KATKONAIKAISEN HYLKYSUHTEIDEN MUUTOKSEN JA TÄYTEAINEEN ANNOSTE- LUN VAIKUTUS MÄRÄN PÄÄN STABIILI- SUUTEEN PÄÄLLYSTÄVÄLLÄ HIENOPAPE- RIKONEELLA

LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO LUT Kemia Kuitu- ja paperitekniikan laboratorio KATKONAIKAISEN HYLKYSUHTEIDEN MUUTOKSEN JA TÄYTEAINEEN ANNOSTE- LUN VAIKUTUS MÄRÄN PÄÄN STABIILI- SUUTEEN PÄÄLLYSTÄVÄLLÄ HIENOPAPE- RIKONEELLA Jarkko Lindroos 0210475 Tarkastajat: Professori Kaj Backfolk Yliopisto-opettaja Kati Turku Ohjaaja: DI Maija Peltola

1 Sisällysluettelo 1. JOHDANTO... 2 2. PAPERIKONEEN SÄÄDÖT... 4 2.1 Mittaus- ja säätöjärjestelmä... 4 2.2 Konesuuntaiset säädöt... 5 2.3 Multipredictive (MPC) säätö... 7 2.4 Poikkisuuntaiset säädöt... 9 2.5 Säätöstrategia... 9 2.6 Säätöjen häiriötekijät... 10 3. TUHKAPITOISUUDEN SÄÄTÖ... 11 3.1 Perälaatikon tuhkasakeuden katkonaikainen säätö... 11 3.2 Konemassan myötäkytketty tuhkapitoisuuden säätö... 13 KOKEELLINEN OSA... 17 4. KATKONAIKANEN TUHKAPITOISUUDEN SÄÄTÖ... 17 4.1 Taustaa ja tavoite... 17 4.2 Hylkysuhteen ja hylkyprosentin muutos... 17 5. POHDINTAA... 21 6. PARANNUSEHDOTUKSET... 24 7. YHTEENVETO... 25 LÄHDELUETTELO... 26

2 1. JOHDANTO Paperikoneella on useita erilaisia mittaus- ja säätölaitteita, joista saadaan tietoa prosessin tilasta ja joita käytetään prosessin hallintaan. Prosessin optimaalisen toiminnan kannalta näiden mittaustietojen avulla tehtävä prosessimuuttujien hallinta on edellytys stabiilille paperin valmistukselle. Prosessissa hallittavia muuttujia on monia ja useasti niiden väliset vuorovaikutukset ovat merkittäviä. Neliömassa, kosteus, paksuus, tuhkapitoisuus, kiilto, lujuusominaisuudet, jne. ovat esimerkkejä prosessista ja paperista mitattavista muuttujista. Muutos tai häiriö yhdessä muuttujassa näkyy yleensä myös muutoksena useassa muussakin prosessimuuttujassa ja paperin ominaisuuksissa. Paperikoneen mittaus- ja säätöjärjestelmän tehtävänä on antaa tietoja prosessista operaattoreille, ohjata paperikoneen toimilaitteita ja mitata paperin fysikaalisia ominaisuuksia. Varsinainen järjestelmä koostuu erilaisista mittaraameista, antureista, tietokoneista, operointi- ja näyttölaitteista. Säätölaitteita ja mittauksia on sijoitettu koko koneen mitalta, aina märästä päästä pakkakoneelle saakka. Märässä päässä tehtävät säädöt korostuvat, koska ne määräävät suurelta osin paperin ominaisuudet, joihin ei voida enää rainan muodostuksen jälkeen vaikuttaa. Märänpään säädöt voidaan jakaa ennakoiviin ja lopputuotteen mittauksiin. Ennakoiva säätö pystyy vaikuttamaan prosessimuutokseen tai häiriöön ennen sen näkymistä paperissa. Lopputuotteesta tehtävät mittaukset antavat varmistuksen käyttäjälle säätölaitteiden ja prosessin oikeasta toiminnasta ja kertovat valmistetun paperin todelliset laatuarvot. Lopputuotteesta löytyvät häiriöt ovat prosessin ohjauksen ja oikean toiminnan kannalta auttamatta myöhässä. Kaikkea ei kuitenkaan voida mitata jatkuvatoimisesti, eivätkä on-line mittaukset ole kaikille paperi- ja prosessisuureille edes mahdollisia. Paperinvalmistuksen säädöt voidaan jakaa kahteen eri osaan, paperin KS- ja PSsäätöihin. Tärkeimpiin konesuuntaisiin säätöihin voidaan lukea neliömassa, tuhkapitoisuus ja kosteus. KS-säädöistä haasteellisia tekevät viiveellinen prosessi, muuttujien vuorovaikutukset, prosessin muuttuva dynamiikka ja erilaiset prosessihäiriöt. PS-säädöt ovat yleisesti profiilisäätöjä. Säätö pyrkii pitämään paperin kuivapaino-, kosteus-, päällyste- ja paksuusprofiilit mahdollisimman lähellä asetettua tavoiteprofiilia.

