Några givare för kvalitetsstyrning av fiberskiveprocessen

D ) 1

D

(mm

8804029

Vlado Mollek

Några givare för

kvalitetsstyrning

av fiberskiveprocessen

Trätek

Vlado Mollek N A G R A G I V A R E F Ö R K V A L I T E T S S T Y R N I N G A V P I B E R S K I V E P R 0 C E S 5 E N TräteknikCentrum, Rapport P 8804029 Nyckelord fiberboard gauges process control quality control wet process Stockholm a p r i l 1988

I N N E H Å L L S F Ö R T E C K N I N G Sid SAMMANFATTNING 3 INLEDNING 3 FLÖDESMÄTNING 4 S t r y p f I'ansm'atare 4 Svävkroppsmätare 3 E l e k t r o m a g n e t i s k a mätare b KONCENTRATIONSMÄTNING 7 Skärkraftsprincip 7 Optisk p r i n c i p 12 V i s k o s i t e t s p r i n c i p 13 TJOCKLEKSMÄTNING 13 M Ä T N I N G AV A V V A T T N I N G S F Ö R M A G A 19 SLUTSATSER 23 R E F E R E N S E R 24

SAMMANFATTNING

Några g i v a r e som anv'ands i f i b e r s k i v e f a b r i k e r för k o n t i n u e r l i g mätning av massaflöde, massakoncentration, våtark- r e s p e k t i v e s k i v t j o c k l e k och avvatt-ningsförmåga b e s k r i v s i denna r a p p o r t , för v a r j e g i v a r e b e s k r i v s mätprin-c i p , rekommenderad användning omätprin-ch användarnas synpunkter på givarnas funk-t i o n .

INLEDNING

Processen för t i l l v e r k n i n g av f i b e r s k i v o r e n l i g t våta metoden behöver s t y -ras bättre i f r a m t i d e n för a t t nå bättre och jämnare p r o d u k t k v a l i t e t och för a t t sänka t i l l v e r k n i n g s k o s t n a d e r n a . Detta mål kan exempelvis nås genom a t t införa bättre g i v a r e i f i b e r s k i v e p r o c e s s e n .

De g i v a r e som är k o m m e r s i e l l t tillgängliga på den svenska marknaden är huvudsakligen utprovade i pappers- och massafabriker. Bara en d e l av dessa g i v a r e går a t t använda d i r e k t för s t y r n i n g av f i b e r s k i v e p r o c e s s e n / I / . De g i v a r e som b e s k r i v s i denna r a p p o r t har v a l t s på basis av två t i d i g a r e enkäter i f i b e r s k i v e f a b r i k e r .

I den första enkäten undersöktes v i l k a g i v a r e som f i n n s i o l i k a processteg i svenska f i b e r s k i v e f a b r i k e r /8/.

I den andra enkäten bedömdes behovet av f o r t s a t t arbete a t t få fram bättre g i v a r e /9/. Av denna enkät framgick a t t p r i o r i t e r a n d e behov av g i v a r e

l i g g e r i områdena flödesmätning, koncentrationsmätning, tjockleksmätning och mätning av massans s p e t h a l t och avvattningsförmåga.

I denna r a p p o r t b e s k r i v s g i v a r e för mätning av massaflöde, massakoncentra-t i o n , massakoncentra-t j o c k l e k på våmassakoncentra-tark, färdig f i b e r s k i v a och massans avvamassakoncentra-tmassakoncentra-tningsförmåga. Några synpunkter från användarna om givarnas f u n k t i o n v i d den p r a k t i s k a an-vändningen ges även.

F L Ö D E S M A T N I N G /2/

Flöden av v a t t e n och f i b e r s u s p e n s i o n e r är en v i k t i g mätvariabel inom f i b e r -s k i v e i n d u -s t r i n . I -s t o r ut-sträckning använd-s flöde-smätning för automati-sk r e g l e r i n g av fibermassamängd. T r o t s a t t t e o r i n bakom de v a n l i g a flödes-mätarna är enkel kan den p r a k t i s k a tillämpningen vara komplicerad då själva mätresultatet kan påverkas av andra f a k t o r e r än flöde, t ex massakoncentra-t i o n e n .

De flödesmätare som idag är i n s t a l l e r a d e v i d svenska f i b e r s k i v e f a b r i k e r är några få strypfläns-, svävkroppsmätare och e l e k t r o m a g n e t i s k a flödesmätare. Strypflänsmätare

Denna metod baserar s i g på mätning av det t r y c k f a l l som uppstår när en vätska e l l e r gas passerar genom en förstrypning. Mätning av t r y c k f a l l e t sker v a n l i g e n med d i f f e r e n s t r y c k o m v a n d l a r e ( d p - c e l l ) . En v i s s p r o c e n t u e l l t r y c k d i f f e r e n s motsvarar en v i s s flödesprocent.

T R Y C K D I F F E R E N S

F L Ö D E %

100

Diagram över sambandet mellan flöde och t r y c k d i f f e r e n s v i d strypflänsmätning. Källa: /2/.

Användning

Lämplig för mätning av vätskor och gas. O f t a s t används strypfläns för ång-mätning i f i b e r s k i v e f a b r i k e r . Mätnoggrannhet är ca 6-10 % beroende av t y p och mätmedia.

Svävkroppsmätare

Denna metod baserar s i g på den t r y c k s k i l l n a d som uppstår mellan över- och undersidan av svävkroppen, d v s flottören. Då v'atskan passerar mätaren nedifrån l y f t s flottören och i n t a r e t t viloläge där t r y c k s k i l l n a d e n mellan över- och undersida av flottören är tillräckligt s t o r för a t t upphäva

flottörvikten.

