Читайте также первую часть статьи здесь.

Поскольку целлюлозно-бумажная промышленность продолжает развиваться и цифровизироваться, производители бумаги должны сохранять внимание к исправному функционированию множества машин, задействованных в процессах производства целлюлозы и бумаги. Это справедливо не только для машин, непосредственно участвующих в процессе, но и для многочисленных единиц вспомогательного оборудования, критически важных для производства энергии, генерации пара и очистки сточных вод. Эти машины сталкиваются с большими эксплуатационными проблемами и проблемами обслуживания, чем когда-либо, но интерес к их мониторингу по-прежнему остается низким.

Повышенные требования

Сегодня комбинаты уделяют больше внимания мониторингу машин из-за бизнес-давления и изменения способов эксплуатации и обслуживания оборудования. Машины эксплуатируются на более высоких скоростях, в течение более длительных периодов между остановами, при переменных условиях эксплуатации с более быстрым временем переналадки и во многих случаях в более жестких условиях. Это приводит к тому, что машины подвергаются большим нагрузкам, чем те, на которые они были изначально рассчитаны.

Кроме того, те же самые машины должны эксплуатироваться более эффективно, с повышенными требованиями к безопасности и качеству, и с меньшими запасами запасных частей, диагностическим персоналом и ресурсами на техническое обслуживание.

Мониторинг машин сегодня

Хотя бумагоделательная машина является сердцем процесса производства бумаги и самой крупной капитальной инвестицией на заводе, она часто получает очень мало внимания с точки зрения исправной работы, несмотря на то, что техническое обслуживание может оказывать огромное влияние на затраты в процессе ее жизненного цикла. Более того, еще меньше внимания или вообще никакого внимания не уделяется сотням вспомогательных машин комбината. Очевидно, что затраты на обслуживание одной вспомогательной машины невелики, но весь парк этих машин значительно влияет на ресурсы технического обслуживания.

В этой статье кратко рассматриваются потенциальные механизмы отказов машин ЦБП в следующих трех технологических процессах: производство целлюлозы; производство энергии, производство пара и очистка сточных вод; и производство бумаги. Ниже перечислены машины, используемые в каждом процессе и подпроцессе, и отмечена критическая проблема технического обслуживания, которая может быть решена с помощью мониторинга состояния.

Процесс производства целлюлозы

Многие из крупных машин устаревают, и для них нет легкодоступных запасных частей.

Обработка древесины:

Окорочный станок, рубительная машина — отказ подшипника может привести к катастрофическому отказу, что означает простой до недели. Если из-за отказа подшипника был поврежден диск рубительной машины, это также может сократить ее остаточный ресурс.

Ленточные конвейеры — двигатель и редуктор сильно нагружены и могут требовать специальных методов мониторинга для фильтрации высокого уровня шума с целью обнаружения дефектов.

Производство целлюлозы:

Механические массные мельницы — если подшипники шлифовального круга выходят из строя в суровых условиях, процесс производства массы останавливается.

Скрепер химического варочного котла — эти машины часто имеют скрепер для массы на дне варочного котла; скреперы работают под большой нагрузкой и могут выходить из строя непредсказуемо.

Насосы химического варочного котла — в химическом варочном котле используется несколько насосов для подачи и регенерации едких химикатов: белого, черного и зеленого щелока. В производстве целлюлозы также используется много воды, поэтому отказ водяных насосов останавливает процесс.

Машины для подготовки макулатуры — процесс флотации для роспуска макулатуры также использует насосы. Другие машины включают пескоотделители, которые работают в тяжелых условиях при переменных нагрузках.

Выдувной резервуар — мешалка внутри может выйти из строя непредсказуемо.

Процесс размола целлюлозы:

Рафинер — эти гидравлические размалывающие машины используют высокоскоростные вращающиеся диски для обработки подаваемой массы. Все они включают вращающиеся валы, опирающиеся на подшипники, которые сильно нагружены.

Сортировка, промывка и отбеливание целлюлозы:

Сортировка — редуктор и подшипники для вращения сортировочного цилиндра сильно нагружены, и нагрузка изменчива.

Промыватель массы — в процессе промывки массы используется несколько насосов. Если они выходят из строя, это может привести к остановке.

Дисковый фильтр — это обычно тихоходное устройство, приводимое в движение, как правило, четырехступенчатым редуктором и двигателем. Вакуумные насосы иногда используются в дисковом фильтре вместе с насосами чистого фильтрата. Если дисковый фильтр или насосы останавливаются, процесс очистки массы также останавливается.