3 Tyypillinen säätöstrategia perustuu itsevirittyvyyteen, jossa perinteiset säätöparametrit, kuten kuollut aika, askelvaste ja vahvistus määritetään automaattisesti. Säädin laskee ja mallintaa prosessia ja vertaa saatua tulosta mitattuun tulokseen. Säädön on huomioitava myös eri muuttujien väliset vuorovaikutukset. Säätimen pitää viedä esimerkiksi sakeudessa tapahtuva muutos eteenpäin muihin säätimiin, joissa voidaan tehdä tarpeelliset muutokset. Tällöin sakeuden heilahdus ei vaikuta muihin muuttujiin, kuten neliömassaan, eikä muuta lopputuotteen laatua. Säätöjen toimintaa kuormittavat lajinvaihdot, nopeuden muutokset ja erilaiset ongelmatilanteet. Paperin tuhka on merkittävä tekijä paperin ominaisuuksien ja märänpäänprosessin toiminnan kannalta. Täyteaineen epätasainen jakautuminen paperin kone- ja poikkisuunnassa voi aiheuttaa laatu- ja ajettavuusongelmia paperikoneelta aina painoon asti. Paperin valmistusprosessissa täyteaine on merkittävä tekijä retention ja märänpäänkemian kannalta. Vaihtelulähteinä konesuuntaisessa tuhkassa voivat olla tuoretäyteaineen annostelussa, retentiossa tai massaosastolta tulevassa massassa olevat vaihtelut ja häiriöt. Poikkisuunnassa tuhkan jakautuminen määräytyy paperikoneen rakenneratkaisujen perusteella. Tuhkan säätö tapahtuu perinteisesti paperikoneen rullaimella olevan mittapalkilla, jonka mittausten perusteella takaisinkytketty säätö ohjaa tuoretäyteaineen virtausta. Katkon aikana mittaus menetetään, jolloin vaihtoehdoiksi jäävät jäädyttää tuoretäyteaineenvirtaus viimeiseen arvoon tai säätää jollakin muulla mittauslaitteella lyhyen kierron tuhkapitoisuutta. Perälaatikon on-line retentiomittauslaitteita voidaan käyttää katkon aikana tuhkan säätöön tai hyödyntää myötäkytkettyä säätöä, mikäli sakeusmittaus on asennettu sekoitus- tai konesäiliöön. Kyseisillä säätöratkaisuilla voidaan ehkäistä massaosastolta paperikoneelle tulevia tuhkavaihteluita katkon aikana. Tämän työn kohde-koneella on käytössä katkon aikana tehtävä automaattinen hylkysuhteiden muutos, jota käytetään hylkytornien yliajojen ehkäisemiseksi. Hylkysuhteiden muutosten seurauksena koneelle tulevassa täyteaineen määrässä tapahtuu suuria muutoksia katkon aikana. Tavoitteena oli selvittää hylkysuhteen muutoksen vaikutusta katkon aikana sekä kehittää parempia ratkaisuja.

4 2. PAPERIKONEEN SÄÄDÖT Nykyaikaisella paperikoneella lähes kaikki prosessimuutokset perustuvat automatiikan tekemiin säätöihin. Käyttöhenkilökunnan käynninaikainen tekeminen rajoittuu suurelta osin tavoitearvojen asettelemiseen ja prosessin valvontaan ja erikoistilanteissa tapahtuviin säätöihin. Erilaisten valvonta- ja mittalaitteiden määrä onkin kasvanut räjähdysmäisesti muutaman kymmenen vuoden takaisesta automaatiotekniikan kehittymisen ja paperin laatuvaatimusten kasvun myötä. Nämä mittauslaitteet toimivat erilaisten säätöjen perustana. Prosessia pitää pystyä mittaamaan tarkasti jatkuvatoimisesti aina raaka-aineista lopputuotteeseen saakka. /1/2/ 2.1 Mittaus- ja säätöjärjestelmä Paperikoneen mittaus- ja säätöjärjestelmä ohjaa ja säätää paperikoneen toimilaitteita sekä mittaa paperin fysikaalisia ominaisuuksia. Mittausjärjestelmä antaa myös reaaliaikaista informaatiota käyttäjille prosessista sekä tuotantotiedoista. Käytännössä järjestelmä koostuu erilaisista mittaraameista, mitta-antureista, tietokoneista, operointiasemista, näytöistä, toimilaitteiden ohjauslaitteista ja toimilaitteista. Toimilaitteita on koko koneen mitalta ja niillä ohjataan mm. massavirtausta, koneen nopeutta ja värien annostelua. Paperin eri laatusuureita mitataan yleensä rullaimelta, mutta myös paperikoneen päällystysvaiheiden jälkeen on yleensä mittaraami, jolla säädetään paperin päällysteprofiileja. /3/4/5/ Päällysteprofiilien ja määrien lisäksi jatkuvasti mitattavia ja säädettäviä ominaisuuksia ovat neliömassa, kosteus, paksuus, optiset ominaisuudet ja tuhkapitoisuus. Nämä ominaisuudet joko määräytyvät tai niihin vaikuttaa suuresti märänpään toiminta. Tästä seuraa märänpään säätöjen ja mittausten korostunut merkitys paperin valmistusprosessissa. Massan annostelun, massan virtauksen ja perälaatikon säätöjen pitää toimia optimaalisesti, jotta neliöpainovaihtelut olisivat mahdollisimman pieniä. /3/4/5/ Mittaukset voidaan jakaa kahteen eri osaan, jotka määräytyvät niiden mittauspaikan mukaan. Ennakoivia mittauksia otetaan paperikoneelta jatkuvatoimisesti ja niistä tehtävillä säädöillä voidaan vaikuttaa prosessimuuttujiin

5 ennen kuin mahdollinen häiriö vaikuttaa paperin laatuun. Paperiradasta otetaan mittauksia eri vaiheissa valmistusprosessia paperikoneella ja jälkikäsittelyssä. Yleensä ensimmäinen vaihe on aikaisintaan ensimmäisen kuivatus-osan jälkeen ja viimeinen pituusleikkurilta otettava näyte. Lopputuotteen ominaisuuksia mittaamalla saadaan varmuus paperin todellisesta laadusta ja ennakoivien säätöjen ja mittausten toimivuudesta. Lopputuotteesta löydetyt laatuviat ja häiriöt tulevat prosessin korjattavuuden kannalta myöhässä ja yleensä hylkyä on muodostunut. /3/ 2.2 Konesuuntaiset säädöt Paperikoneen laadun ohjaus tapahtuu paperin poikki- ja konesuunnassa. Konesuuntaiset säädöt (KS-säädöt, MD-säädöt) ovat merkittävä tekijä tasaisen laadun ja häiriöttömän tuotannon kannalta. Vaihtelut aiheuttavat välittömästi ongelmia katkojen, heikentyneen laadun ja kustannusten muodossa. Kuvassa 1 on esitetty eri konesuuntaisia säätöjä ja säätöön käytettäviä prosessimuuttujia. /3/4/5/ Kuva 1. Konesuuntaiset säädöt ja niihin vaikuttavat tekijät Optimaalisesti toimivat konesuuntaiset säädöt pitävät eri laatusuureet vakiona ajan suhteen. Toiminta perustuu kaskadiperiaatteeseen, jossa säätö käyttää PI-säätimiä toimilaitteinaan. Kaikille KS-säädöille yhtenäinen piirre on voimakas keskinäinen vuorovaikutus. Vuorovaikutukset voidaan havaita jonkun perusmuuttujan häiriön

