制器TdRC-2，以此来补偿它的控制作用。当出现扰动时，将存在一个时间滞后，直到该扰动作用被温差测量仪表检测出来，才能重新调节转子的位置。电机负荷功率测量仪表越敏感，检测这种扰动作用就越迅速，从而给温差控制器发出相应信号，以此来补偿它的控制作用。也可以用手轮来人工操纵。压力指示仪PI-3用来显示磨浆机可能出现的堵塞和断浆现象。压力指示报警器PIA-4也用来显示这两种不正常现象，此外在低流量时，取代温差控制器传送到可逆启动器的控制信号而自动地拉出转子并同时发出报警信号。图6-2-1 磨浆机控制1未磨纸料进口；2主驱动电机；3磨浆机外壳；4可移动转子；5磨后纸料出口；6可逆启动器；7转子位移用齿轮电机机构；8手轮6.2.3 多台盘磨串联打浆控制系统图6-2-2是多台磨浆机串联打浆控制原理图，分析其打浆过程可以得到以下结论：1）打浆是纸浆通过机械作用以改变其物理特性的加工过程，需要控制的主要指标是打浆度（）。影响打浆度的因素很多，主要有打浆设备的形式及其定子与转子的刀间间距，纸浆浓度和通过量等。2）从便于自动调节的角度出发，常常把纸浆的浓度和通过量（即流量）固定下来，调节对打浆度影响最大的打浆设备的刀间距离，以稳定打浆度。3）用于间接测量和控制打浆度的参数有：打浆设备的电机负荷。在打浆浓度和通过量稳定的条件下，电机负荷大小直接与刀间距离成比例，稳定电机负荷，则稳定了通过打浆设备的每吨浆所耗的电能（称为单位电力消耗）也就稳定了打浆度。纸浆经打浆前后的温度差（或温升）。直接用打浆度仪表的信号作为控制打浆度的依据。图6-2-2所示打浆控制系统可对针叶木浆、阔叶木浆和草浆等实施打浆度自动控制。在图中对针叶木浆为5，其中大锥度精浆机2台（备用1台），双原盘磨浆机3台（备用1台）。对阔叶木浆为4，即双原盘磨浆机4台。对于草浆为3，即双原盘磨浆机3台。叩前池中的浆料经泵升压后送往串联打浆系统，经打浆设备的机械作用后送往叩后浆池。整个打浆系统设置有下列控制回路：1）进入打浆设备浆料的浓度自动控制回路；2）进入打浆设备浆料的流量自动控制回路；浓度控制和流量控制用以稳定打浆条件，即稳定进入打浆设备的绝干浆量和压力。3）打浆设备电功率控制（通过自动进、退刀，调整打浆设备动刀和静刀间隙来实现），其目的是保证精浆机正常运行，避免定子转子之间的机械接触，设备的正常运行以电机负荷为指示。4）在打浆机出口浆管道上装有压力联锁控制装置，当压力低于某定值时，说明打浆通过量少，定子转子之间可能发生接触，系统会自动停机或退刀。5）系统设有清洗水压力手动遥控系统，在打浆过程结束时用以清洗打浆设备，为下一次打浆作好准备工作。6）系统设有打浆过程三通控制功能，可以实现连续打浆和循环打浆的切换功能。7）打浆质量控制，质量控制是打浆控制的最后一个环节，用打浆度软测量技术测得打浆度（用化验值校正），用以控制打浆设备稳定打浆质量。图6-2-2 多台磨浆机串联打浆控制原理图6.2.5打浆过程控制优化系统（1）打浆度测量分析打浆是比较复杂的过程，打浆的质量与许多因素有关，打浆度是影响纸浆滤水性能的多种因素的综合，是经验指标。它不仅与纸浆纤维的切断和帚化程度有关，而且受纸浆的浓度，温度，pH值，填料和气泡等因素的影响。总结起来有：1）设备的种类不同（如：双原盘磨浆机、大锥度精浆机等），用表示；2）打浆用浆板的种类不同（如：木浆、草浆、苇浆等）表示；3）打浆设备数的多少不同，用表示；4）碎浆用水的种类不同（如：清水、白水等），用表示；5）进浆流量的大小不同，用表示；6）进浆浓度的高低不同，用表示；7）进浆压力的高低不同，用表示；8）循环打浆与连续打浆的不同，用表示；9）打浆设备前后的温度差不同，用表示。因此，我们把测量打浆度的关系式表示为 (6-2-1)（2）打浆度软测量模型在实际测量中，影响打浆度的主要因素有进打浆设备的绝干浆量，打浆设备的数量、消耗的电功率等，因此打浆度关系式（6-2-1）可用下式表示 (6-2-2)式中打浆后浆的叩解度。打浆前浆的叩解度。打浆过程消耗的电功率。进浆流量。进浆浓度。与其它因素有关的系数，在线进行调整。基于软测量式（6-2-2）我们得到了打浆度的测量值。