Intoppatryck * P

I

UttoppMryck - P.

S««vkropp

Svävkroppsmeltarens uppbyggnad och p r i n c i p . Uppåt k r a f t e n z beroende av

Nedåt " X " " P 2 och k r a f t e n y beroende av flottörvikten.

Källa: / 2 / . Användning

Svävkroppsflödesmätare lämpar s i g för mätning av vätskor e l l e r gas. Fördel a r n a är dess enkFördela uppbyggnad, god driftsäkerhet, Fördelågt p r i s och enkeFördel i n -s t a l l a t i o n . T i l l nackdelarna hör de-s-s kän-slighet för v a r i e r a n d e v i -s k o -s i t e t , beläggningar på mätröret och begränsade mätområde. Mätnoggrannhet är ca 3-10 % beroende av t y p och mätmedia.

E l e k t r o m a g n e t i s k a mätare

Denna metod baserar s i g på rörelse av e t t ledande ämne i e t t magnetfält. Vid rörelse av t ex fibermassa genom e t t magnetfält uppstår en e l e k t r i s k spänning vars s t o r l e k beror på massans h a s t i g h e t .

Runt e t t omagnetiskt rör p l a c e r a s två magnetspolar, v i l k a a n s l u t s t i l l växelström. När fibermassa som är e l e k t r i s k t ledande passerar genom magnet-fältet b i l d a s i vätskan en e l e k t r i s k spänning som är p r o p o r t i o n e l l mot massans h a s t i g h e t och därmed mot flödet.

De e l e k t r o m a g n e t i s k a flödesmätare som är i n s t a l l e r a d e i svenska f i b e r s k i v e -f a b r i k e r är av märke B e s t o b e l l , Endress Huser och F i s c h e r & P o r t e r .

Användning

Elektromagnetiska flödesmätare används för mätning av vätskor. De är sär-s k i l t lämpliga för mätning av fibermasär-ssär-saflöde tack vare sär-s i t t oberoende av b l a massans v i s k o s i t e t och d e n s i t e t .

Kravet för a t t kunna använda t ex Fischer & Porter-mätare, t y p Copa X, är a t t ledningsförmåga hos mediet är större än 5 mikroSiemens/cm.

De fördelar som nämns av både leverantörer och användare är enkel i n s t a l l e -r i n g , lätt k a l i b -r e -r i n g , automatisk n o l l j u s t e -r i n g , inga -rö-rliga d e l a -r , i n g e t underhåll, automatisk omkoppling för mätning i två r i k t n i n g a r , känslighet ± 1 S av mätvärde. Magnetspole

\

Elektromagnetisk flödesmätare - grundläggande mätprincip Källa: /2/.

KONCENTRATIONSMÄTNING /3, 6/

En mycket v i k t i g och svårbemästrad mätvariabel är f i b e r k o n c e n t r a t i o n e n i vattensuspensioner. Ingen av de på den svenska marknaden förekommande kon-centrationsmätarna mäter k o n c e n t r a t i o n e n d i r e k t , d v s massavikt per vo-lymsenhet massasuspension, t ex g / 1 . De mäter en annan egenskap hos mälden, t ex skärkraft, v i s k o s i t e t , någon o p t i s k , a k u s t i s k e l l e r e l e k t r i s k egen-skap, dräneringshastighet e l l e r vibrationsdämpning.

De k o n c e n t r a t i o n s g i v a r e som är i n s t a l l e r a d e v i d svenska f i b e r s k i v e f a b r i k e r mäter maidens v i s k o s i t e t , skärkraft och o p t i s k a egenskaper. K o n c e n t r a t i o n s -g i v a r e by-g-gda på v i s k o s i t e t s p r i n c i p e n håller dock på a t t s u c c e s s i v t bytas ut mot skärkraftsgivare och o p t i s k a g i v a r e .

Skärkraftsprincip

Några av de äldre k o n c e n t r a t i o n s g i v a r n a som bygger på skärkraftsprincipen är modellerna Valmet-PulpAir ( h a j f e n a ) samt från Eur-Control K 31/32P, MPK/MEK 41 och nyare modeller som MPK/MEK 2000.

Den nya " h a j f e n a n " , modell MBT 100 från E u r - C o n t r o l , förekommer ännu i n t e i någon f i b e r s k i v e f a b r i k .

Valmet-PulpAir

P r i n c i p e n för mätning av k o n c e n t r a t i o n baserar s i g på mätning av skärkraf-ten i fibermassaflödet. Mätskenan har form som en haj fena och är v r i d b a r r u n t en punkt v i d rörväggen. V i d ökning av massakoncentrationen dras mät-skenan k r a f t i g a r e med fibermassaströmmen och överför en impuls med hjälp av en hävarm t i l l en mätcell. Beroende på skenans rörelse i fibermassaström-men, där k o n c e n t r a t i o n e n kan v a r i e r a , erhålls v a r i e r a n d e u t s i g n a l från mät-c e l l e n t i l l en r e g u l a t o r för spädvatten.

De k r a f t e r som påverkar mätskenan är d e l s skärkraften, som beror på f i b e r -nätverkets s t y r k a , d e l s i m p u l s k r a f t e n , som uppstår v i d uppbromsning e l l e r ökning av flödet, d e l s f r i k t i o n s k r a f t e n som verkar mellan mätskenan och f i -bermassaflödet och e t t r e n t hydrodynamiskt motstånd.

