中濃紙漿輸送系統(tǒng)儲(chǔ)漿罐及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā).pdf

1、本文在國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“典型工業(yè)流程泵輸送系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及運(yùn)行節(jié)能策略”(編號(hào):2011BAF14B02)和江蘇省工業(yè)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“離心式中濃紙漿輸送系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)”(編號(hào):BE2010171)的資助下開展工作。
　　 中濃紙漿輸送系統(tǒng)是造紙工業(yè)中的重要組成部分,由漿泵及輔助排氣單元和儲(chǔ)漿罐及其控制系統(tǒng)構(gòu)成。儲(chǔ)漿罐及控制系統(tǒng)作為中濃紙漿輸送系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備,為紙漿泵提供一定的運(yùn)行液位,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。儲(chǔ)漿罐內(nèi)

2、紙漿以懸浮液的形式存在,是一種由固態(tài)纖維、液態(tài)水和空氣三相共存的混合流體,在儲(chǔ)漿罐內(nèi)呈現(xiàn)塞流流動(dòng),運(yùn)動(dòng)過程極為復(fù)雜。本文對(duì)儲(chǔ)漿罐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),采用數(shù)值計(jì)算方法分析儲(chǔ)漿罐內(nèi)紙漿懸浮液的塞流流動(dòng),驗(yàn)證儲(chǔ)漿罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,通過自振特性分析,為儲(chǔ)漿罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。同時(shí)設(shè)計(jì)儲(chǔ)漿罐的自動(dòng)控制系統(tǒng),對(duì)其中的液位控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 本文的主要工作和研究成果有:
　　 1.儲(chǔ)漿罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
　　 (1)從中濃紙漿

3、的多相流變學(xué)特性入手,對(duì)儲(chǔ)漿罐進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸主要包括內(nèi)徑、罐體高度和壁厚。通過紙漿懸浮液平均流速的初算,結(jié)合沿程阻力損失的校核,確定內(nèi)徑的計(jì)算方法;采用氣—液兩相流動(dòng)量方程和能量方程的聯(lián)立求解計(jì)算最大儲(chǔ)液高度;依據(jù)石油化工立式圓筒形鋼制儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算儲(chǔ)漿罐壁厚。該設(shè)計(jì)方法為中濃紙漿輸送系統(tǒng)儲(chǔ)漿罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù);
　　 (2)根據(jù)中濃紙漿的多孔介質(zhì)模型,對(duì)儲(chǔ)漿罐內(nèi)中濃紙漿達(dá)到穩(wěn)定塞流狀態(tài)時(shí)的流動(dòng)進(jìn)行分

4、析。采用FLUENT軟件,基于多孔介質(zhì)的Blake-Kozeny數(shù)學(xué)模型對(duì)紙漿塞流流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了液態(tài)水和空氣在儲(chǔ)漿罐內(nèi)部的流速分布以及它們與塞流流動(dòng)的滑移速度之間的關(guān)系,為中濃紙漿輸送系統(tǒng)儲(chǔ)漿罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù);
　　 (3)利用ANSYS軟件建立有限元簡(jiǎn)化模型,采用縮減法對(duì)儲(chǔ)罐的自振特性進(jìn)行分析。結(jié)果表明,儲(chǔ)罐模態(tài)振型呈環(huán)向多波形式,罐內(nèi)中濃紙漿懸浮液的晃動(dòng)幅度呈中心弱,四周強(qiáng)的趨勢(shì)。通過不同儲(chǔ)液高度的對(duì)比

5、,說明液體對(duì)系統(tǒng)自振特性的影響較大。分別采用有限元計(jì)算方法和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中理論公式的計(jì)算方法對(duì)系統(tǒng)固有頻率進(jìn)行求解,發(fā)現(xiàn)兩種方法計(jì)算的結(jié)果基本一致,為該儲(chǔ)罐動(dòng)力分析的進(jìn)一步研究提供了可靠數(shù)據(jù)。
　　 2.儲(chǔ)漿罐自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　 儲(chǔ)漿罐自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括:液位自動(dòng)控制系統(tǒng)、濃度自動(dòng)控制系統(tǒng)、溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文采用可編程控制器PLC對(duì)儲(chǔ)漿罐內(nèi)紙漿懸浮液的液位和濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,同時(shí)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行溫度和壓力的變