Введение к работе
Актуальность темы. Особенностью целлюлозно-бумажного производства (ЦБП) является значительное потребление воды, которое может достигать 150-300 м на тонну выпускаемой продукции.
Большие объемы в технологических потоках ЦБП циркулируют в виде холодной, горячей воды, волокнистых суспензий различной концентрации и т.д. Для регулирования всего технологического процесса производства следует использовать расходоизмерительное оборудование для учета расхода и объема данной жидкости диаметром до 800 мм.
Одним из образцов такого оборудования являются погружные вихревые кондуктометрические расходомеры (ПВР) с приемником-преобразователем вихревых колебаний (ППВК) и счетчики количества жидкости. Являясь частью технологического трубопровода, то есть оборудованием, они одновременно выполняют функцию измерения расхода воды или волокнистой суспензии. Простота изготовления и монтажа, дешевизна, высокая точность, достаточная как для технологических, так и коммерческих целей, позволяет считать данное оборудование весьма перспективным для применения в ЦБП. Такие приборы могут выпускаться на различные условные проходы, от 50 - 80 мм, вплоть до 1000 - 1500 мм. Анализу работы данного оборудования в ЦБП посвящены труды М.С. Лурье.
В данной работе рассматривалось оборудование, рассчитанное на работу в чистой воде, либо на волокнистой суспензии с концентрацией 1,5-2 %. Было показано, что при данных концентрациях кондуктометрические расходомеры могут одинаково успешно использоваться как для измерения расхода холодной и горячей воды, так и суспензий без каких-либо принципиальных отличий в измерительном тракте прибора. Это объяснялось тем, что относительно низкая концентрация суспензии не приводит к существенному изменению гидродинамики работы прибора и его метрологических характеристик.
Современные процессы производства различных видов бумаги все чаще используют суспензии с более высокой концентрацией волокон (3 -6 %), зависящей от стадии производства и применяемого оборудования. При данной концентрации у ПВР резко снижается достоверность измерения, что сужает область применения данного оборудования.
Таким образом, для расширения области использования данного оборудования путем повышения достоверности его показаний необходимо исследовать работу ПВР на реальных рабочих жидкостях и выработать меры конструктивного и технологического порядка допускающие использование данного оборудования в широком диапазоне концентрации волокон и других технологических параметров жидкости.
Цель работы. Разработка технологического оборудования для учета расхода волокнистых суспензий в целлюлозно-бумажном производстве с
учетом их технологических параметров: концентрация волокон; степень помола и температура.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
Обзор технологических процессов в целлюлозно-бумажном производстве с целью выявления использования расходоизмерительного оборудования для учета волокнистых суспензий с заданными параметрами (концентрация, степень помола, температура).
Проведение сравнительного анализа существующих методов испытаний погружных вихревых расходомеров для целлюлозно-бумажного производства и определение возможности разработки имитационного оборудования.
Разработка конструкции оборудования для имитационных испытаний кондуктометрических ПВР, которое позволит учитывать как гидродинамику работающего в трубопроводе расходомера, так и свойства реальной рабочей среды (концентрация, степень помола, температура).
Проведение анализа гидродинамики потока в канале обратной связи (КОС) ПВР в реальном трубопроводе и на имитационном оборудовании.
Разработка математической модели оборудования для учета расхода волокнистой суспензии в условиях работы на имитационной установке и создание на ее основе имитационной модели в пакете Simulink программы Matlab.
Исследование имитационной модели для оптимизации параметров испытательной установки при работе ее во всем диапазоне изменения расхода волокнистой суспензии.
Разработка методов формирования тестовых сигналов установки и методики технологических испытаний на ней погружных вихревых расходомеров с учетом параметров реальной технологической жидкости (концентрация, степень помола, температура).
Исследование работы погружного вихревого расходомера на волокнистой суспензии с различной концентрацией степенью помола и температурой.
Анализ способов снижения погрешности технологического оборудования для учета расхода волокнистых суспензий (погружных вихревых расходомеров).
10 Оценка экономической эффективности использования оборудова
ния для учета расхода волокнистых суспензий.
Научная новизна работы. Разработан новый имитационный метод испытаний, позволяющий учитывать, как гидродинамику работающего в трубопроводе расходомера, так и свойства реальной технологической рабочей жидкости (волокнистой суспензии).
Выполнено исследование взаимодействия вихревой формации потока волокнистой суспензии с чувствительным элементом расходомера, ра-
ботающего совместно с испытательной установкой, с помощью численного моделирования, методом конечных элементов.
Разработана математическая и имитационная модель испытательного оборудования, позволившая провести его подробный анализ с целью оптимизации его параметров и отработки методики испытаний погружных вихревых расходомеров волокнистых суспензий.
Практическая значимость. Разработано оборудование для имитационных испытаний погружных вихревых расходомеров с возможностью применения его на волокнистых суспензиях, применяемых при производстве древесной массы, газетной бумаги и т.д.
Возможность внедрения автоматического управления расходам волокнистых суспензий в технологическом процессе производства готовой продукции.
Разработанная методика технологических испытаний погружных вихревых расходомеров на имитационном оборудовании позволит испытывать ПВР не только на реальной технологической жидкости, но и на трубопроводы различного диаметра.
Исследована достоверность измерений расхода и объема волокнистой суспензии ПВР в зависимости от параметров волокнистой суспензии (концентрация, степень помола, температура).
Объектом исследования является оборудование для измерения расхода волокнистых суспензий в целлюлозно-бумажном производстве.
Предметом исследования являются особенности гидродинамических процессов, протекающих в кондуктометрических погружных вихревых расходомерах при их работе на волокнистых суспензиях, и поиск методов для повышения достоверности их измерения.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на международных научно-практических конференциях «Наука и производство -2009» (Брянск, 2009 г.); VI Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых «Математическое моделирование и программное обеспечение» (Санкт-Петербург, 2009 г.); XVII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Инновации. Интеллект. Культура» (Тобольск, 2009 г.); «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» (Красноярск, 2009 г.) и др.
Публикации работы. По материалам диссертации опубликовано 16 (из них автора 1,735 п.л) печатных работ, из них: 4 статьи в рецензируемых журналах и 1 патент РФ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка из 131 источника. Объем работы изложен на 174 страницах машинописного текста, содержит 93 рисунка и 7 таблиц.