Användning

Denna mätare rekommenderas v i d k o n c e n t r a t i o n e r på mellan 1,5 - 8,0 % be-roende på flödeshastighet och massatyp. Flödeshastighetsområdet l i g g e r mel-l a n 0,4 - 3,0 m/s, beroende av massans k o n c e n t r a t i o n och t y p .

De nackdelar som nämndes av användarna v a r e t t r e l a t i v t s t a r k t flödeshast i g h e flödeshast s b e r o e n d e och massaflödeshastypberoende, särskilflödeshast då förhållandeflödeshast mellan f i n -och g r o v f i b e r i massan v a r i e r a r .

Vridmoment

Massa-P r i n c i p e n för koncentrationsmätning med skena. Fj^ - Skärkraft och i m p u l s k r a f t

F2 - F r i k t i o n s k r a f t . Källa: /6/.

MBT 100

Dennd mätare a r b e t a r också e n l i g t skärkraftsprincipen och är avsedd a t t mäta k o n c e n t r a t i o n e n i s l u t n a system. Mätskenan s e r ungefär u t som mätske-nan hos föregående mätare. Här är dock mätskemätske-nan e l l e r avkännaren a k t i v , d v s skär med egen rörelse genom massaflödet, som i n t e var f a l l e t hos fö-regående t y p . Avkännaren a k t i v e r a s av e t t dykspolsystem bestående av e t t magnethus och en dykspole. När ström kopplas t i l l dykspolen gör avkännaren ett v i n k e l u t s l a g k r i n g l a g r i n g s p u n k t e n och skär genom fibermassan. Avkänna-ren gör då en mätsträcka på en v i s s t i d , som är en f u n k t i o n av skärkraften, som i s i n t u r är en f u n k t i o n av f i b e r k o n c e n t r a t i o n e n . E f t e r a v s l u t a t mät-s l a g polvändmät-s mät-strömmen t i l l dykmät-spolen och avkännaren går t i l l b a k a t i l l mät-s i t t ursprungsläge. Tiden mäts med hjälp av en o p t i s k läsgaffel. Avkännaren gör ett s l a g varannan sekund och e t t a n t a l slag/mätning l i g g e r t i l l grund för ett tidsmedelvärde. S l a g a n t a l e t beror på v a l d t i d s k o n s t a n t .

Användning

Mätaren är än så länge i n t e i n s t a l l e r a d i någon svensk f i b e r s k i v e f a b r i k . Den f i n n s dock i pappersbruk.

Koncentrationsområdet l i g g e r mellan 1,5 - 5,0 % r e s p e k t i v e 3-8 % beroende på massatyp. Flödeshastighetsområdet l i g g e r mellan 0,2 - 5,0 m/s.

Avkännare Magnethus Oykspole Lagringspunkt Mekaniska stopp Läsgaf fel Strälbrytare Avbärare

® ®

10

Funktionen hos r u b r i c e r a d e k o n c e n t r a t i o n s g i v a r e från Eur-Control är den-samma som den senaste g i v a r e n MEK/MPK 2000, som är deras efterföljare, var-för de i n t e b e s k r i v s separat.

MEK/MPK_2000

Denna k o n c e n t r a t i o n s g i v a r e är u t r u s t a d med en roterande avkännare av skär-k r a f t s t y p för i huvudsaskär-k mätning i s l u t n a system. Givaren är d i r e skär-k t monterad t i l l e t t mätkärl, som utgör en d e l av massaledningen. I mätkärlet r o t e -rar avkännaren med samma h a s t i g h e t tillsammans med en p r o p e l l e r som d-rar massan förbi avkännaren. Då avkännaren v i d r o t a t i o n skär igenom fibermassan uppkommer genom skärmotståndet e t t moment på mätaxeln.

Momentet på mätaxeln mäts med en e l e k t r i s k e l l e r en roterande pneumatisk omvandlare som a r b e t a r e n l i g t k r a f t b a l a n s p r i n c i p e n . V i d ökade mätmoment, d v s ökad k o n c e n t r a t i o n , ökar v i n k e l s k i l l n a d e n mellan d r i v - och mätaxel. Denna v i n k e l s k i l l n a d avkänna och överförs t i l l en förstärkare, som ger en återföringsström, som är beroende av v i n k e l s k i l l n a d e n . Aterföringsströmmen påverkar e t t e l e k t r o m a g n e t i s k t ställdon så a t t v i n k e l s k i l l n a d e n mellan d r i v - och mätaxel e l i m i n e r a s och det u r s p r u n g l i g a balansläget uppnås. Aterföringsströmmen är p r o p o r t i o n e l l mot massakoncentrationen och omvandlas t i l l en e l e k t r i s k u t s i g n a l , 0-20 e l l e r 4-20 mA. U t s i g n a l e n b l i r en f u n k t i o n av d e t moment som uppstår på avkännaren då denna r o t e r a r i fibermassan, v i l k e t i s i n t u r är en f u n k t i o n av f i b e r k o n c e n t r a t i o n e n .

Användning

Förutom i pappersbruk och f i b e r s k i v e f a b r i k e r , där mätaren används för både grov och f i n a r e mald massa, används mätaren också i avloppsreningsverk för mätning av slamhalt och i sockerbruk för mätning av övermättnadsgrad. Kon-centrationsområdet l i g g e r mellan 0,8 - 10 % och flödeshastigheten på e t t minimum av 0,5 m/s för massa.