（3）打浆过程优化1）进刀量自动调整（刀磨损情况补偿）公式的推导设新刀进刀电流为，设备每天工作小时，工作个月后进刀电流为（打浆设备工作的极限电流），工作时的浆流量为，工作时的浆浓度为，则有下列关系式成立： (6-2-3) (6-2-4) (6-2-5)式（6-2-3）中的单位是复合单位TKA（吨千安时）。是刀电流从新刀到极限电流的增加量。分析式（6-2-3）、式（6-2-4）、式（6-2-5）可得到下面结论：打浆设备从新刀到磨损后的旧刀工作时间每累计到吨千安时，进刀电流应增加1安，才能保证打浆度的测量值与实际值相同，满足工艺要求，称为刀磨损补偿。2）叩解度软测量公式的调整（刀磨损补偿） （6-2-6）式中新刀工作时的调整系数。每工作时的调整系数。其它变量同式（6-2-2）。的计算方法如下：设打浆设备的工作数量为，打浆度的要求值为，初始值为，和满足如下关系式，当电流为时 (6-2-7) (6-2-8)由式（6-2-7）和式（6-2-8）可计算出调整系数和。3）打浆过程优化目标函数在打浆过程中，满足所要求的叩解度的前提下，我们提出如下目标函数： (6-2-9)约束条件为式（6）及式（10） (6-2-10)基于式（6-2-1）到式（6-2-10）设计优化控制软件。6.3 配浆过程典型控制系统6.3.1 配浆过程控制基本要求配浆（包括调料）是指造纸过程中打浆到抄造工段必经的一个重要环节。配浆过程中由于各种浆料的浓度、流量、打浆度等参数一直在变。所以人工操作很难做到对各种浆料、胶料、辅料的精确配比，这样一来，就容易出现配比不稳定，配成浆浓度波动、各浆池液位波动等互相关联的不利现象，恶化该工段和后续抄造的工艺条件，导致断纸、水分定量频繁变化等问题，甚至使成品纸质量降级。因此，实行配浆过程的计算机控制对保证正确配比、节约造纸原料及降低吨纸成本均具有重要意义。因此，实际生产过程对配浆控制系统提出如下要求：断续配浆、连续配浆、按绝干量配浆、按流量配浆。配浆过程计算机控制已成为国内外造纸综合自动化系统中一个重要的组成部分。目前，配浆过程计算机控制系统在正常工况条件下可实现多种浆料、辅料等的精确绝干配比控制和配比的优化“卡边”，在异常工况条件下可实现连续生产，同时尽可能降低异常工况对后续抄造工段的影响。6.3.2 间歇配浆控制系统图6-3-1是间歇式配料系统的自动调节方案。这是有A、B、C三种料和X、Y二种添加物料的配比系统。它们都在混合浆池中混合。由于浆料加入的体积较大，因此可以用混合池的液位法去测量加入量。而添加物料的加入量很小，因此用计量桶去测量，这些计量桶能自动计量和重新装料，其工作原理类似蒸煮液自动送液系统。这种控制系统的主要装置是步进顺序控制器，它按各种配料用量和加入顺序发生信号去开关各种物料调节阀的电磁气阀。这样就能依次把各种物料一个接一个地送入混合浆池内。配浆的浆料由混合浆池液位变送器自动地启动送浆泵，把混合池内的纸浆送到纸机浆池，送完后进行下一次配料过程。图6-3-1 间歇式配料系统的自动调节方案6.3.3 连续按流量配浆控制系统不同性质的浆料要按一定比例进行混合。另外在混合池里还要按比例加入一些化学添加剂和染料。图6-3-2为一种典型的连续管道计量配浆系统。安装在混合池上的液位控制器的输出信号对各组分流量控制器施加作用，改变流入混合池的各组分量。液位记录控制器LRC-9驱动从混合池到纸机抄前纸料管线上的控制阀LV-9，来补偿纸机需求量的变化，从而维持抄前池的液位。而此处的流量根据电磁流量计FT-8的信号由记录仪FR-8记录下来。液位记录控制器LRC-1根据LRC-9动作所引起的混合池出料量变化的情况而动作，从而维持混合池内的液位。因此混合池的液位也将反应出纸机需求量的变化。当混合池液位随着纸机需求量的变化而变化时，液位控制器LRC-1将改变其输出，即改变装在各流量比值控制器FrRC-2，FrRC-3,FrRC-4,FrRC-5,FrRC-6,FrRC-7中的比例机构传送的信号。比例装置根据各组分相对于总流量所要求的合理流量来调整每个控制器的设定值，而这个合理流量是预先确定并输入到比例装置中的。所配用的各种浆的流量用电磁流量计FT-2,FT-3,FT-4来测量，染料、添加剂和淀粉的流量用电磁流量计FT-5,FT-6,FT-7来测量。混合池上的液位变送器LT-1和纸机抄前池上的液位变送器LT-9通常采用膜片式的。本系统的特点是浆料和辅料能同时按比例配浆，且该系统根据工艺需要可实现连续配浆和间歇配浆。