Впервые опубликовано в осеннем выпуске журнала Pulp & Paper Canada за 2019 год: том 120, № 4.

КАК ПРЕДОТВРАТИТЬ ВЫПУСК НЕКОНДИЦИОННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, СЭКОНОМИТЬ НА ЭНЕРГОЗАТРАТАХ, СОКРАТИТЬ РАСХОД ХИМИКАТОВ И ДАЖЕ УМЕНЬШИТЬ ВРЕМЯ ПРОСТОЕВ НА ТЕХОБСЛУЖИВАНИЕ НА ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫХ КОМБИНАТАХ.

Принимайте корректирующие меры до того, как вариативность целлюлозы возрастет, применяя запатентованный подход ABB к усовершенствованному управлению технологическими процессами (APC). Кроме того, ознакомьтесь с 3 критическими факторами успеха, выявленными на основе более чем 100 внедрений APC.

КОНТРОЛЬ ВАРИАТИВНОСТИ НА ЦЕЛЛЮЛОЗНОМ ЗАВОДЕ

В современной целлюлозно-бумажной промышленности, особенно при производстве массовых товаров на стабильном или стагнирующем рынке, производителям сложно повысить прибыльность за счет увеличения объема выпуска, поскольку нет гарантии, что дополнительная продукция найдет покупателя.

Одним из путей повышения прибыльности заводов по производству крафт-целлюлозы является снижение вариативности технологических процессов, что может привести к экономии затрат за счет сокращения потребления энергии, расхода химикатов, объемов некондиционной продукции и даже времени простоев на техническое обслуживание.

Вариативность процесса может быть вызвана рядом причин, включая изменение качества сырья, дрейф датчиков, настройку контуров управления, смену марок продукции и человеческий фактор. Внедрение стратегий усовершенствованного управления технологическими процессами (APC) позволяет минимизировать эту вариативность, и многие производители внедряют такие стратегии на целлюлозно-бумажных комбинатах по всему миру.

Основные участки целлюлозного завода, где выгодно снижение вариативности

Основными участками волокнистой линии на целлюлозном заводе, где снижение вариативности дает наибольший эффект, являются варка, промывка коричневой массы и отбелка. Например, APC можно применять в непрерывном варочном котле. В этом случае контролируются следующие переменные:

Число Каппа (оцениваемое в зоне варки)
Остаточная щелочность при экстракции
Уровень щепы в варочном котле
Концентрация массы на выдувке

Типичные результаты внедрения APC в варочном котле включают снижение вариативности числа Каппа и уменьшение расхода пара, что приводит к снижению затрат на энергию и отбелку.

Внедрение стратегий усовершенствованного управления технологическими процессами позволяет минимизировать вариативность и сократить расходы.

Стабилизация производительности в непрерывном варочном котле снижает вариативность

Типичные области применения и результаты

Промывка коричневой массы

В процессе промывки коричневой массы основной задачей является удаление примесей из целлюлозы при минимальном расходе свежей воды. Низкая эффективность работы промывных фильтров может существенно повлиять на стабильность работы и привести к увеличению эксплуатационных расходов из-за повышенных потребностей в энергии на выпарных станциях и большего расхода отбеливающих реагентов.

Стратегия управления, используемая в модуле OPT800 Wash, включает расчет оптимальных уставок для (а) коэффициента разбавления на каждой стадии промывки и (б) дозировки пеногасителя для поддержания потерь щелочи на заданном целевом уровне при соблюдении ограничений по запасам промывочного щелока, т.е. уровней в баках фильтрата. Это приводит к сокращению использования свежей воды, снижению потерь щелочи и увеличению содержания сухих веществ в выпарном щелоке, тем самым снижая потребление пара на выпарной установке.

Недавние результаты APC на европейском заводе

Участок регенерации

Методы APC также могут применяться на участке регенерации целлюлозного завода. Компания ABB разработала модули OPT800 для выпарки, каустизации и известерегенерационной печи. Целлюлозный завод в Британской Колумбии стремился сократить потребление топлива, одновременно улучшая качество извести, производимой в печи. Применив OPT800 Lime, они смогли достичь пятипроцентного снижения энергопотребления и более стабильного содержания остаточного карбоната в регенерированной извести.

Аналогичным образом, другой канадский завод в Нью-Брансуике стремился производить черный щелок стабильного качества при минимизации расхода пара на выпарной установке. Благодаря внедрению OPT800 Vapor завод смог снизить вариативность плотности черного щелока на 40 процентов за счет оптимизации использования пара.

Недавние результаты APC на канадских заводах

3 ФАКТОРА УСПЕХА ПРОЕКТА APC

В ABB мы выделили три критических фактора успеха.

Хорошее качество как исторических, так и оперативных данных

Во-первых, важно иметь качественные исторические и оперативные данные. Это зависит от возраста используемой распределенной системы управления (РСУ); извлечение данных из устаревших РСУ и интеграция системы оптимизации с РСУ могут быть затруднены.

Хорошие датчики и точные измерения

Во-вторых, успех зависит от наличия хороших датчиков и точных измерений. Некоторые измерения являются обязательными для успеха, а другие — желательными. Оценка измерительной системы включена в этап диагностики проекта. Если измерительная система не соответствует требованиям, APC не даст ожидаемых результатов.