Några nackdelar från användarnas sida har i n t e h i t t i l l s n o t e r a t s . Mätarna är nämligen ganska n y i n s t a l l e r a d e v i d de f l e s t a f a b r i k e r . Hos de äldre mo-d e l l e r n a v a r mo-d e t något missnöje memo-d mo-den roteranmo-de pneumatiska omvanmo-dlaren av vridmomentet.

Mätaren verkar i n t e vara särskilt beroende av massaegenskaper som t ex k o r t e l l e r lång f i b e r , temperatur- och flödesvariationer, om man håller s i g inom normalt förekommande h a s t i g h e t e r . Mätarens k a l i b r e r i n g är e n k e l .

I diagrammen nedan v i s a s koncentrationsmätning av s l i p r e s p e k t i v e k r a f t -pappersmassa med skärkraftsmätare, MEK 2000, och o p t i s k koncentrationsmätar e , O p t i c o n . Med MEK 2000 b l i koncentrationsmätar den p koncentrationsmätar o c e n t u e l l a s k i l l n a d e n i k o n c e n t koncentrationsmätar a t i o -nen mellan s l i p - och kraftmassan 11,7 % mot 233 % med Opticon, v i l k e t be-kräftar det r i n g a beroendet av massaegenskaper hos MEK 2000.

11 60 30 40

é

3 3

3-0,9 2,1 ^

^ ; r ^ = 7 f ^ = 233%

0,9 0,9

^

12

O p t i s k p r i n c i p

Bland nyare k o n c e n t r a t i o n s g i v a r e som bygger på o p t i s k a egenskaper märks främst modell O p t i c o n , t i l l v e r k a d av E u r - C o n t r o l .

Opticon

Opticon mäter massakoncentrationen i e t t massaflöde. Den är en o p t o e l e k t r o -n i s k g i v a r e och mäter l j u s r e f l e k t e r a t frå-n de-n massaström som passerar e t t kvartsfönster. En väl d e f i n i e r a d ljusstråle sänds i n i massaströmmen genom fönstret. Ljusstrålens p e n e t r a t i o n s g r a d i n i massans fibernätverk beror på f i b e r n s o p t i s k a egenskaper samt f i b e r k o n c e n t r a t i o n . Koncentrationen mäts genom bestämning av kvoten mellan i n t e n s i t e t e n för r e f l e k t e r a t l j u s på två väl d e f i n i e r a d e avstånd från ljuskällan. R = L j u s r e f l e k t i o n i massasuspensionen (R = I d / I i ) I d = D i r e k t r e f l e k t e r a t l j u s I i = I n d i r e k t r e f l e k t e r a t l j u s I Q = Ljuskälla 1 = Primär ljusstråle 2 = Reglerar l j u s i n t e n s i t e t e n 3 = Koncentrationsmätning K o n c e n t r a t i o n s g i v a r e Opticon - mätprincip. Källa: /3/. Användning

I f i b e r s k i v e f a b r i k e r används mätaren huvudsakligen för mätning av massakon-c e n t r a t i o n av f i n m a l d massa där k o n massakon-c e n t r a t i o n e n l i g g e r mellan 1-4 %. E n l i g t t i l l v e r k a r e n l i g g e r koncentrationsområdet mellan 0,2 - 10 % beroende av massatyp.

Nackdelar som nämndes från användarnas s i d a v a r e t t s t a r k t beroende av massastrukturen. Ju jämnare m a s s a s t r u k t u r , desto bättre r e s u l t a t . Massa som innehåller mörkt f e n o l h a r t s får andra o p t i s k a egenskaper än l j u s massa, v i l k e t stör mätaren.

T i l l fördelarna hör enkel k a l i b r e r i n g , okänslighet mot flödesvariationer, i n s t a l l a t i o n d i r e k t i l e d n i n g e n , l i t e t underhåll.

13 V i s k o s i t e t s p r i n c i p

Några äldre k o n c e n t r a t i o n s g i v a r e som bygger på v i s k o s i t e t s p r i n c i p e n är mo-d e l l e r n a Area PKl och K22 (moroten) från E u r - C o n t r o l .

Area

Denna mätare baserar s i g på mätning av v i s k o s i t e t hos fibermassa. Avkänna-ren består här av en k u l a som r o t e r a r nedsänkt i fibermassan. Kulan d r i v s av en e l e k t r i s k motor över en planetväxel, som består av dreven A, B, C och D. Av dessa är B och C lagrade i planetarmen, v i l k e n i s i n t u r är l a g r a d k r i n g den utgående a x e l n t i l l k u l a n . Planetarmen är balanserad av en fjäder, som med en ställskruv kan ställas i n för önskad k o n c e n t r a t i o n på f i -bermassan. Hårdare spänd fjäder ger t j o c k a r e massa. I den f r i a änden på planetarmen f i n n s en e l e k t r i s k e l l e r pneumatisk g i v a r e som v i a en förstär-kare ger en s i g n a l t i l l s t y r v e n t i l e n för spädvatten. Om fibermassan är för t j o c k bromsas k u l a n och planetarmen v r i d s mot läge för ökad spädning.

PLANETARM MOTOR

UL ID

mn^sna

FÖR TJOCKARE MASSA

IMPULS : ÖKA SPÄDNING IMPULS: MINSKA SPADNING

INDI KÅTOR KU LA

FÖR TUNNARE MASSA SKRUV FÖR INSTÄLLNING AV

ÖNSKAD KONCENTRATION STRÄCKNING AV FJÄDERN GER TJOCKARE MASSA

K o n c e n t r a t i o n s g i v a r e Area - mätprincip, Källa: /6/.