本方案的缺点是未考虑浆料浓度的变化，因此，增加浆料浓度控制以后可实现按绝干浆量配浆。图6-3-2 纸料配浆控制系统1一松木浆；2一硬木浆；3一损纸浆；4一混合池；5一需求量信号；6一根据需要去其他添加剂或染料的流量比控制器；7一来自染料储槽；8一来自添加剂储槽；9一来自淀粉储槽；10一抄前池；11一去纸机6.3.4 配浆过程控制优化系统（1）配比控制1）辅料（种）的配比（随工况不同而变化），可由计算机计算出相应的配比流量，考虑到辅料的浓度可以做到恒定不变，因此，对辅料只设置自动流量调节回路，而不设置浓度自动调节回路。2）浆料绝干配比分别除以各原浆实测浓度，即可计算出相应的配浆流量（设定值）配比，再根据总流量设定值计算出种原浆的流量设定值，由计算机调节浆阀的开度实现个单回路浆流量控制。（2）配浆池液位控制配浆池设有液位控制，目的是稳定液位、防止浆池中浆溢出或抽空，以免影响正常连续生产。当抄纸工段因调节定量而使得用浆量发生变化时，配浆池液位也会变化，此时，在当前各浆料流量配比不变的前提下，根据配浆池变化的大小和快慢调节总进浆流量设定值，稳定液位，因此，配浆池液位的控制采用串级控制方案。（3）浓度控制由于原浆浓度的波动，加之异常工况时浆料绝干配比的变化等，从而使得配成浆浓度也必然会变化，而这对抄纸水分定量控制影响最大，因此根据实测浓度的大小，由计算机调节相应清水（或白水）阀的开度控制进水量，稳定浓度。（4）配浆过程计算机优化控制1）优化模型推导分析配浆过程的工艺和控制特点，我们提出如下优化模型 (6-3-1)式中成纸页克重；针叶木浆配比；阔叶木浆配比；草浆配比；损纸浆配比；辅料1（淀粉）配比；辅料2（硫酸铝）配比；辅料3（松香胶）配比；辅料4（品兰）配比；针叶木浆配浆量；阔叶木浆配浆量；。草浆配浆量；损纸浆配浆量；辅料1（淀粉）配浆量；辅料2（硫酸铝）配浆量；辅料3（松香胶）配浆量；辅料4（品兰）配浆量。 (6-3-2)式中目标函数；时间；其它变量的含义同式（6-3-1）。式（6-3-2）的另外四个约束条件分别为各种浆料配比的变化范围，即 (6-3-3) (6-3-4) (6-3-5) (6-3-6)根据上述方程式（6-3-1）（6-3-6），可设计出控制系统优化程序。（5）配比优化方案实施实际生产过程由于各种情况的不同可以分为正常生产、非正常生产、连续配料、间歇配料、按绝干量配料和按流量配料等工况，有时对系统还要进行调试，断纸（或停车）与否根据抄纸工段的断纸信号来判断，木浆和草浆供应正常与否根据打浆工段供浆调度信号来判断。系统优化的结果给出不同工况下最佳的绝干量配比，它由绝干浆量配比和辅料配比组成：1）绝干浆量配比：指绝干针叶木浆、绝干阔叶木浆、绝干草浆、绝干损纸浆的配比。由于针叶木浆、阔叶木浆、草浆、损纸浆品质不同，根据生产纸种的不同及工况条件，将工艺要求的配比转化为绝干配比或流量配比，以适应不同的生产工况。2）辅料配比：指绝干淀粉、硫酸铝、松香胶、品兰的配比。这些辅料实际上是成纸中的灰粉的含量。由于针叶木浆、阔叶木浆和草浆中不含有灰粉，而损纸浆中灰粉的含量适量，故实际配浆时辅料的配比要根据损纸浆的配比进行调整。当绝干针叶木浆、绝干阔叶木浆、绝干草浆、绝干损纸浆的配比确定时，辅料的配比也随之确定。下面讨论不同工况条件下绝干浆料配比的计算。1）正常工况下连续配料在纸机连续生产情况下，绝干损纸浆配比按正常生产卷取切边来计算，而针叶木浆、阔叶木浆和草浆的绝干配比则按生产纸种工艺条件给出的配比范围实现“卡边”设计，即草浆配比取上限，相应的针叶木浆和阔叶木浆的配比取下限。如生产80g/m2文化用纸，卷取切边损纸量为5%，针叶木浆、阔叶木浆和草浆工艺配比范围为25:20:55到35:65:0，所以取25:20:55，再考虑到损纸浆回抄，所以正常工况下优化“卡边”配比为：23.75:19:52.25:5。在目前的实际生产中，由于浆料的连续输送而造成的人工计量困难，加之浓度的波动，无法精确配比，操作比较粗糙，草浆配比一直处在50以下。如果按草浆实际配比低于最优配比5计（相应地，木浆实际配比高出配比5），再用木浆与草浆制浆成本价为1515元，该纸机日产100T纸的量，则实施计算机优化配比一项，可节省生产成本7575元/天。