Готовность исследовать эффекты изменения переменных

Наконец, завод, внедряющий проект APC, должен быть открыт не только к изменению способа управления процессом, но и к тому, чтобы позволить процессу подвергаться преднамеренным возмущениям или «толчкам». Этот последний шаг необходим в течение определенного периода на этапе внедрения, так как он предоставляет информацию для построения модели процесса и понимания того, как взаимодействуют переменные. Готовность исследовать эффекты изменения каждой переменной независимо позволяет создать более качественную модель, что приводит к достижению более высокого качества управления.

КАК ABB ОБЪЕДИНЯЕТ ПРЕДИКТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ И ОТСЛЕЖИВАНИЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Компания ABB разработала модули усовершенствованного управления технологическими процессами (APC) под названием серия OPT800, которые входят в состав решений ABB Ability™ Performance Optimization для целлюлозных заводов. ABB внедрила более 100 приложений APC в целлюлозно-бумажной промышленности, включая 20 за последние четыре года. В нашем подходе к внедрению APC управление осуществляется за счет сочетания предиктивного управления и методов отслеживания целлюлозы для снижения вариативности. Этот запатентованный подход помогает принимать корректирующие меры до того, как будет нанесен ущерб (увеличение вариативности), в отличие от традиционных систем управления, которые действуют после того, как обнаружено/измерено отклонение качества от спецификации. Компания ABB внедрила более 100 приложений APC в целлюлозно-бумажной промышленности.

Отслеживание целлюлозы

Отслеживание целлюлозы — это концепция, позволяющая отслеживать показатели различных ключевых свойств целлюлозы по ходу процесса, таких как влажность древесной щепы, проводимость целлюлозы в промывных фильтрах или дозировка химикатов на первой стадии отбелки. Эти технологические переменные отслеживаются в пространстве и времени до интересующего места. Эти преобразованные переменные помогают построить модель «мягкого» датчика, которая затем используется в соответствующем модуле APC для онлайн-прогнозирования контролируемых переменных. Если, например, в варочном котле в течение десяти минут производилась некондиционная целлюлоза, система может предсказать, когда этот объем целлюлозы достигнет различных стадий отбелки, и соответствующим образом скорректировать параметры отбелки.

Диагностика и прогнозирование

Модуль отслеживания целлюлозы также служит инструментом диагностики и визуализации для операторов. Например, если на промежуточном этапе отбелки наблюдается целлюлоза, не соответствующая спецификации, или повышенная вариативность, оператор может углубиться в детали и определить возможный источник(-и) этой вариативности: параметры процесса, не соответствующие спецификации на предыдущих этапах, или даже проблемы с качеством древесной щепы. Кроме того, в случае смены сорта продукции функция отслеживания помогает точно спрогнозировать, когда новый сорт достигнет заданного места на линии производства волокна. Это помогает соответствующим образом скорректировать параметры рецептуры, чтобы минимизировать производство целлюлозы смешанного/промежуточного сорта.

Управление ограничениями

Модули ABB OPT800 разработаны для конкретных этапов процесса производства целлюлозы и сочетают в себе ряд методов, включая традиционное прогнозное управление моделями (MPC), программные датчики, отслеживание целлюлозы и запатентованный инновационный модуль «управления ограничениями», который динамически рассчитывает новые нижние и верхние пределы для управляемых переменных (MV). Модуль управления ограничениями позволяет использовать функцию отслеживания в координации с прогнозным управлением, чтобы помочь в управлении процессами производства целлюлозы, для которых обычно характерны нелинейность, медленная динамика и сильно взаимодействующие многовариантные зависимости между ключевыми переменными процесса.

ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА APC

Чтобы оценить потенциальные выгоды от APC, необходимо провести первоначальное исследование целлюлозно-бумажного комбината и особенностей его работы. Структурированный подход используется для работы с клиентами на трех этапах каждого проекта: Диагностика, Внедрение и Поддержка.

Диагностика

На этапе диагностики первой задачей является аудит процесса, а также его измерений и базовой системы управления. Определяются «узкие места», а также то, что можно улучшить без добавления новых средств управления, например, путем изменения рабочих параметров или существующих контуров управления. Во-вторых, на основе ожидаемых результатов по улучшению вариативности составляется план действий с оценкой результатов, достижимых при внедрении APC, и прогнозируемым возвратом инвестиций.

Внедрение

На этапе внедрения сначала устанавливается соответствующий модуль OPT, укомплектованный функциями отслеживания целлюлозы, MPC, программными датчиками и экспертным управлением. Затем система настраивается, а персонал комбината проходит обучение работе с ней.

Поддержка

На этапе поддержки производительность постоянно отслеживается и поддерживается на согласованном уровне в сотрудничестве с операторами и персоналом комбината. Оплата производится ежемесячно и привязана к результатам, то есть оплата осуществляется только тогда, когда производительность достигает согласованного уровня. Это может продолжаться либо до конца оговоренного срока контракта, либо на постоянной основе, в зависимости от потребностей комбината и структуры проекта.

Заключение

Усовершенствованное управление процессами (APC) развивалось в течение последних 30 лет благодаря появлению более совершенных датчиков, лучших стратегий управления, а также более дешевых и быстрых вычислительных мощностей. Движимые возможностью лучше контролировать вариативность и снижать производственные затраты, производители целлюлозы и бумаги, вероятно, будут внедрять все больше приложений для усовершенствованного управления процессами, чтобы повысить прозрачность производства и получить конкурентное преимущество на фоне усиления зарубежной конкуренции.

Снижение вариативности крафт-процесса при варке, промывке и отбелке целлюлозы: 3 фактора успеха | ABB