6 tai muutoksen leviämisenä myös muihin suureisiin ja niiden säätötarpeeseen (kuva 2). /4/ Kuva 2. Eri prosessimuuttujien muuttujien väliset vuorovaikutukset /4/ KS-säädöstä tekee haastavan prosessissa olevat pitkät viiveet. Viiveitä aiheutuu lyhyen kierron putkisto- ja säiliöviiveestä, radan kulkuviiveestä, ja mittapalkin traversointiviiveestä (kuva 3). Tästä seuraa se, ettei ohjauksen muutos näy heti mittauksessa. Vuorovaikutusten ja viiveiden lisäksi prosessin muuttuva dynamiikka ja erilaiset häiriöt antavat oman lisänsä prosessin ohjattavuuteen. Lajinvaihdot ja nopeuden muutokset muuttavat prosessin olosuhteita useita kertoja päivässä ja erilaiset häiriöt vaativat säädöiltä riittävän nopeaa reagointia. /4/ Kuva 3. Paperikoneen viiveet /4/

7 2.3 Multipredictive (MPC) säätö Varsinainen KS-säätö perustuu nykypäivänä mallipohjaiseen Multipredictive säätöalgoritmiin. Siinä mallin dynamiikka elää jatkuvasti lajinvaihtojen, pienten muutosten ja häiriöiden vaikutuksesta. Säätöalgoritmi suunnitellaankin yleensä prosessin vaatimusten perspektiivistä, jossa vaihteleva dynamiikka sekä pitkä ja muuttuva viive otetaan suunnittelulähtökohdaksi. Säätöalgoritmin malleissa sallitaan muutokset ja annetaan niille vaihteluja sisältävää todellista prosessia. /3/ Multipredictive-säädin hylkää oletuksen, että viiveen arvo tunnettaisiin tarkasti. Sen sijaan se hyödyntää tietoa, että konesuuntaisen laatusäädön perustana on vaihteleva, ei vakio dynamiikan prosessi. Käytännössä säätöalgoritmille annetaan dynamiikan todennäköinen vaihtelualue. Sen avulla se tekee jatkuvasti ennusteita prosessin ulostulosta eri aikavälillä ja prosessimallin ehdotettujen säätöliikkeiden perusteella, huomioiden samalla aiemmin tehdyt säätöliikkeet. Tällä tavalla saadaan erilaisia tulevaisuuden ennusteita erilaisista prosessiolosuhteista ja säädettävistä muuttujista. Siitä juontuu myös nimi multipredictive, eli monta ennustetta. Kuvassa 4 on esitetty ennustavan säädön periaate. /3/4/6/ Kuva 4. Ennustavan säädön periaate /4/ Algoritmin valinta eri vaihtoehtojen välillä perustuu ennusteiden ja asetusarvon vertailuun ja valinta on lopulta niin suuri säätömuutos, kun oletetulla prosessin epävarmuudella on järkevää suorittaa vallitsevissa olosuhteissa. Tämän jälkeen säätöalgoritmi siirtää tiedon vallitsevasta prosessin tilasta ja käyttäytymisestä varsinaiseen säätimeen. Ehdotetun tulevan säätöliikkeen on tarkoitus pystyä

8 ohjaamaan ennustetun prosessin ulostulo parhaalla mahdollisella tavalla asetusarvoon. Saadulla ohjausliikkeellä ohjataan prosessia ja ohjausennusteesta toteutetaan vain ensimmäinen ohjausliike. /6/ Kuvassa 5 on esitetty MPC-säätimen toimintaperiaate yhden ohjauksen ja mittauksen avulla. MPC-mallissa kaikkien ohjausten vaikutus kuhunkin ennusteeseen lasketaan yhteen. Asetusarvotrajektori kuvaa säädettävän suureen haluttua käyttäytymistä tulevaisuudessa. Ennustevirhettä e(i) minimoidaan alueelta hmin. ja hmax. Monimuuttujaprosessi paperikoneella koostuu monista prosessin ulostuloista (CV, säädettävä muuttuja), kuten neliömassasta, täyteainepitoisuudesta, viiraveden sakeudesta jne. Ulostulot ovat peräisin useista eri sisääntuloista (MV, käsitelty muuttuja), kuten massan virtauksesta, täyteaineen virtauksesta, retentioaineen virtauksesta jne. Monimuuttujaluonne voidaan helposti ymmärtää sillä, että esim. tuhkapitoisuuteen ei vaikuta pelkästään täyteaineen virtaus, vaan myös massavirtaus ja retentioaineen annostelu. /4/6/ Kuva 5. MPC-säätimen toiminta periaate yhdestä ohjauksesta ja mittauksesta /4/ MPC-algoritmia käytettäessä vältytään perinteisillä mallipohjaisilla säätimillä esiintyvältä viiveen aiheuttamalta heikolta säätötulokselta ja mahdolliselta prosessin värähtelyltä. MPC-algoritmilla toimivassa säätimessä voi viive vaihdella