Промывной пресс — подшипники валов подвергаются более высоким нагрузкам, чем на других машинах для промывки массы. Неисправность может привести к полной остановке производства на несколько дней.

Отбельная башня — разгрузочный скрепер на дне резервуара подвержен непредсказуемым отказам. Отбельная башня также использует центробежные вентиляторы для потока воздуха, насыщенного химикатами.

Винтовой конвейер — двигатель и редуктор являются важными компонентами, но наиболее часто отказывают подвесные подшипники из-за особого характера нагружения.

Производство энергии, производство пара и очистка сточных вод

Производство ЦБП требует большого количества энергии, воды и пара.

Турбогенераторные установки для производства энергии и пара — они должны контролироваться на ЦБП комбинате так же, как это обычно делается на электростанциях.

Управление сточными водами, вентиляцией, химикатами и побочными продуктами древесины — здесь используется множество насосов и вентиляторов. В связи с политикой и стратегиями устойчивого развития это оборудование стало одним из главных приоритетов с точки зрения мониторинга состояния. Если оно работает неправильно, комбинат может быть полностью остановлен.

Процесс производства бумаги

Включает:

- Формующая часть (сеточная часть)
- Прессовая часть
- Сушильная часть
- Каландровая часть
- Накатная и размоточная части

Формующая часть:

При модернизации для работы на более высоких скоростях иногда добавляется верхняя сетка.

Инжекторы напускного ящика — всего одного неисправного пневматического инжектора достаточно, чтобы повлиять на качество бумаги, и это потребует остановки.

Вакуумная система — ремонт водокольцевого вакуумного насоса может быть дорогим: до 150 000 долларов США. Отказ вакуумного насоса может привести к снижению скорости или даже к остановке.

Насос подачи массы и другие насосы — если насос подачи массы останавливается, вся бумагоделательная машина должна остановиться. Камни или другие абразивные частицы могут повредить рабочее колесо, а нежелательная пульсация давления может влиять на однородность бумажного полотна. Наполнители и химикаты могут создавать дополнительную нагрузку на насос. Различные насосы, используемые в формующей части — например, насосы осветленной воды из системы сбережения оборотной воды — также могут выходить из строя.

Валы — хотя валы в формующей части испытывают меньшие нагрузки, чем в других частях бумагоделательной машины, они все же критически важны для процесса. Подшипники подвергаются воздействию высокой влажности и воды; если они выходят из строя, вся бумагоделательная машина останавливается. Помимо подшипников, следует контролировать также редуктор и двигатель.

Вакуумные насосы — если они останавливаются, это может потребовать частичной или полной остановки всей бумагоделательной машины.

Сетка — обычно не контролируется напрямую, но дефекты сетки все же могут быть обнаружены между валами в конфигурации с верхней сеткой. Это делается с помощью акселерометров на корпусах подшипников валов с обоих концов.

Насосы смазки — отказ системы смазки может повлиять на работу от 1000 до 1500 подшипников. Смазка может загрязняться водой и примесями.

Прессовая часть:

Прессовая часть является критической. Если из-за неисправных компонентов удаляется недостаточно воды, то в сушильной части требуется больше пара для компенсации. Это требует больше энергии и создает тепловые нагрузки на компоненты сушильной части.

Прессовые валы — давление в нипе нагружает подшипники, особенно в последних секциях прессовой части. Помимо риска перегрузки, подшипники могут подвергаться дополнительным нагрузкам из-за неравномерного износа; проблем с сукном; а также из-за несоосности, эксцентриситета и дисбаланса валов. Также могут возникать подпрыгивание валов, вибрация и резонанс валов, что приводит к дефектам качества бумаги в виде вибрационных полос (барринга).

Сукно и суконные валы — дефектное сукно влияет на нагрузку в нипе на валы, и это может быть обнаружено с помощью акселерометра на корпусе подшипника. Также могут возникать вибрационные удары из-за проблем с ходом сукна. Изменение собственной частоты сукна может указывать на его забивание или избыточное сжатие.

Вакуумные насосы — если вакуумные насосы перестают работать, это влияет на процесс обезвоживания в прессовой части. Если это не исправить, может потребоваться больше пара в сушильной части, что создаст нагрузку на компоненты.

Насосы очистки и распыления воды — хотя они не столь критичны, как насос подачи массы или вакуумные насосы, проблемы с качеством бумаги могут возникнуть, если эти насосы неисправны.

Сушильная часть:

Здесь часто возникают дефекты компонентов машин.