Användning

Det f i n n s e t t fåtal Area-mätare kvar i f i b e r s k i v e f a b r i k e r . Med s t o r sanno-l i k h e t kommer dessa mätare a t t ersättas av mätare som bygger på skärkraft-p r i n c i skärkraft-p e n . E n l i g t användarna skärkraft-påverkas Area-mätare s t a r k t av fibermassans s t r u k t u r och temperatur. Noggrannhet och känslighet är mindre t i l l f r e d s -ställande.

14 K 22

Denna mätare baserar s i g också på mätning av v i s k o s i t e t hos fibermassa. På s p i n d e l n ( 2 ) s i t t e r det t u r b i n d r i v n a rotationskärlet ( 1 1 ) . Spindeln och rotationskärlet d r i v s med t r y c k v a t t e n , som tillförs genom munstycket ( 3 ) . En r e d u c e r v e n t i l lämnar k o n s t a n t v a t t e n t r y c k , därför är d r i v k r a f t e n kon-s t a n t . Rotationkon-skärletkon-s v a r v t a l är beroende av bromkon-sande k r a f t e r på känkon-sel- känsel-kroppen ( 1 4 ) . Tjockare fibermassa ger ökat motstånd och därmed lägre varv-t a l . T i l l rovarv-tavarv-tionskärlevarv-t varv-tillförs k o n varv-t i n u e r l i g varv-t v a varv-t varv-t e n . V a varv-t varv-t e n y varv-t a n i rovarv-ta- rota-tionskärlet får p g a r o t a t i o n e n ändrad form och nivå. Genom slangen ( 8 ) tillförs d r i v - och s i g n a l l u f t t i l l e t t bubbelrör ( 4 ) . V i d nivåändring änd-ras tryckmotståndet (bubbelmotståndet). Det med r o t a t i o n s h a s t i g h e t e n varie-rande t r y c k e t är k o n c e n t r a t i o n s g i v a r e n s u t s i g n a l och e t t mått på koncentra-t i o n e n . 1 övre k u l l a g e r 2 Turbinkärlsaxel 3 Munstycke 4 Bubbelrör 5 N i v å s t ä l l s k r u v (endast K22K) 6 S t a t i v med lägesskala 7 Låsmutter 8 Slang f ö r a n s l u t n i n g av d r i v - och s i g n a l l u f t 9 Skovelkrans 10 ö v e r f a l l 11 Rotationskärl 12 Bromsbackar f ö r momentstabilisering 13 Nedre k u l l a g e r 14 Känselkropp 15 Mätkärl 16 ö v e r f a l 1 f ö r massan K o n c e n t r a t i o n s g i v a r e t y p K22 - p r i n c i p Källa: /3/. Användning

Koncentrationsmätning kan ske i d e l - e l l e r totalström v i d öppna massa-föringssystem.

Koncentrationsområdet l i g g e r mellan 0,5 - 6 %,

Liksom Area k o n c e n t r a t i o n s g i v a r e har användarna tänkt a t t ersätta denna g i -vare med en g i v a r e av skärkrafttyp, p g a temperatur- och massastruktur-beroende.

15 TJOCKLEKSMÄTNING A, 5/

Tjockleken mäts d e l s på våta f i b e r a r k , d e l s på färdig f i b e r s k i v a , i o l i k a d e l a r av processen. En jämn t j o c k l e k på f i b e r s k i v a n genom varmpressen är r e s u l t a t e t av d e l s god k o n t r o l l av malgrad, massaflöden, massakoncentratio-ner, d e l s god k o n t r o l l av transportplåtarnas t j o c k l e k och p r e s s p l a t t o r n a s s k i c k . V a r i a t i o n e r i t j o c k l e k e n är en av de v a n l i g a s t e orsakerna t i l l r e k l a m a t i o n .

De tjockleksmätare som förekommer v i d svenska f i b e r s k i v e f a b r i k e r mäter an-t i n g e n den v e r k l i g a an-t j o c k l e k e n , som an-tjockleksmäan-tare an-t y p Säpos e l l e r Saabs EVS 300, e l l e r a v v i k e l s e n från en inställd t j o c k l e k , som t y p Svema e l l e r Deuta K r i c o . Dessa modeller är i n s t a l l e r a d e e f t e r varmpressen för t j o c k

-leksmätning av f i b e r s k i v a n .

För tjockleksmätning av våtarket är d e t mäthuvudet, t y p Shaevits, som före-kommer.

5apos_TM 8/20/50

Tjockleksmätare t y p Säpos är beröringsfri, d v s mätgivaren kommer i n t e i mekanisk k o n t a k t med mätföremålet. Mätföremålet belyses med en l y s d i o d och den b e l y s t a y t a n , som har diametern 2-5 mm, a v b i l d a s i en kamera försedd med en postionskänslig d e t e k t o r . När mätavståndet ändras f l y t t a s läget på den avbildade y t a n . Ljuskålla: Röd lysdiod eller laser

Mätprincip

16

Användning

Förutom m'atning av t j o c k l e k e n på f i b e r s k i v o r används den också för t j o c k -leksmätning av spånskivor, plåt och p l a s t m m.

Mätaren verkar fungera bra e n l i g t användarna. E t t problem med mätaren är känslighet mot nedsmutsning av g i v a r n a s l i n s e r med damm och f u k t . Det har t i l l v e r k a r e n d e l v i s löst genom a t t använda t r y c k l u f t för rengöring av l i n -s e r . D e t t a är e n l i g t användarna i n t e tillräckligt, varför lin-srengöringen måste göras även m a n u e l l t .