2）草浆供应不足或停浆工况下连续配料草浆供应不足，即不能提供连续配料情况时优化绝干配比（52.5%）的浆量，则根据叩前草浆池液位下降的快慢，逐渐减小草浆的配比，与此同时，相应地逐渐等幅增大针叶木浆和阔叶木浆的配比保持损纸浆配比（5%）不变，直至叩前草池液位稳定到某个新的水平，而草浆配比则最终达到其可能的最大供浆能力。如果是停浆，草浆配比最终变为0，针叶木浆和阔叶木浆配比之和会变为（95%），叩前草池液位下降到0。可以看出，该工况下针叶木浆、阔叶木浆与草浆配比不会达到（也不可能达到）连续配料情况时的最优配比，但上述方案中配比的调整是逐渐的，这会减少对后续抄造工段的影响。例如：由于草浆和木浆性质不同，配比突然大幅度变化，会引起抄造断纸，水分定量波动等不良后果。3）针叶木浆或阔叶木浆供应不足或停浆工况下连续配料针叶木浆或阔叶木浆供应不足，即不能提供前述正常时优化的绝干配比（23.75%和19%）的浆量，那么根据叩前针叶木浆池液位或叩前针阔木浆池液位下降的快慢，逐浙减小针叶木浆或阔叶木浆的配比，与此同时，逐渐地等幅增大草浆的配比，而保持损纸浆配比（5%）不变，直至叩前针叶木浆或叩前阔叶木浆达到某个新的水平，而针叶木浆或阔叶木浆的配比则最终将达到可能的最大供浆能力。如果由打浆工段提供的信号得知，针叶木浆或阔叶木浆不是供应不足，而是停浆，那么就不必修改绝干配比，直到叩前针叶木浆池或叩前阔叶木浆池中的木浆用完时停产，抄纸工段也将停产。这样处理，虽然成纸品质可能下降，但保证连续生产，当然其最终的配比至少应控制在低等级纸品的工艺配比允许范围内。与前面异常工况相同，逐渐地修改配比也是为了减轻对后续抄造工段的影响。4）异常工况（断纸）如果抄纸工段发生断纸，那么湿部或干部损纸浆供浆将急增，可根据叩前损纸浆池液位的变化快慢，逐渐增大损纸浆配比，与此同时，相应地减小针叶木浆、阔叶木浆和草浆的总配比（相对于损纸浆配比的增大，但保持针叶木浆、阔叶木浆和草浆的相对配比（23.75:19:52.25）不变，直到叩前损纸浆池液位稳定到新的水平，最终损纸浆配比将达到100。接纸后，与上述过程相反，直到各浆料配比，叩前损纸浆池液位均恢复到断纸前正常工况水平。这样做的优点是既保证针叶木浆、阔叶木浆和草浆的最佳绝干配比，又减轻了对抄造工段工艺条件的影响（因为损纸浆与针叶木浆、阔叶木浆和草浆的脱水性能是不同的）。5）异常工况（其它）当上述几种异常工况同时发生或接到厂部调度指令等复杂情况时，做特殊处理或人工处理，即按间歇配浆或按流量配浆等。系统的优化控制实施分三个层次进行；计算机优化控制：计算机根据生产各种规格及由各种检测调度信号对工况进行判断，优化各浆料、辅料绝干配比，实现流量配比控制、配浆池液位的自动控制以及其它有关的处理。单回路控制：由人工设定各工况下浆料、辅料的配比或直接设定配比流量，再由计算机实现各流量、浓度、液位的自动控制。人工遥控：完全由人工遥控各阀门。6.4 流送过程典型控制系统6.4.1 流送过程控制基本要求抄纸过程的流送工段主要是指把抄前浆池中的成浆经高位箱、上浆泵（或冲浆泵）、多段除砂（往往4段）、压力筛（两级）、流浆箱等均匀地喷向网部。冲浆泵用来保证上浆量，除砂器和压力筛用来对上网浆进行净化，流浆箱用来均匀布浆。成纸的均匀度取决于纤维在流浆箱中分散程度和流浆箱唇口喷浆的均匀度。因而，流浆箱的设计和操作成为造纸过程的关键问题。在气垫式流浆箱的工作中，主要控制参数是总压、浆位和浆速一网速比。控制总压的目的是为了获得均匀的从流浆箱喷到网上的纸浆流速和流量。控制浆位的目的是为了获得适当的纸浆流域以减少横流和浓度的变化，产生和保持可控的湍流以限制纤维的絮聚。浆速-网速比对纸页的成形和结构有着决定性的影响，是影响纸页成形和纸页性质的重要因素，因而在流浆箱控制系统的设计中越来越重视浆速网速比的控制。目前，为了克服总压和浆位的耦合（相互影响），发展了模糊控制、神经网络解耦控制和自适应控制等控制系统，对总压、浆位和浆速-网速比进行快速和精确的控制。6.4.2 长网纸机湿部的典型控制系统长网是使用最广泛的一种造纸机湿部，在操作过程中。纸料以自由喷出的方式，铺洒在一个连续运动的带状网上。喷射的浆流厚度应根据所要生产的纸页重量、纸料特性和在给定车速下湿部的脱水能力来确定。