Uusien Online- mittausten sovellukset FiberTech Extensional Stiffness Sensor (ESS) Online jäykkyysmittauksen sovellus

Transkriptio

1 Uusien Online- mittausten sovellukset FiberTech 2016 Extensional Stiffness Sensor (ESS) Online jäykkyysmittauksen sovellus

2 Bio 2 Ville Taipale, Honeywell Oy Ville Taipale toimii Solutions Architect tehtävässä Honeywell Oy:llä Hänen päävastuualueenaan ovat laadunmittausjärjestelmät (QCS) sekä CD-toimilaitteet. Hän on toiminut jatkuvasti ja aktiivisesti uusien online mittausten sovellusten parissa asiakasrajapinnassa. Ville on ollut Honeywellillä vuodesta 2005 lähtien tehtyään sitä ennen diplomityön Honeywellille online huokoisuusmittauksesta (Measurement of the air permeability profile on SC paper machine). Villellä on laaja kokemus eri rooleista Honeywellin prosessiautomaation alueelta kattaen QCS asennusprojektit, teknisen asiakastuen, myynnintuen sekä myynnin ja estimoinnin tehtävät. Hän valmistui Lappeenrannan Teknillisestä Yliopistosta Kemiantekniikan koulutusohjelmasta Experion MX

3 Mitä ESS sensori mittaa? ESS Sensorin operointialue ESS sensori mittaa lujuuden arvoa (N/m) elastisen venymän alueella tuotetta vahingoittamatta L&W Vetolujuusmittari Lähde: KnowPap 7.0 (05/2005) ESS Sensorin operointialue Lähde: Typical L+W Tensile Tester output Tyypillinen L&W mittarin tulosteliuska Lähde: 3 Experion MX

4 Mikä on Extensional Stiffness Sensor (ESS)? F Wobble wheel pyörän avulla saadaan mitattua eri lujuusarvot Theoretical curve 4 Experion MX

5 Online sovellus: Taivutusjäykkyys Suhde E ja TSI välillä on: E=TSIxBW/t Josta johtuen S b =TSIxBWx t 2 /12 Development of Bending Stiffness correlation to TSI, by Lindblad and Fürst [2], Page 39. TSI:n määritelmän mukaan, ES korreloi TSI x BW kanssa, josta johtuen TSI x BW voidaan korvata ES. S b ES x CAL 2 /12 Missä: S b ES CAL = Taivutusjäykkyys (Nm) = Extensional Stiffness (N/m) = Paksuus (m) BW = Neliöpaino (g/m 2 ) TSI = Tensile Stiffness Index Virtual Sensor Wizard, Virtuaalimittauksen luonti QCS laadunmittausjärjestelmässä. 5 Experion MX

6 Online sovellus: Taivutusjäykkyys Yhdistettynä online paksuusmittaukseen saadaan ESS sensorin mittauksesta muodostettua online taivutusjäykkyysmittaus Tavallisesti ESS sensori sijoitetaan Popen mittaraamiin, jossa on myös paksuusmittaus Traversoivan ESS sensorin kaikki mittaukset ovat tarjolla poikkisuuntaisina profiilimittauksina 6 Experion MX

7 Case esimerkki BM3

8 Case koneen tuotetiedot & muutama makrotrendi Päällysteet (ESS mittaa merkkaamatta) 4 kerroksinen pohjakartonki - 3. kerros on sekoitus kierrätysmassaa ja hioketta (% hiokkeen osuus vaihtelee 0-30%) - Muut kerrokset kierrätysmassaa Makro Trendejä Case alueelta: Maahantuodun kierrätysraaka-aineen (pakkaus) osuus kasvava. Tämän ongelmana on alhainen bulkki ja kuitujen huono laatu sekä epäpuhtaudet. Kierrätysmassan saatavuus: rajallista Kierrätysmassan laatu: heikkoa Hiokkeen määrää täytyy kasvattaa lujuusominaisuuksien saavuttamiseksi Kierrätyskuidun laadun ja saatavuuden vuoksi, tarvitaan lisää hioke kapasiteettiä ( ) tai lisää kalliimpaa TMP massaa joukkoon ( ) Optimoidaan ja maksimoidaan kierrätysmassan käyttö tuotteessa 8 Experion MX

9 Korrelaatioesimerkki taivutusjäykkyys Bending Stiffness: Comparison Lab vs Honeywell online measurement Average of Lab-Online 2-sigma MD B.Stiff CD B. Stiff MD B.Stiff. (Corrected) Correction of MD B.Stiff value: MD (corr.) = MD x 1,16-2,0 Bending Stiffness (mn/m) Reels B.Stiffness MD Lab B.Stiffness MD Online B.Stiffness CD Lab B.Stiffness CD Online B.Stiffness MD Online corrected 9 Experion MX