9 säätöön asetettujen vaihtelurajojen sisällä, eikä se aiheuta ongelmia säätimen toimintaan, koska vaihtelu on huomioitu säätöalgoritmin toimesta. /3/4/ 2.4 Poikkisuuntaiset säädöt Poikkisuuntaiset säädöt (PS-säätö, CD-säätö) ovat paperin poikkisuunnassa tapahtuvaa profiilien säätämistä. PS-suunnassa säädettäviä muuttujia ovat kuivapaino, kosteus, paksuus, päällystemäärä ja kiilto. Hyvin toimiva PS-säätö pyrkii pitämään profiilit mahdollisimman tasaisina. Profiilien säätöön käytetään toimilaitteita, jotka on sijoitettu koneen poikkisuunnassa. PS-toimilaitteiden säätimet korjaavat ja laskevat jatkuvasti profiilia, jotta se pysyisi mahdollisimman lähelle tavoiteprofiilia. Profiilien vaihtelu heikentää paperin laatua ja aiheuttaa erilaisia vikoja paperiin, jotka vaikeuttavat paperin jatkojalostusta ja pahimmillaan aiheuttavat paperin hylkäämisen. /4/5/ CD-säätöjen oikean ja tarkan toiminnan kannalta toimilaitteiden ja mittaustulosten keskinäinen kohdistaminen on erittäin tärkeää. Säätimen on korjattava täsmälleen oikeaa mittausprofiilin kohtaa, jotta vaikutus olisi haluttu. Mittaustulos-toimilaite kohdistus voi olla staattista tai dynaamista. Vaihteluita aiheutuu paperin kutistumisen ja radan poikittaisen siirtymisen vuoksi. PS-säätö pystyy kompensoimaan nämä mittaamalla reunanauhan aseman ja paperiradan leveyden sekä paikan konerullassa. /3/ 2.5 Säätöstrategia Paperinvalmistuksen säätöjen toiminta on haastavaa monien eri vuorovaikutuksien johdosta. Vuorovaikutusten lisäksi säätöstrategioissa on huomioitava alati muuttuvat ajo-olosuhteet ja prosessin rajoitukset. Säädöt ovat itsestään virittyviä ja ohjattavaa prosessia mallinnetaan jatkuvasti reaaliajassa. Säädin laskee kuinka prosessin pitäisi mallin mukaan toimia ja vertaa sitä mitattuun tulokseen. Säätö huomioi automaattisesti kaikki säädettävää suuretta häiritsevät prosessimuutokset ja välittää tiedon häiriöistä myös muihin säädettäviin muuttujiin. Esimerkiksi sakeudessa tapahtuva muutos välittyy muihin säätöihin, jolloin muutoksen vaikutus paperin laatuominaisuuksiin minimoidaan. Muuttuvat ajo-olosuhteet, kuten lajinvaihdot ja nopeuden muutokset vaativat jatkuvasti monen eri säädön saumatonta yhteistoimintaa. /3/

10 2.6 Säätöjen häiriötekijät Hyvin suunnitellut säädöt pyrkivät huomioimaan prosessissa esiintyviä satunnaisia häiriöitä ja estämään häiriöiden näkymistä lopputuotteessa. Prosessissa voi kuitenkin esiintyä toistuvia häiriöitä, jotka ovat peräisin jostain prosessista johtuvasta viasta tai vääränlaisesta toiminnasta. Kyseisiä ongelmia saatetaan pyrkiä kiertämään säätöjen avulla. /3/ Mittausten todenmukaisuus on säätöjen kannalta erittäin tärkeää. Mikäli mittauksissa on runsaasti kohinaa tai mittaustulokset ovat epäluotettavia, heijastuvat ne samalla mitalla myös säätöjen tarkkuuteen. Mittaustiedon puuttuminen voi tehdä säädöstä täysin toimimattoman. Säädöissä käytettävät mittaukset on syytä pitää kunnossa ja mahdollisimman tarkkoina. /3/ Konesuuntaisia vaihteluita voi aiheutua säiliöiden pinnanvaihteluista, virtaus vaihteluista ja heikosta sekoituksesta. Painevaihtelut pumpuissa ja sihdeissä voivat myös olla konesuuntaisten vaihtelujen lähteinä. /5/

11 3. TUHKAPITOISUUDEN SÄÄTÖ Paperin täyteainepitoisuuden (tuhkapitoisuuden) hallinta on tärkeä osa paperiprosessia sekä merkittävä paperin laatutekijä. Suurin osa viiraveden kiintoainepartikkeleista on täyteainetta, mikä tekee siitä merkittävän tekijän märänpään stabiilisuuden kannalta. Täyteaineen epätasainen jakautuminen paperin konesuunnassa heikentää ajettavuutta paperikoneella, jälkikäsittelyssä sekä vaikuttaa negatiivisesti usealla eri tavalla paperin laatuun. KS-tuhkavaihtelut johtuvat yleensä tuoretäyteaineen annosteluun, retentioon sekä sakean massan täyteainevaihteluihin liittyvistä seikoista. /1/7/8/ Tuhkapitoisuuden säätö tehdään perinteisesti konerullaimelta mitatun tuhkan perusteella. Päällystävillä koneilla mittaus on sijoitutettu etukuivatusosan jälkeen, ennen päällystysvaiheita. Takaisinkytketty säätö ohjaa tuoretäyteaineen virtausta ja pyrkii pitämään konesuuntaisen tuhkapitoisuuden asetetulla tasolla. Säätö ei pysty reagoimaan nopeisiin tuhkan muutoksiin sen takaisinkytketystä luonteesta johtuen, joten on kehitetty lyhyeen kiertoon sijoitettuja mittauksia. Mittaukset antavat tietoa lyhyessä kierrossa tapahtuvista tuhkapitoisuuden muutoksista ja osana säätöä niillä voidaan pyrkiä vähentämään tuhkavaihteluita. /1/2/ 3.1 Perälaatikon tuhkasakeuden katkonaikainen säätö Normaaliajossa mittapalkki mittaa paperin tuhkapitoisuutta jatkuvatoimisesti paperikoneen rullaimella. Automaattisäätö säätää tuoretäyteaineen virtausta mittausten perusteella. Ratakatkon aikana rullaimen mittaus menetetään ja tuhkaa ei voida enää säätää mittapalkin mittausten perusteella. Perinteinen tapa toimia katkon alkaessa on jäädyttää täyteaineen virtaus katkon alussa olleeseen arvoon. Epätarkkuutta tuhkan säätöön aiheutuu myös suurten lajinvaihtojen ja mittauslaitteistojen standartisointien aikana. /1/ Katkon aikana prosessin olosuhteet lyhyessä kierrossa muuttuvat eri syistä. Pään viennin pitkittyessä voidaan tehdä manuaalisesti muutoksia esimerkiksi juuri täyteaineen määrään. Tämän lisäksi voidaan joutua lisäämään hylyn osuutta, jolloin lyhyen kierron tuhkapitoisuus muuttuu. Tuhkapitoisuuden kasvu heikentää paperiradan lujuutta ja voi vaikeuttaa päänvientiä. Toisaalta täyteaineen annostelun vähentäminen katkon aikana voi parantaa lujuuksia, mutta muuttaa