老式的小型纸机的湿部工作速度可达，其生产出的纸幅宽度在和之间。当今设计出的纸机能在接近的速度下工作，而生产出的纸幅宽度已超过了。尽管这些湿部装置结构大体相似，但为了在更高的速度下工作，其具体的构件已有了改进。典型的较高速的长网纸机湿部的主要组成如图6-4-1所示，其中包括机前贮浆地、精浆机、调浆箱、冲浆泵、除渣器、筛浆机、网前箱、成形网、白水池、网坑、伏辊坑、压榨、白水回收机、损纸碎浆机和所有辅助设备。本页插入图641图6-4-1 纸机湿部控制流程图1可变速传动装置；2白水回收机；3采样泵；4来自配浆系统的汇合池；5抄前池；6水；7去喷水管；8排水；9废水溢流堰；10水封池；11精浆机；12调浆箱；13来自干部的定量调节器；14冲浆泵；15除渣器；16筛浆机；17矾土；18白水池19网坑；20网前箱；21真空箱；22蒸汽；23伏棍坑；24伏辊；25排入大气26去真空压榨；27自动排气口；28排气口；29去真空泵30压榨；31去干燥部；32去损纸浆池；33损纸碎浆机；34损纸；35网；36去损纸池从抄前池开始，仪表LT-l、LRC-l和LV-1测量并维持着纸机正常运转中抄前池纸料应有的液位。浓度调节回路CT-2、CRC-2和CV-2自动地调节浆泵入口处的加水量来保证进入精装机的纸料浓度均匀。纸料被磨浆的程度由精浆机的电机负荷调节器EWRC-1lA来控制，即由它来根据伏辊真空度变送器VT-11的信号去操纵精浆机转子定位器的电机，从而该调节器的给定值是由VT-11远传给定的。上述控制还可采用温差和游离度的测量来进行。纸机是否设置调浆箱，主要是取决于所生产纸的品种，而调装箱的液位是用仪表LT-3、LRC-3和LV-3进行测量和控制的。对纸机的供料速度由纸机干部的定量调节器自动调节，并由该调节器以串级调节的形式，向电磁流量测量调节系统FT-4和FRC-4提供给定值。许多纸种在纸料进入纸机前，用向纸料中施胶的方法来增加成纸抗水渗透的性能。一般使用矾土来使胶料围着在每根纤维上，这种过程最好在固定的PH值条件下来完成。pH值记录调节回路pHT-5、pHRC-5、pHV-5调节着加入到纸料中的矾土量。为了使从堰板到网上的纸料流均匀，保证纸页良好的成形，必须对网前箱内总压头和液位进行控制。液位调节器LRC-6通过对冲浆泵旁路管线上的调节阀LV-6的调节来控制网前箱内的液位。网前的总压头由PRC-7操纵流箱的抽、压气系统内的排气阀PV-7来完成。为了进一步强化网上高效而稳定的脱水，通过真空调节回路VIC-8、VV-8A、VV-8B、VIC-9、VV-9A、VV-9B和VIC-10、VV-10A、VV-10B来控制每个真空箱的真空度，并用回路VIC-11、VV-11来调节通往真空泵的真空箱总管的真空度。伏辊驱动着网子运转，并被抽成真空以增加网下的抽吸作用。该真空度的测量值记录在VR-11上，并被传送到EWRC-1lA作为精磨机负荷的串级给定值。压榨的真空度被记录在双笔真空记录仪VR-12上，而压榨辊的加压是由手动指示控制机构HIC-13和HIC-14远传完成的。回路VT-16A、VT-16B、VR-16和回路TT-15A、TT-15B、TR-15测量并记录毛毯洗涤器的真空度和温度，以此作为正确操作的参数。真空系统水封池的液位，由液位指示调节器LIC-20通过对液位调节阀LV-20A的操纵来维持液位的稳定，而阀LV-20A与清水管线上的调节阀LV-20B实行分程控制，以维持水封池内的最小液位来保证泵不抽空。回路LT-21、LRC-21、LV-21调节着伏辊坑内的液位。而LIC-22通过调节转鼓的变速传动装置来控制白水回收机网槽的液位。为了保证白水回收机水封池处的喷淋水不抽空，用一台就地式液位指示调节器LIC-23来控制，并把喷淋水的压力记录在PR-24上。车间废水溢流堰处安装一台就地式液位调节器，以此来实现采样操作，用以检测造纸车间废水中的纤维流失量。用在造纸车间损纸碎浆机上的基本液位及浓度的调节回路是图中示出的仪表LT-26、LRC-26、LV-26和CT-27、CRC-27、CV-27。6.4.3 奥斯龙流送控制系统（1）筛选设备 筛选的目的是除去浆团、碎木屑、纤维束以及其它粒度较大的杂质。目前在生产过程中使用多种型式的筛选设备，但其操作的根本原理都是筛分操作。