10 Pumppitesti koeajo 10 Experion MX

11 Online säätökoe 1 Vähennetään hiokkeen käyttöä Hiokkeen muutos 26% 10% Taivutusjäykkyyssäädön ansiosta, hiokkeen käyttö pienempää kuin tavoitearvo lajireseptissä Mahdollisuus säästää hiokkeen osuudessa( ) kun käytetään kierrätysmassaa mahdollisimman paljon( ) Hiokkeen käytön optimointi vapauttaa hiomon kapasiteettia Mahdollisuus viivyttää hiomon laajennusinvestointia ( ) 11 Experion MX

12 Online säätökoe 2 Säätö päällä/säätö pois Taivutusjäykkyys pidetään tasaisena tavoitteessa Säädetään Hiokkeen osuutta tarpeen mukaan 12 Experion MX

13 Saavutetut hyödyt Case esimerkki BM3 Tasainen laatu Taivutusjäykkyys suljetussa säädössä hiokkeen kanssa Nopeampi vaste tuotantoon Jos kierrätysmassan laatu heikkenee lisätään hiokkeen osuutta Ei tarvetta odottaa laboratorion mittaustulosta taivutusjäykkyydestä Voidaan käyttää vähemmän hioketta verrattuna lajin tavoitearvoon reseptissä Kun kierrätysmassan laatu vaikuttaa konelinjoihin BM1 ja BM2, hiokkeen tuotannon kapasiteetti maksimissa Hiokkeen optimointi BM3 konelinjalla estää kalliimman TMP massan käytön tilanteissa, joissa hioketta ei riitä kaikille konelinjoille Vuosittainen hiokkeen vähennys optimoinnin ansiosta: 0.5 2% 13 Experion MX

14 Taloudelliset vaikutukset Case esimerkki BM3 Vuosituotanto (BM3): 300,000 t/a Esimerkki kustannus (suhteellisia esimerkkihintoja, ei todellisia): Kierrätysmassa: ~ 100 per tonni Hioke: ~ 200 per tonni TMP massa ~ 300 per tonni Jos onnistutaan vähentämään hiokkeen määrää 3. kerroksessa 1% verran vuodessa Säästö 100 per tonni vuodessa esim tonnista = 300,000 Säästö voi olla suurempi: Kun kierrätys massan laatu heikkenee, hiokkeen tuotannon kapasiteetti rajoilla Tällöin TMP massaa joudutaan käyttämään, hinta 200 per tonni kalliimpi kuin kierrätysmassalla Kun kierrätysmassan laatu on todella huonoa, mahdollisuus säästöön kasvaa optimoinnin ansiosta entisestään 14 Experion MX

15 Case esimerkki hyvä huomata Tehdas tarjosi laboratorion taivutusjäykkyysmittauksen korrelaation laskemiseksi Vertailu tehtiin ~1 minuutin päästä konerulla vaihtumisesta valvomon viereisessä laboratoriossa Tällöin oltiin aina kuivan puolella, kohdassa E, eikä uudelleen kostumista tapahtunut suuntaan F Tällöin vältettiin tarve kosteuskorjaukselle Tiedetään, että kosteampi tuote on jäykkyysominaisuuksiltaan heikompaa Kosteuden hystereesi-käyrät Kosteuden kehitys näytteessä kartonkikoneella E F Uudelleen kostumisen suunta 15 Lähde: KnowPap 11.0 (11/2009) Experion MX

16 Muut ESS-online sovellukset

17 Korrelaatio litistymislujuuden (SCT) kanssa STFI vs Reel Integer Lab ESS BW STFI Reel Integer Correlation with Short Span Compressive Test (SCT) (STFI Method) Lähde: KnowPap 7.0 (05/2005) 17 Experion MX

18 Korrelaatio RCT (Ring Crush Test) kanssa ESS Ring Crush Correlation with Lab Ring Crush Lähde: KnowPap 7.0 (May 2005) 18 Experion MX

19 ESS sensorin tuomia mahdollisuuksia Mahdollisuus luoda taivutusjäykkyyteen/muuhun ESSvirtuaalimittaukseen perustuva säätö massojen optimointiin Mahdollisuus säästää lajinvaihtohylkyä online taivutusjäykkyysmittauksen avulla, ei viivettä laboratorion taivutusjäykkyysmittauksen odottelussa Case taivekartonki: Kotelokartongin markkinat kasvavat arviolta noin 3 4% vuosivauhdilla¹, viimeaikainen tuotantomäärien nousu uusien tuotantolaitosten vuoksi aiheuttanee hinnanlaskupainetta? valmistuskustannusten optimointi laadusta tinkimättä massojen optimointi online jäykkyysmittauksen avulla mielenkiintoinen mahdollisuus ¹Lähde: Smithers Pira 19 Experion MX

20 Kiitos mielenkiinnosta!

21 Dynaaminen Kalibrointi

22 ESS dynaaminen kalibrointityökalu Kerätään TSI tai muu vetolujuusdata laboratoriosta Syötetään tiedot ESS sensorin dynaamiseen kalibrointityökaluun 22 Experion MX