12 samalla kireyksiä, vetoeroja ja kuivatustarvetta. Tämä saattaa olla jopa haitallisempaa katkon keston kannalta kuin se, että ei olisi muutettu mitään. Oli täyteaineen määrä sitten kasvanut tai vähentynyt paperissa katkon aikana, tarkoittaa se sitä, että paperin tuhkan asetusarvo ei ole tavoitteessa ja profiili on yleensä huono. /1/4/ Katkon jälkeen mittapalkki alkaa mittamaan ja säätö näkee katkon aikana tapahtuneen tuhkapitoisuuden muutoksen yhtäkkisenä virheenä. Säätö alkaa korjata tuhkapitoisuutta voimakkaasti kohdalleen joko lisäämällä tai vähentämällä tuoretäyteaineen annostelua. Tämän seurauksena lyhyen kierron tuhkapitoisuus muuttuu jälleen ja saattaa pahimmillaan aiheuttaa seuraavan katkon. /3/ Katkonaikaisia ongelmia voidaan vähentää ottamalla käyttöön perälaatikon tuhkasakeuden mittaukseen perustuva katkonaikainen säätö. Se mittaa jatkuvatoimisesti perälaatikkoon tulevan massan tuhkapitoisuutta ja siihen liitetty säätö pyrkii pitämään sen mahdollisimman tasaisena katkon aikana. Säätäminen tapahtuu joko vähentämällä tai lisäämällä tuoretäyteaineen virtausta. Säätöratkaisun avulla perälaatikon tuhkapitoisuus ei muutu radikaalisti, vaikka massan ominaisuudet muuttuisivat. Kuvasta 6 nähdään kuinka asetusarvon valintakytkin on normaali-ajossa rullaimen mittapalkin tuhkamittauksen säädöllä ja kääntyy katkon alkaessa perälaatikon tuhkasakeuden säädölle. /2/8/

13 Kuva 6. Katkonaikainen perälaatikon tuhkasakeuden mittaukseen perustuva säätö /3/ Tuhkasakeuden mittauksen on oltava luotettava, tarkka ja riittävän nopea, jotta sen perusteella voidaan luotettavasti säätää perälaatikon tuhkapitoisuutta. Perälaatikon olosuhteet ja prosessin nopean dynamiikan muutokset edellyttävät mittauksen jatkuvatoimisuutta ja säätöpiirin oikeanlaista viritystä. /3/ 3.2 Konemassan myötäkytketty tuhkapitoisuuden säätö Massaosastolta tulevat tuhkan vaihtelut ovat merkittävä häiriölähde päällystävillä monilajikoneilla. Päällystetty hylky ja eri lajien tuhkapitoisuus erot vaikuttavat massan mukana tulevan tuhkan määrään. Päällystetyn hylyn annosmuutokset ja päällystemäärän vaihtelut ovat suurin tuhkan vaihteluiden aiheuttaja. /2/3/ Nykyaikaisella mittaustekniikalla konemassan tuhkan vaihtelut voidaan kuitenkin havaita jo ennen lyhyttä kiertoa. Tämä mahdollistaa nopeamman reagoimisen perälaatikon säätöön tai perinteistä rullaimelta tapahtuvaan säätöön verrattuna. Säätöratkaisussa on asennettu mittausanturi konesäiliön jälkeen. Myötäkytketty

14 säätö pyrkii kompensoimaan konemassan mukana lyhyeen kiertoon tulevia tuhkan muutoksia, tuoretäyteaineen virtausta muuttamalla. Kyseinen säätöratkaisu on esitetty kuvassa 7. /2/3/9/ Kuva 7. Myötäkytketty tuhkan säätöratkaisu /3/ Säädössä konesäiliön jälkeinen tuhkasakeuden mittaus ja rullaimen valmiin paperin säätö ohjaavat yhdessä täyteaineen virtausta. Käytännössä säätö vähentää tuoretäyteaineen virtausta konemassan tuhkapitoisuuden kasvaessa ja päinvastoin, kun koneelle tulevan massan tuhkapitoisuus laskee. Tämän säätöratkaisun ansiosta lyhyeen kiertoon tulevat tuhkapitoisuuden vaihtelut voidaan katkaista tai ainakin lieventää niiden vaikutusta. Tästä seuraa stabiilimpi ja häiriövapaampi lyhyt kierto, todennäköisesti vähemmän katkoja ja laadullisesti parempaa lopputuotetta. /2/3/ Kuvasta 8 nähdään kuinka myötäkytketyn säädön päälle ottamisen jälkeen perälaatikon tuhkasakeuden ja paperin tuhkan vaihtelut ovat selvästi tasoittuneet.

15 Kuva 8. Myötäkytketyn tuhkasäädön vaikutus prosessiin /3/ Kuvassa 9 on toinen vaihtoehto myötäkytketystä säädöstä, jossa täyteainetta annostellaan kahteen eri paikkaan. Normaaliajossa on edelleen käytössä perinteinen tuhkapitoisuuden mittaus rullaimella, josta menee mittaustieto säädölle (AC). Perälaatikon tuhkapitoisuutta mitataan KC3 mittauslaitteistolla ja sitä käytetään katkojen aikana. Siitä menee tieto säädölle (AC), joka ohjaa ennen peränpumppua olevaa täyteaineventtiiliä. Sakeaan massaan annosteltavaa täyteainetta ohjataan KC3 mittauksen ja venttiilin FV1 avulla. KC2 mittauksesta lähtee myös tieto tuhkansäätimelle (AC) normaali ajon aikana ja katkossa tieto menee perälaatikon sakeusmittaukselle. KC2 pystyy myös ohjaamaan omaa venttiiliä, jolla voidaan hallita tuhkapitoisuutta jo ennen lyhyttä kiertoa annostelemalla täyteainetta sekoitussäiliöön. Tällä tavalla voidaan useamman eri mittauksen ja annostelupaikan avulla hallita koko prosessin ja paperin tuhkapitoisuutta. /2/