纸机前面最常见的筛选设备是由带孔的筛板、振动机构和旋转机构组成的，纸料流动方向是从里向外。用高压水由外向里冲击筛孔并洗刷筛渣，洗掉的筛渣聚集在向外渣盘中，而且通常从渣盘中直接排入地沟。（2）净化设备 使用净化设备的目的是从稀释后的纸料中除去碎石、泥砂、碎树皮等重度较大的杂质。使用比较成功的净化设备也有好几种型式，常见的一种是离心式除渣器。离心除渣器是由一段空心的圆锥体组成的，该圆锥体由一段圆柱体与一段锥形体在上部相联结而成。当纸料悬浮液在压力作用下进入除渣器时，在除渣器内部形成向下运动且向中心逐渐收缩的涡旋，并在中心形成向上盘旋的液柱，其长度沿除渣器全长直到良浆出口处，而进浆压力是用压力记录调节器来控制的。纸料向下运动的涡旋半径越来越小，而纸料运动的速度和所受离心力却随之增加。象砂石这样的重杂物连同一些纤维被连续地从圆锥体底部排出，而净化过的纸料沿除渣器轴线向上运动，在顶部中心排出。因为总是有一些好纤维与杂质混在一起排出，所以通常使用多段除渣器来净化。只有净化合格的纸料才送到纸机上，而从第二段、第三段和第四段排出的良浆则再送回到前段进行循环。（3）流送系统控制原理1）工作原理 奥斯龙流送工艺（如图6-4-2所示）是芬兰奥斯龙公司最先采用的一种工艺方法。具有结构简单、运行平稳等特点，被全世界各造纸企业广泛应用。该流送系统主要由浆槽、白水塔、离心除渣器(4段)、压力筛和尾浆筛等组成。进浆经过白水塔稀释后送往一段除渣器，进行一次除渣后，良浆直接通过一段筛进入流浆箱，尾浆进入二段除渣器；二段良浆作为外循环进入白水塔，尾浆进入三段除渣器；三段良浆返回二段除渣器进浆端，尾浆进入四段除渣器；四段良浆返回三段除渣器，尾浆排掉。锥形除渣器利用流体旋涡运动所产生的离心作用对浆料中不同比重的悬浮物进行分离，从而有效的除去不要的杂质、细砂等。一段到四段除渣器呈梯形串级，各段除渣器的良浆返回前一段的进浆端继续除渣，尾浆作为下一段除渣器的进浆，四段除渣器的尾浆作为浆渣排掉。一至三段除渣器的稀释水来自白水塔。这样一则维持了低纤维损失，二则提高了效益。一段良浆经阀门送到一段筛，一段筛良浆进入流浆箱，尾浆经筛间泵进入二段筛；二段筛良浆经白水槽到一段除渣器的进浆端，尾浆作为浆渣排掉。工艺要求特别是筛篮的磨损或造成排渣口的堵塞，需要停机排除故障。图6-4-2 奥斯龙流送工艺2）控制要求 流送系统的主要作用是纸浆成分的混合、稀释、纸浆的除渣以及浓度和流量的稳定。它是一典型的物料传送过程，要求逆物料流动的方向起动，顺物料流动的方向停止，防止物料在流送过程中的堆积。奥斯龙流送设备除了要求满足一般物料传送过程的要求外，还要求泵与泵，泵与阀之间满足一定的联锁和互锁关系，即各泵必须按规定的顺序起动和停止，开泵前，阀门的开度必须为最小，泵开启后，阀门逐渐开到额定开度。阀门开度可根据气动远传压力表指示遥控调节。关泵后，阀门开度必须为最小。图6-4-3和图6-4-4分别是除渣系统和上网系统的控制流程图。图6-4-3 除渣系统控制流程RRUN；SSTOP；OOPEN；CCLOSE图6-4-4 上网系统控制流程6.4.4 气垫式流浆箱控制系统（1）气垫式流浆箱的工作原理分析图6-4-5是气垫式流浆箱系统示意图，图中为流浆箱内喷水量，为流浆箱气垫空气流入量，为流浆箱内溢流量，为流浆箱出浆浓度，为流浆箱进浆回流量。在气垫式流浆箱中，喷浆速度与流浆箱总压头有如下关系式：式中为与纸料性质和网前箱形状有关的系数。总压头是气垫压力（气）和浆位静压（浆）。因此，调节浆位与气垫压力或调节总压头，都可以调节喷浆速度。在总压头和浆位两个参数的调节中，关键是稳定总压头，以稳定浆速。浆位控制的目的仅仅是为了纸料在网前箱输送过程中保持所需要的流动特性，在总压头不变的前提下，小范围的浆位波动是允许的。图6-4-5 气垫式流浆箱系统示意图（2）流浆箱调节系统组成图6-4-6是描述流浆箱自动调节系统的长网纸机湿部流程图。从流送系统送来的浆料经过控制阀门进入流浆箱，流浆箱按要求的流量和速度把浆料喷到网上，经网上脱水成形形成湿纸页。图6-4-6 流浆箱自动调节系统流程图（3）四种气垫流浆箱自动调节方案分析在图6-4-6中，流浆箱总压和浆位是被控变量，进浆量和压缩空气流入量是控制量，根据选取被控变量和控制量的不同，气垫式流浆箱自动控制有四种方案。