EV5_300

EVS 300 från Saab är y t t e r l i g a r e en beröringsfri tjockleksmätare. Den an-vänder laserstråle.

Kameran p l a c e r a s vinkelrätt mot laserstrålen. S y n l i n j e n ska l i g g a u t e f t e r strålen. Om t j o c k l e k e n 1 är framför kameran, kommer en l j u s y t a a t t synas v i d punkt A. Ar däremot t j o c k l e k 2 framför kameran l i g g e r den l j u s a ytan v i d punkt B. Fläckens läge är alltså e t t mått på t j o c k l e k e n .

kamera laser

tjocklek 1 tjocklek 2 l j u s s t r å l e

Tjockleksmätare EVS 300 - mätprincip. Källa: A / .

Användning

E n l i g t användaren fungerar mätaren, som är p l a c e r a d bara någon meter e f t e r varmpressen, tillfredsställande. Rengöring av kamerans l i n s är dock nödvän-d i g .

17 Swema MM59

En komplett mätare består av mäthuvud, i n d i k a t o r och s k r i v a r e .

Mätningen sker mellan mäthuvudets t r i s s o r och en t r a n s p o r t r u l l e e l l e r en f a s t skena. Mätaren mäter a v v i k e l s e n från en inställd t j o c k l e k . Genom d e t t a nås högre mätkänslighet. Den önskade t j o c k l e k e n ställs i n med hjälp av ka-l i b r e r i n g s b r i c k o r . A v v i k e ka-l s e från den instäka-lka-lda t j o c k ka-l e k e n kan avka-läsas på g r a d e r a t v i s a r i n s t r u m e n t - i n d i k a t o r e l l e r på s k r i v a r e .

INSTÄLLNINGSSKRUV LASSKRUV

flÄTTRISSA

VATARK ELLER FIBERSKIVA MÄTBORD

INDIKATOR SKRIVARE

Tjockleksmätare Swema MM59. Källa: /4/.

Användning

Denna tjockleksmätare kan användas d e l s för mätning av t j o c k l e k e n på våt-ark, d e l s för mätning av färdig f i b e r s k i v a , beroende på v i l k e n t y p av mät-huvud som används. V i d mätning på våtark brukar mätmät-huvudet vara större och bredare. Tjockleksmätaren, som huvudsakligen används för mätning av hårda s k i v o r , f u n g e r a r bra e n l i g t användarna.

18

Deuta K r i c o - LV 20

Denna tjockleksmätare mäter också a v v i k e l s e r från e t t inställt värde. I n -ställning av börvärde kan ske både m a n u e l l t och a u t o m a t i s k t . Mätorganet kan ha o l i k a utförande dels för p l a c e r i n g från s i d a , dels för p l a c e r i n g i m i t -ten av s k i v a n . Kontrollampor Mätrullar Tjockleksmätare Deuta K r i c o - LV 20 Källa: /4/. Användning

Mätaren används för tjockleksmätning av hårda s k i v o r . Mätaren kan placeras d i r e k t e f t e r varmpressen. Kontrollampor v i s a r om t j o c k l e k s t o l e r a n s e n över-e l l över-e r u n d över-e r s k r i d i t s .

19 MÄTNING AV AVVATTNINGSFÖRMÄGA / 4 /

Önskemålet v i d t i l l v e r k n i n g av f i b e r s k i v o r är a t t erhålla så jämn f i b e r -massa som möjligt e f t e r d e f i b r e r i n g r e s p e k t i v e r a f f i n e r i n g .

Genom a t t mäta avvattningsförmågan och s p e t h a l t e n hos fibermassan erhåller man en r e l a t i v t god k o n t r o l l av massans s t r u k t u r . De mätapparater som används för mätning av avvattningsförmågan hos fibermassa är d e l s k o n t i n u e r -l i g a , som mode-l-l Innomatic 63 och DRT 90, d e -l s d i s k o n t i n u e r -l i g a , som mode-l-l D e f i b r a t o r , Schopper R i e g l e r och Freeness.

För mätning av s p e t h a l t f i n n s det enbart d i s k o n t i n u e r l i g a mätapparater t i l l hands, som modell D e f i b r a t o r , S o m e r v i l l e och von A l f t h a n .

I denna r a p p o r t b e s k r i v s enbart mätapparater som a r b e t a r k o n t i n u e r l i g t , eftersom enbart dessa kan användas för s t y r n i n g och r e g l e r i n g av processen. Innomatic 63B-3

Denna mätare är avsedd för k o n t i n u e r l i g mätning av fibermassans a v v a t t -ningsförmåga. T i l l v e r k a r e är AB Innomatic.

En konstant fibermassavolym passerar genom en s i l v a r v i d dräneringstiden b l i r den k a r a k t e r i s e r a n d e s t o r h e t e n .

Då fibermassan strömmar genom mätkärlet kommer den a t t pressa med e t t kon-s t a n t t r y c k mot den ena kon-sidan av den kon-silplåt kon-som är p l a c e r a d i mätkammarenkon-s undre d e l . På silplåtens andra sida samlas f i l t r a t e t i den uppåtböjda mät-kammaren.