16 Kuva 9. Myötäkytketty tuhkan säätö kahdella eri täyteaineen annostelupaikalla /2/

17 KOKEELLINEN OSA 4. KATKONAIKANEN TUHKAPITOISUUDEN SÄÄTÖ 4.1 Taustaa ja tavoite Työssä selvitettiin erään päällystävän hienopaperikoneen ajon- ja katkonaikaisen tuhkapitoisuuden säädön toimivuutta erilaisissa muutostilanteissa. Kyseisiä muutostilanteita ovat esim. hylkysuhteiden, hylkyprosentin ja täyteainepitoisuuden muutokset. Koneella on käytössä automaattinen katkonaikainen hylkysuhteen muutos, joka on otettu käyttöön pienen päällystämättömän hylkytornin useiden yliajojen seurauksena. Tämä korostaa erityisesti katkonaikana tapahtuvia muutoksia prosessissa. Tavoitteena oli myös kehittää parempia ratkaisuja nykyisen katkonaikaisen tuhkasäädön tilalle ja mahdollisia uusia säätöratkaisuja. Hylkysuhteiden vaihtelut vaikuttavat merkittävästi paperin tuhkaan ja vaikeuttavat myös tuhkapitoisuuden hallintaa. Koneella täyteaineen annostelu vakioituu katkon aikana siihen määrään, mikä oli katkon alkaessa. Paperin tuhkapitoisuuden säätö perustuu etukuivatusosan jälkeisen mittapalkin mittauksiin. Märänpään katkoissa mittapalkin mittaukset menetetään, jolloin tuhkaa ei säädetä käytännössä mitenkään. Täyteaineen annostelupaikka on viirakaivon jälkeen sekoituspumpun imupuolelle. Annostusta säädetään tuoretäyteaineen virtausmäärällä ja sakeudella. 4.2 Hylkysuhteen ja hylkyprosentin muutos Hylkysuhteiden muutosten aiheuttamat retention ja perälaatikon tuhkapitoisuuden vaihtelut ovat peräisin annosteluun menevän päällystämättömän ja päällystetyn hylyn määrän muutoksesta. Päällystetyn hylyn suhteen nosto lisää lyhyeen kiertoon tulevan täyteaineen ja päällystyspigmenttien määrää, mikä näkyy perälaatikon ja viiraveden täyteainesakeuden kasvuna ja retentioiden laskuna. Päällystetyn hylyn mukana tuleva lisääntynyt häiriöaines ja anioninen kuorma vaikuttavat omalta osaltaan retentioaineiden toimintaan ja sitä kautta myös retentiotasoihin. Kohdekoneella on käytössä katkonaikainen hylkysuhteen muutos. Katkonaikaisen hylkysuhteen muutoksen vaikutusmekanismi on samanlainen, mutta suurempi kuin normaaliajossakin tehtävän suhteen muutoksen. Katkoissa annosteltava hylkysuhde määräytyy katkopaikan mukaan. Märänpään ja filmiliimapuristin kat-

18 koissa annosteltavasta hylystä on 95 % peräisin päällystämättömän hylyn tornista. Filmiliimapuristimen jälkeen annostelu kääntyy päinvastaiseksi. Päällystysaseman ja soft-kalanterin katkoissa 95 % hylystä on peräisin päällystetyn hylyn tornista. Katkon aikana 95 % hylystä siis pumpataan tornista, johon katkossa pulpperoitavaa hylkyä samalla ajetaan, jolloin hylkytornin pinta ei nouse niin nopeasti. Katkonaikaisella hylkysuhteen muutoksella pyritään minimoimaan päällystämättömän ja päällystetyn hylyn tornien yliajot. Yliajoja tapahtuu erityisesti pitkissä märänpään katkoissa, koska päällystämättömän hylyn tornin tilavuus on pieni. Märänpään katkon pitkittyessä on tapana pumpata hylkyä myös päällystetyn hylyn joukkoon. Päällystetyn hylyn tornista ei pysty pumppaamaan päällystämättömän hylyn torniin. Katkonaikainen hylkysuhteenmuutos aiheuttaa huojuntaa prosessissa. Katkon alkaessa hylkysuhteen muutos voi olla jopa 45 %. Suuri muutos näkyy radikaalisti perälaatikkoon tulevan täyteaineen määrässä. Märänpään katkoissa tuoretäyteaineen virtaus jäädytetään katkon alkuhetken tasolle. Hylyn mukana tuleva täyteaine vähenee perälaatikkoon tulevan päällystetyn hylyn määrän vähetessä. Pitkissä märänpään katkoissa tuhka putoaa alle prosessitietokoneelle asetetun tavoitteen. Kun rata saadaan eteenpäin filmiliimapuristimelta, muuttuu hylkysuhde päinvastaiseksi, jolloin hylyn mukana perälaatikkoon tuleva täyteaineen määrä normaalitilanteeseen verrattuna kasvaa. Hylyn mukana tulevan täyteaineen määrän kasvu ei näy heti perälaatikon tuhkasakeuden nousuna, koska sekoitus- ja konesäiliön muodostama viive on huomioitava. Kun rata saadaan filmiliimapuristimen läpi, laitetaan ensimmäinen mittapalkki radalle, joka mittaa ja säätää tuhkaa. Mittauksen perusteella tuhka on alle asetusarvon päällystämättömän hylyn suuren määrän takia. Prosessitietokone lisää tuoretäyteaineen virtausta, kunnes hylkysuhteen muutoksesta peräisin oleva päällystetty hylky tulee perälaatikkoon. Paperin tuhkaprosentti nousee yli asetusarvon, jolloin tuoretäyteaineen virtaus kääntyy laskuun. Tuoretäyteaineen virtaus laskee kunnes rata saadaan päälle ja hylkysuhteet palaavat ennen katkoa vallinneeseen tilaan. Pienellä viiveellä tilanne normalisoituu myös perälaatikossa, jolloin perälaatikossa oleva täyteaine ei enää riitä paperin tuhkan asetus-arvoon. Paperin tuhka putoaa alle asetusarvon ja tuoretäyteaineen virtaus kääntyy jyrkkään nousuun. Katkon aikaisen hylkysuhteen muutoksen takia prosessin ohjattavuus ja stabiili-