方案1：如图6-4-7所示，总压的控制是通过总压调节器（PC）改变浆料调节阀门，即调节进浆量去实现的。浆位的控制则由浆位调节器（LC）调节气垫空气流出量加以控制。图6-4-7流浆箱调节方案1 图6-4-8流浆箱调节方案2方案2：如图6-4-8所示，与方案1相反，通过调节气垫空气流出量去控制总压，调节进浆量去控制浆位。方案3：总压和浆位调节方式与方案1相同，但是在方案3中流浆箱装有内溢流装置。方案4：如图6-4-9所示，是在方案1的基础上增加了由浆速网速比和总压组成的串级调节系统。方案4不但控制总压和浆位，而且能够控制浆速-网速比。图6-4-9流浆箱调节方案4（4）控制方案的选择从理论分析和实际应用结果比较可以得出方案1和3的控制效果均比方案2好，方案3的效果最好。其原因是：流浆箱控制的目的，主要是为了获得稳定而均匀的流浆箱流量和喷浆速度，而这二者是由总压决定的（在唇口开度一定时），因此总压是流浆箱控制中最重要而且要求最严格的参数。适量的浆位变化对流浆箱流量的稳定性和均匀性不会产生明显的影响，即浆位是流浆箱控制中较次要的控制参数。因此，为了达到流浆箱的控制目标，即为了把总压控制在最佳状态，应允许浆位有少量的变化（由于总压和浆位的耦合作用，用常规调节系统难以使它们同时控制在最佳状态）。从物料平衡角度来说，只有在流入和流出流浆箱的浆料达到平衡时，流浆箱流量才能回复到稳定状态。换句话说，流浆箱自动调节的关键是准确地调节流入流浆箱的浆料量，使其等于给定的流浆箱流量。在方案1和3中，总压自动调节系统的被调参数是总压，调节量是进浆量。因此，当调节系统把总压控制好时，不仅流浆箱的流量稳定，而且浆料流入量必将与流出量相平衡。在这两种方案中，浆位虽有些波动，但是这种波动是流浆箱内浆料存贮量变化的反映，对流入和流出流浆箱的浆料不平衡反而有缓冲或补充作用。这显然对流浆箱的被控参数控制是有利的。然而，在方案2中，总压自动调节系统的被调参数是总压，调节量是空气流量，即调节作用直接作用在气垫压力上，也就是作用在被调参数总压上，而浆位自动调节系统的调节量是进浆量。要在两个独立而被调参数又具有耦合性的调节系统中，同时准确地控制总压和进浆量显然是比较困难的。在方案2中，虽然浆位得到（了）准确控制，但这又失去了浆位对解浆料流入和流出平衡的补偿作用。在方案3中，流浆箱有内溢流。内溢流不仅减少了浆位的波动，而且借助溢流量的增减补偿了浆料流入和流出的不平衡，有利于提高流浆箱自动控制的效果。但是内溢流的流量应该限制在适当的范围内（一般为5%左右），因为过大的溢流量会增加流浆箱内浆速而引起横流，它将会影响到流浆箱流量的均匀性。此外，过大的溢流会增加浆料在过程中的循量，从而增加动力消耗。方案1和3还有一个优点，就是在流浆处于刚开机或浆料阀门达到极限位置时，不会有浆料溢出或排空的危险。6.5 供汽过程典型控制系统6.5.1 供汽过程控制基本要求网部形成的湿纸页，在纸机湿部的压榨段进一步脱出游离水，并降低了松厚度。而后纸页被传递到纸机的干燥部。进入干燥部的纸页大约含有70%的水分。在干燥部通过加热蒸发来去除这些水分，使纸页达到所要求的干度。纸机干燥部的结构有几种形式和组合，采用哪一种则主要取决于所生产的纸种。目前干燥方式有烘缸干燥、热风干燥和微波干燥等，较常用的是烘缸干燥。为了保证造纸机干燥部能相对于其它过程参数而获得稳定的操作，其蒸汽及烘缸冷凝水排出系统也采用计算机控制。这样会保证烘缸汽压在稳态和瞬变状态下都能与车速及定量相适应。为了实现这种控制，计算机控制系统必须检测烘缸的汽压及压差，检测并计算纸料的绝干重量，控制烘缸部分的汽压和（或）压差。在纸机的运行状况受干燥能力的限制时，计算机控制系统通过调节纸料浓度、流量及蒸汽用量达到调节成纸页的定量和水分，使造纸机尽可能在最高可行车速下运转，最大限度发挥纸机的生产能力。6.5.2单烘缸供汽控制系统图6-5-1所示的是常用来生产象薄页纸、皱纹医药卫生包装纸及卷烟纸等低定量纸张的单烘缸纸机的干燥部。工业上常称为杨克烘缸。它是一个宽约，直径的回转的大辊筒。其车速都在到的范围内。烘缸表面光泽度较高，托辊与烘缸表面接触并反向旋转，因此所生产的纸页仅一面有光泽，我们称这种纸为纸机光泽（MG）纸。（1）干燥器的控制用来控制杨克烘缸供汽系统的仪表如图6-5-1所示。