Mätning av konstant volym sker med hjälp av två e l e k t r o d e r , v i l k a är kopplade t i l l e t t nivårelä p l a c e r a t på mätkärlet. Man mäter den t i d som f i b e r -massan behöver för a t t s t i g a från den undre e l e k t r o d e n s spets t i l l den övre e l e k t r o d e n s s p e t s . Fibermassavolymen kan i n j u s t e r a s genom a t t sänka e l l e r höja e l e k t r o d e r n a .

Då fibermassavolymen har nått den övre e l e k t r o d e n tillförs t r y c k l u f t t i l l mätkammaren. T r y c k l u f t e n tömmer mätkammaren s a m t i d i g t som silplåten r e n -görs. E f t e r några sekunder är mätkammaren r e n , trycklufttillförseln a v b r y t s och mätkammaren börjar t a emot en ny f i b e r v o l y m . Den t i d som går åt a t t f y l l a mätkammaren är e t t mått på fibermassans avvattningsförmåga. Användning

Mätaren är i n s t a l l e r a d enbart i f a b r i k e r som t i l l v e r k a r porösa f i b e r s k i -v o r . För a t t mätaren ska fungera bra krä-vs rengöring a-v silplåten då och då.

Mätaren kan användas för både f l i s och sågspånsmassor, grov e l l e r f i n m a l da. E n l i g t t i l l v e r k a r e n kan mätaren användas för fibermassor med en a v v a t t -ningsförmåga på upp t i l l 70 SR grader.

20 M ä T K A M M A R E N F I L T R A T (—1 L U F T K A N A L

/

Denna mätare är avsedd för k o n t i n u e r l i g mätning av framförallt

pappersmassans avvattningsförmåga. Mätaren t i l l v e r k a s av E u r - C o n t r o l . Mätningen är i n d e l a d i 7 f a s e r :

1. P r o v t a g n i n g med spädning och omröring 2. Formering

3. Mätning på h e l massa 4. Uppslagning och tvättning 5. Formering

6. Mätning av tvättad massa 7. Renspolning.

En mätcykel v a r a r 4 minuter och omfattas av två mätningar, önskar man utföra enbart en mätning så förkortas mätcykeln t i l l 2 minuter.

21 Provtagningen påbörjas då l u f t c y l i n d e r ( 1 ) t r

(2) i processledningen. Det u t t a g n a massaprov från föregående s p o l n i n g i blandningskammaren ren ( 6 ) s a m t i d i g t som röret (12) f y l l s från i stoppas och a v v a t t n i n g s v e n t i l e r n a ( 8 ) öppnas meras på s i l e n ( 7 ) med hjälp av t r y c k r e g l e r a t Det v a t t e n som i n t e åtgår för formeringen går n i n g s v e n t i l ( 8 ) stängs och dränagevattnet s t i t i d e n mellan de två mätelektroderna ( 5 ) mäts. ycker i n p r o et späds u t ( 3 ) . Däreft n l o p p e t (11) börjar f i b e r v a t t e n från u t v i a röre ger i mätgla v t a g n i n g s k o l v e n med r e n t v a t t e n er s t a r t a s omröra-. Då omröraren suspensionen f o r -i n l o p p e t ( 1 1 ) . t ( 1 2 ) . A v v a t t set ( 4 ) där s t i g

-Denna t i d är en f u n k t i o n av fibermassans avvattningsförmfiga.

Då vattennivån når den övre e l e k t r o d e n öppnas a v v a t t n i n g s v e n t i l e n ( 8 ) och mätglaset töms. E f t e r denna mätfas kan a n t i n g e n uppslagning, tvättning och mätfas 2 s t a r t a s e l l e r blandningskammaren renspolas och en ny p r o v t a g n i n g kan påbörjas.

I mätfas 2 är alltså f i b e r s u s p e n s i o n e n utan f i n f r a k t i o n .

Provtagning Spadning och

omroming Fomienng Mätning M l t d a l e r a artMtnitt 1 Luftcylinder 2 Provtagningskolv 3 Blandningskammare 4 Mätglas 3 NlvAalektroder 6 Omrörare 7 Silplat 8 Avvattningsventil 9 Spolvattenventil IQ Avvattningsventil 11 Inlopp, matvatten

12 Kombinerat avloppsrör och vätskeöverlöp

22

Användning

För närvarande f i n n s DRT 90 i n t e i n s t a l l e r a d i någon svensk f i b e r s k i v e f a b r i k . E n l i g t t i l l v e r k a r e n s k u l l e den kunna användas för mätning av y t -massans avvattningsförmåga i nuvarande utförande. För a t t kunna mäta avvattningsförmågan hos grövre fibermassor krävs en m o d i f i e r i n g av b l a n d ningskammaren. En m o d i f i e r a d DRT 90 är p r o v i n s t a l l e r a d i en norsk f i b e r -s k i v e f a b r i k / l O / . E f t e r ca 4 månader-s p r o v t i d i f a b r i k -s -s k a l a har den v i -s a t s i g fungera b r a . Reproducerbarheten var god och v a r i a t i o n e r i massakoncen-t r a massakoncen-t i o n e n har i n massakoncen-t e påverkamassakoncen-t r e s u l massakoncen-t a massakoncen-t e massakoncen-t . För a massakoncen-t massakoncen-t DRT 90 ska fungera bra krävs a t t den monteras på en s t i g a n d e rörledning e l l e r i en s t i g a n d e massa-ström. I annat f a l l r i s k e r a r man a t t provmängden i n t e b l i r k o n s t a n t . Tryck-et på utspädningsvattnTryck-et måste hållas inom angivna gränser, d v s

3 , 5 - 8 bar. E f t e r någon t i d s användning kan igensättning av mätelektroder uppstå varför de regelbundet bör rengöras.