19 suus huononee, erityisesti jos paperin tuhkapyynti on korkea. Korkea täyteaineen virtaus ja sakeus korostavat täyteainesakeuden muutoksia perälaatikossa ja edelleen paperissa. Lisäksi korkean tuhkan papereissa päällystemäärä ja pohjan täyteainemäärä ovat korkeita, jolloin myös katkohylky sisältää enemmän täyteainetta. Kuvassa 10 on esitetty hylkyprosentin ja hylkysuhteen muutoksen vaikutusta tuhka- ja retentiotasoihin. Kuva 10. Hylkyprosentin (kohta 1), tuhkaprosentin (kohta 2) ja katkon aikana tapahtuvan hylkysuhteen (kohta 3 ja 4) muutoksen vaikutus prosessin stabiilisuuteen Kohdassa 1 on tehty nopea hylkyprosentin muutos, jolloin perälaatikon täyteainesakeus on laskenut hylyn mukana perälaatikkoon tulevan täyteaineen vähenemisen seurauksena. Tuhka on pudonnut alle asetusarvon, jonka jälkeen tuoretäyteaineen virtaus on kasvanut. Täyteaineen virtauksen säätö on hidas, joten se ei pysy nopeiden muutosten perässä. Hylkyprosentin nosto on tehty yhtä nopeasti kuin laskukin, jolloin perän täyteainesakeus on noussut nopeasti. Paperin tuhka on noussut selvästi yli tavoitteen (17 %) lisääntyneen hylyn mukana tulevan täyteaineen ja tuoretäyteaineen määrän takia. Prosessin stabiilisuuden kannalta hylkyprosentin muutoksia olisi hyvä ennakoida sekä pyrkiä tekemään mahdollisimman pieniä muutoksia kerrallaan.

20 Kohdan 2 ja 3 välillä nähdään katkonaikaisen hylkysuhteen muutoksen vaikutus perän täyteainesakeuteen ja paperin tuhkaprosenttiin. Asemakatkon ajan (sininen viiva) perän täyteainesakeus ei ole vielä noussut, vaikka hylyn annosteluun tulee 95 % päällystettyä hylkyä. Muutos näkyy vasta, kun paperi on saatu rullaimelle, sekoitus- ja konesäiliön viiveestä johtuen. Katko pitkittyy rullaimella, jolloin perälaatikkoon tulevan täyteaineen määrä kasvaa ja paperin tuhka sekä alaviiraveden täyteainesakeus kasvavat (rataa ajettaessa rullaimen pulpperiin sinistä viivaa ei tule, mutta todellisuudessa katko jatkuu lähes punaiseen viivaan asti). Paperin tuhka nousee lähes prosentin yli asetusarvon ennen kuin katko loppuu ja peräntäyteainesakeus kääntyy laskuun. Prosessin stabiloituessa tulee uusi katko ja tilanne toistuu. Perän täyteainesakeus nousee jälleen ja tuhka menee puoli prosenttia yli ja laskuvaiheessa puoli prosenttia alle asetus-arvon. Katkon lyhyydestä johtuen muutos ei ole suuri kuin edeltävässä katkossa. Ennen kohtaa 4 on tullut katko, jossa lisääntyneen päällystetyn hylyn mukana perälaatikkoon tullut täyteaine on nostanut voimakkaasti alaviiraveden täyteainesakeutta ja samalla myös tuhkapitoisuutta. Katkon jälkeen tuoretäyteaineen annostelua on jatkettu käsiajolla ja saatu tilanne sitä kautta normalisoitua ja katkot ovat myös loppuneet. Tällä tavalla on estetty nopea tuoretäyteaineen annostelun lasku ja tuhkan ajautuminen jälleen alle asetusarvon, samalla kun hylyn mukana tuleva täyteaine vähenee muutenkin katkonaikaisen hylkysuhteen normalisoitumisen seurauksena. Tuhka kuitenkin pysyi yli asetusarvon melko pitkään käsiajon seurauksena. Täyteaineen annostelun säätöparametrit olisi myös syytä tarkistaa. Kohdassa 2 tuhkaa nostettaessa tuhka ajautuu jo lähes tavoitteeseen ennen kuin tuoretäyteaineen virtaus kääntyy laskuun. Vastaavasti tuoretäyteaineen virtauksen lasku on todella raju samaisessa kohdassa, minkä seurauksena tuhka ajautuu alle pyynnin. Paperikoneen nopeutta on nostettu viime vuosina, mutta KS-säätöparametreja ei ole todennäköisesti päivitetty, joten säätö on hidas.

21 5. POHDINTAA Katkonaikaista hylkysuhteen muutoksen jatkuvaa käyttämistä olisi syytä harkita. Katkon alkaessa saattaa hylkysuhde muuttua jopa 45 %, jolloin prosessissa tapahtuu suuri muutos. Pohjapaperin korkea täyteainepitoisuus sekä katkojen pitkittyminen pahentavat prosessissa tapahtuvaa muutosta entisestään. Prosessin epästabiili tila saattaa pahimmassa tapauksessa aiheuttaa uusia katkoja. Muutos haittaa myös päänvientiä, koska massan ominaisuudet muuttuvat hetkessä radikaalisti. Erityisesti märänpään katkojen pitkittyessä täyteaineen määrä laskee, jolloin paperi menee herkästi märäksi ja alkukuivatusosalla voi esiintyä päänvienti ongelmia ja katkoja kuivatusryhmälle. Vastaavasti, kun rata saadaan filmiliimapuristimen lävitse ja annostelu kääntyy 95 % päällystetylle hylylle, nopeasti lisääntyvän täyteaineen määrän vuoksi paperi menee herkästi kuivaksi. Tästä voi seurata katkon leviäminen takaisin etukuivatusosalle tai filmiliimapuristimelle. Kuvan 11 avulla voidaan karkeasti havainnollistaa katkonaikana tapahtuvia muutoksia mikäli perälaatikon tuhkasakeuteen kytketty säätö (punainen viiva) tai myötäkytketty säätö (vihreä viiva) olisivat käytössä yhdessä katkonaikaisen hylkysuhteiden muutoksen kanssa. Oletetaan, että katko alkoi trendin alusta ja se olisi normaalia pidempi katko. Kohdassa 1 hylkysuhteen muutos olisi vasta saavuttanut perälaatikon, johtuen sekoitus- ja konesäiliön sekä sakeanmassan lajittelun viiveestä. Kohdan yksi jälkeen tuhka lähtisi nopeaan laskuun hylyn mukana perälaatikkoon tulevan täyteaineen nopean laskun seurauksena. Myötäkytketyn säädön avulla tuoretäyteaineen virtaus olisi jo etukäteen kääntynyt nousuun. Vastaavasti perälaatikon sakeuteen sidottu säätö vasta huomaisi suuren muutoksen.