压力调节器PIC-1完成烘缸基本操作的控制。如图所示，这里采用一只热压机（或者称为热泵），可根据需要通过热压机引入高压蒸汽来保持烘缸内的压力。由于热压机在其底部接管处形成一个低压，因此它也能促进系统内的循环。在烘缸负荷达到高峰期间，也可以通过热压机附近的旁通管路来得到所需要的高压蒸汽，但是除非主蒸汽阀门已接近全开，应尽量避免使用该旁通管路。可单独调节安装在两个阀门上的定位器，以自动地实现这种操作。烘缸表面的温度必须限制在纸页能够均匀干燥的较小范围内。由于较厚的烘缸壁能产生较大的温度降，所以负荷变化能使烘缸表面温度出现较大的变化。为了尽量使控制比较稳定，压力调节器PIC-1能够处理汽源波动所引起的快速负荷变化，而PIC-1的给定值应由表面温度调节器TIC-2来自动调节，以监视烘缸表面较慢的温度变化。烘缸表面温度测量仪TT-2测量着烘缸表面的温度，而由于摩擦，辐射和烘缸周围空气流动所产生的误差可以忽略。其测量仪的接触头应采用对抛光的烘缸表面不产生刮痕的材料制做。烘缸停止工作期间，由于蒸汽冷凝产生的真空会使空气通过接头吸入烘缸内。实践表明，蒸汽内混入5%的空气会降低传热效率20%。因此，能否取得较高的干燥效率也取决于能否行之有效地把烘缸内空气除去，这可以通过测量闪蒸室内冷凝水液位以上的温度和压力来自动进行。如果没有空气存在，温度应是此时压力下饱和蒸汽的温度；如果有空气存在，温度会低于相同压力下饱和蒸汽的温度。只要温度和压力保持着正确关系，温度-压力关系的控制装置（PIC-3的给定值由温度偏差调节器“Temp Bias”给定）就使排气阀关闭；而当温度下降到低于所要求的关系时，就会打开排气阀使空气排出。由于这种方法仅在必要时才排除闪蒸室内空气，所以该法节约蒸汽。图6-5-1 单烘缸干燥部的控制系统1零压排气口；2蒸汽供给主线；3热压机；压力排气口；5表面温度计6闪蒸室；7冷凝水去锅炉；8空气排除口；9压力开关；10冷缸灯；11“运转”“准备”开关；12排水监视装置；13冷凝水；14杨克烘缸；15排气口；16接lin阀；17接压榨控制；18“准备”位置；19“运转”位置由于烘缸的金属质量很大，所以开机时最重要的是要逐渐加热，否则所产生的热应力可能会引起烘缸壁破裂。因此蒸汽必须在具有足够的安全防护措施的情况下慢慢地通入。在预热过程中用独立设置的小旁通阀来引入蒸汽，其阀门的规格应这样来确定：即使在大开度的情况下，也需要46小时才能把冷烘缸加热到为宜。用根据冷凝水温度的检测值进行工作的温度调节器TIC-4来防止主阀门的动作，只要温度低于给定值，这个双位调节器的输出值就是零。这个输出值通过电磁阀SV-5的作用使主阀门处于关闭状态，而压力开关9使冷缸灯10亮着。主压力调节器PIC-1通过把开关从“运转”位置拨到“准备”位置来控制小旁通阀。如果开关偶然地留在或转到“运转”位置的话，小旁通阀会仍然处于关闭状态，这是因为电磁阀SV-6此时给小旁通阀发出信号。但是当冷凝水温度已达到温度调节器TIC-4的给定值时，即使开关处于“准备”位置，电磁阀SV-6的动作也会关闭小旁通阀。因此，操作者在烘缸预热没有完成时，不可能将烘缸置于操作状态。而且在开关转到“运转”位置以前，也是这样。开关上的“准备”位置可使烘缸在周末非工作期间的降压状态下安全运转。为了做到这一点，表面温度调节器TIC-2的给定值被调得较低，以防止压力调节器的给定值升高。压力调节器PIC-1的给定值被调到所要求的较低压力值上。把开关拨到“准备”位置，从而只使用小旁通阀。如果冷凝水温度超过了预热温度调节器TIC-4的给定值，会关闭小旁通阀，从而停止接受压力调节器的作用，以保证安全。压力计PI-7和PI-8可以用来指示汽源压力和烘缸内蒸汽压力的大小。（2）通风罩象多烘缸干燥一样，杨克烘缸也装有通风罩，其目的也是把干燥过程中蒸发产生的水蒸汽抽出和排走。在压力下向通风罩强制供热。如图6-5-2所示，该装置通常设有循环系统和空气热交换器即节热器。图6-5-2 杨克烘缸通风换气系统所用的仪表1通风罩；2风机；3空气加热器；4烘缸；5蒸汽；6循环空气；7新鲜空气；8空气热交换器；9排入大气在空气系统中应用温度控制来操纵加热过程和循环风门。操作者可以调节新鲜空气和循环空气的混合量，以防止供给通风罩的空气湿度太高，具体可以通过空气