Diagrammet nedan v i s a r god överensstämmelse mellan de manuellt uppmätta värdena för massans avvattningsförmåga och s t i g t i d e n i m o d i f i e r a d DRT 90.

D R T - 9 0

s

20 r

15

10

• Måieserie 1 og 2

• - 3

I I I I t

I ! I r I

10

15

Freeness

20 DS

s t i g t i d e n e n l i g t m o d i f i e r a d DRT 90 som f u n k t i o n av fibermassans avvatt-ningsförmåga. Källa: / l O / .

23 SLUTSATSER

Processen i de f l e s t a f i b e r s k i v e f a b r i k e r i Sverige s t y r s s e k t i o n s v i s . I v i s s a f a l l är d e t dock önskvärt a t t länka ihop de o l i k a s e k t i o n e r n a för a t t få e t t mer komplett s t y r s y s t e m . Denna k o p p l i n g saknas i de f l e s t a f a b r i k e r , o f t a s t beroende på a t t någon " m e l l a n g i v a r e " , som i n t e är k o m m e r s i e l l t t i l l -gänglig, saknas.

I r a p p o r t e n b e s k r i v s g i v a r e som lämpar s i g för p r o c e s s t y r n i n g . De täcker några v i k t i g a processteg v i d t i l l v e r k n i n g av f i b e r s k i v o r e n l i g t våt pro-cess.

Elektromagnetiska flödesmätare har v i s a t s i g vara mycket pålitliga och har en hög noggrannhet.

K o n c e n t r a t i o n s g i v a r e som baserar s i g på skärkraftprincipen har v i s a t s i g fungera bra på a l l a s l a g s massor. Givare med o p t i s k p r i n c i p kan också ge e t t g o t t r e s u l t a t om fibermassan är jämn.

Våtarkets t j o c k l e k kan mätas med tillfredsställande noggrannhet med t r a d i -t i o n e l l -t e k n i k . S -t y r n i n g e n av denna s e k -t i o n s k u l l e dock kunna förbä-t-tras eftersom k o r r e l a t i o n e n mellan våtarkets t j o c k l e k och skivans t j o c k l e k är god /5/. Det innebär a t t massaventilen s k u l l e kunna s t y r a s på b a s i s av våt-a r k e t s t j o c k l e k i stället för på b våt-a s i s våt-av s k i v t j o c k l e k e f t e r vvåt-armpressen. Beröringsfria tjockleksmätare används för mätning av t j o c k l e k e n på färdig f i b e r s k i v a och har v i s a t s i g ha god noggrannhet. De används dock enbart f o r p r o d u k t k o n t r o l l , d v s de s t y r i n t e a u t o m a t i s k t något processteg.

Fibermassans avvattningsförmåga kan på e t t mycket tillfredsställande sätt mätas k o n t i n u e r l i g t med en m o d i f i e r a d dränagemätare från pappersmassaindu-s t r i n (DRT 9 0 ) . Det är därmed möjligt a t t pappersmassaindu-s t y r a m a pappersmassaindu-s pappersmassaindu-s a k v a l i t e t e n a u t o m a t i pappersmassaindu-s k t även i f i b e r s k i v e f a b r i k e r .

24

REFERENSER

/ I / K v a l i t e t s s t y r n i n g av f i b e r s k i v e p r o c e s s e n - g i v a r e . Dokumentation från Träteks seminarium. TräteknikCentrum Rapport P 8605031, 1986. /2/ Datablad för flödesmätare från Fischer & P o r t e r .

/3/ Datablad för koncentrationsmätare från E u r - C o n t r o l .

/4/ Datablad från leverantörer av tjockleksmätare (Säpos, Saab, Swema, Deuta K r i c o ) och mätare för massans avvattningsförmåga ( I n n o m a t i c , E u r - C o n t r o l ) .

/5/ Nordin Sören, Sandström Eddy: S t y r n i n g och k o n t r o l l av t j o c k l e k och y t v i k t hos hårda- f i b e r s k i v o r . STFI-meddelande s e r i e B n r 408 (FS 8:52), 1976.

/6/ K o n c e n t r a t i o n s r e g l e r i n g . SPCI meddelande n r 40, 1982. /7/ I n t e r v j u e r av givaranvändare i f i b e r s k i v e i n d u s t r i n .

/8/ Enkät om g i v a r t y p e r i o l i k a processteg hos svenska f i b e r s k i v e f a b r i -k e r . I n t e r n t PM Träte-kni-kCentrum, 1986.

/9/ Enkät om behov av f o r t s a t t arbete med g i v a r e för f i b e r s k i v e f a b r i k e r . I n t e r n t PM TräteknikCentrum, 1987.

Detta digitala dokument skapades med anslag från

Stiftelsen Nils och Dorthi

Troedssons forskningsfond

Trätekn i kCent ru m

I N S T I T U T I I T FÖR T R Ä T E K N I S K F O R S K N I N G

Box 5609,114 86 STOCKHOLM Besöksadress: Drottning Kristinas väg 67 Telefon: 08-14 53 00

Telex: 144 45 träte k s Telefax: 08-11 61 88 Huvudenhet med kansli

Åsenvägen 9, 552 58 JÖNKÖPING Telefon: 036-12 60 41 Telefax: 036-16 87 98 ISSN 0283-4634 931 87 SKELLEFTEÅ Besöksadress: Bockholmsvägen 18 Telefon: 0910-652 00 Telex: 650 31 expolar s Telefax: 0910-652 65