Утилизация тепла от колпака — вентиляторы предотвращают распространение тепла и влажности в машинный зал. Если они выходят из строя, это может создать небезопасные условия труда.

Система пара и конденсата — если конденсатные и вакуумные насосы перестают работать, бумага не будет должным образом высушена.

Цилиндры и сушильный янки-цилиндр — цилиндры и подшипники подвергаются термическим нагрузкам. Если бумагоделательная машина модернизируется для работы на более высоких скоростях, это может дополнительно нагрузить компоненты, так как потребуется больше тепла для компенсации уменьшенного времени контакта.

Пароснабжение цилиндров — если вентиляторы и насосы, подающие пар, останавливаются, подача пара также прекращается. Конденсатные насосы также уязвимы в этом процессе.

Воздуходувки и паровые вытяжные вентиляторы — если воздуходувки и вытяжные вентиляторы перестают работать, сушильная часть должна быть остановлена.

Сукно и суконные валы — аналогичны суконным валам в прессовой части, но подвергаются воздействию гораздо более высоких температур.

Клеильный пресс — эти валы подвержены загрязнению (красителями, крахмалом), и в случае их отказа бумагоделательная машина останавливается.

Насосы нанесения покрытия — насосы для химической обработки бумаги подвержены загрязнению, и в случае их остановки бумагоделательная машина также должна быть остановлена.

Части нанесения покрытия, каландрирования и наката:

Машины приготовления покрытия — если насосы и ракли здесь неисправны, произведенная бумага должна быть забракована, и производство не может продолжаться до устранения неисправностей.

Каландровая часть — нипельные нагрузки нагружают подшипники, которые также подвержены загрязнению пылью. Как и в случае с прессовыми валами, изменение качества бумаги может быть вызвано вынужденными колебаниями, такими как дефекты поверхности валов, дисбаланс, несоосность или эксцентриситет. Также может возникать резонансная вибрация между валами, вызванная самовозбуждающимся резонансом стопки валов, которую можно контролировать.

Накатная и размоточная части — нагрузка на подшипники накатного барабана очень высока, и существует риск загрязнения пылью. Дефектные подшипники могут влиять на качество наматываемой бумаги. Нагрузка на подшипники размоточного барабана меньше, но механизмы отказов те же, что и у накатного барабана.

Отделка готовой продукции — в этом процессе задействовано несколько машин, таких как листорезательные машины, продольно-резательные станки, накатные и перемоточные станки, где компоненты могут выходить из строя.

Решения для мониторинга

Почти все машины, упомянутые в этой статье, могут контролироваться одним из следующих решений для мониторинга или их комбинацией:

Облачное решение вне предприятия — это проприетарное автономное решение для мониторинга идеально подходит для общезаводского оборудования, где ограничены внутренние диагностические компетенции. На площадке устанавливаются только беспроводные датчики и шлюз, в то время как все хранение данных, обработка сигналов, мониторинг, диагностика и отчетность выполняются удаленно. Пользователь может удаленно получать доступ к отчетам и, при необходимости, к данным и графикам.

Локальное полевое решение для мониторинга — также для общезаводского оборудования, это решение предлагает расширенный функционал мониторинга состояния. Хранение данных, мониторинг, диагностика, уведомления о событиях, визуализация и аналитика могут выполняться в историке данных или удаленно как услуга.

Локальное стоечное решение для мониторинга — это решение включает расширенный функционал мониторинга состояния критических машин, включая защиту машин. Система может быть интегрирована в историк данных и/или доступна через удаленные сервисы.

Заключение

На предприятии ЦБП много критических и общезаводских машин, и способ управления их эксплуатацией и обслуживанием может влиять на рентабельность. Хотя многие комбинаты понимают необходимость мониторинга как минимум определенных секций бумагоделательной машины, многие другие машины полностью игнорируются — даже несмотря на то, что они все еще могут влиять на качество бумаги, бумажные отходы, производство, безопасность, экономию энергии и условия труда. К счастью, многие из них могут быть экономически эффективно охвачены мониторингом.

Решения для мониторинга состояния машин эволюционировали с момента начала цифровой трансформации нашей отрасли, поэтому локальные проприетарные автономные системы мониторинга больше не являются единственным решением. Сегодня широкий спектр локальных и удаленных систем может быть скомбинирован, и большая их часть может быть интегрирована в общезаводскую систему управления данными. Это позволяет поставщикам услуг более эффективно делиться своим опытом с централизованными данными. Методы мониторинга также были улучшены, и теперь существуют алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения для дальнейшего улучшения понимания состояния машин.