22 Kuva 10. Hahmotelma katkonaikaisen hylkysuhteen muutoksen vaikutuksesta paperin tuhkaan katkon eri vaiheissa (1-5), kun perälaatikon tuhkasakeuden säätö (punainen viiva) ja myötäkytketty säätö (vihreä viiva) ovat käytössä Kohdassa kaksi tuhka olisi todennäköisesti pudonnut selvästi alle tavoitteen, mutta molemmissa tapauksessa tuoretäyteaineen määrän lisääntyminen kompensoisi laskua verrattuna tilanteeseen, jossa tuoretäyteaineen virtaus olisi jäädytetty. Tämä olisi suurin hyöty mitä säädöillä todennäköisesti saavutettaisiin. Hyöty näkyisi etukuivatusosan päänviennissä, jossa tuhkapitoisuuden lasku ei olisi vaikuttanut yhtä merkittävästi paperin kosteuteen. Nykyisellä ajotavalla paperin tuhka laskee niin kauan, kunnes hylkysuhde olisi kokonaan 95 % päällystämätöntä ja 5 % päällystettyä, mikäli rataa ei saada sitä ennen päällystysasemalle. Katkon pidentyminen märässä päässä vaikeuttaa tilannetta, kun tuoretäyteaineen virtaus on jäädytty. Säätöjen avulla tuoretäyteaineen määrä kasvaisi ja muutos saataisiin tasattua, jos katko pitenee. Kohdassa 3 tapahtuisi kuitenkin täydellinen

23 muutos hylkysuhteissa, kun rata saadaan päällystysasemalle. Tässä tilanteessa tuoretäyteaineen virtaus olisi selvästi korkeammalla, kuin katkon alussa ja perälaatikkoon olisi tulossa 90 % enemmän päällystettyä hylkyä. Myötäkytketty säätö huomaisi jälleen nopeammin suuren muutoksen ja alkaisi laskea tuoretäyteaineen määrää. Kohdassa 3 tulisi hylyn mukana 45 % enemmän täyteainetta sisältävää hylkyä sekä tuoretäyteaineen virtaus olisi selvästi korkeammalla kuin katkon alussa. Yhteisvaikutuksen seurauksena tuhka kääntyisi jyrkkään nousuun ja tuoretäyteaineen virtaus laskuun. Tuhka nousisi selvästi korkeammalle verrattuna tilanteeseen, jossa tuoretäyteaineen virtaus on jäädytetty. Tämä olisi säädöstä johtuva negatiivinen puoli. Säätö ei voi mitenkään aavistaa, että hylkysuhteet ovat muuttuneet täysin. Paperin tuhka nousisi selvästi yli tavoitteen (korkeammalle kuin kuvan 9 kohdassa 3 jos tilanne olisi identtinen) ja saattaisi nopean muutoksen seurauksena mennä kuivaksi, josta voi seurata katkon leviäminen takaisin märkään päähän. Kohdassa 4 tuhka olisi noussut huippuunsa ja tuoretäyteaineen virtaus olisi molemmissa tapauksessa voimakkaassa laskussa. Katko loppuisi ja rata saataisiin päälle, jolloin hylkysuhteet normalisoituvat 50/50 %. Säätö kuitenkin ajaisi edelleen rajusti alaspäin tuoretäyteaineen virtauksia, jolloin paperi todennäköisesti ajautuisi selvästi alle tavoitteen (enemmän kuin kuvan 9 kohdan 3 jälkeen), kun hylyn mukana tuleva täyteaine vähenisi nopeasti 45 % (kohta 5). Esimerkki on luonnollisesti yksi mahdollisuus. Katko voi mennä nopeasti päälle, jolloin muutokset jäävät vähäisemmiksi. Toisaalta mahdollinen katkon leviäminen takaisin märkään päähän aiheuttaa uuden vastaavan tai pahemman tilanteen. Yhteenvetona voidaan todeta, että säätöjen avulla todennäköisesti saavutettaisiin hyötyä katkon aluksi, kun tuhkan laskua voitaisiin kompensoida. Vastaavasti säädöistä olisi haittaa, kun rata saataisiin päällystysasemalle. Tuhka nousisi selvästi yli tavoitteen korkeamman tuoretäyteaineen virtauksen ja 95 % annosteluun tulevan päällystetyn hylyn yhteisvaikutuksen seurauksena. Luultavasti katkon loputtua tuhka menisi enemmän alle tavoitteen verrattuna ilman säätöä olevaan tilanteeseen.

24 6. PARANNUSEHDOTUKSET Koneella on tehty joitakin uudistuksia katkonaikaisen hylkysuhteen muutoksen käyttöönoton jälkeen. Hylkyä on mahdollista pumpata ristiin rinnakkaiskoneen kanssa, jolloin tornien pintojen hallinta helpottuu. Koneiden välistä hylyn ristiin pumppaamista kannattaisi kehittää, jolloin katkonaikaisesta hylkysuhteiden muuttamisesta voitaisiin luopua. Hylyn ristiin pumppaamista hoitavat massaosastonhoitajat. Eräs mahdollisuus olisi automatisoida ristiin pumppaus. Automatiikka voisi aloittaa ristiin pumppaamisen, kun hylkytornin pinta nousee esimerkiksi 80 prosenttiin. Koneet käyttävät samoja lähtöraaka-aineita, jolloin prosessiin pääsee ainoastaan koneella jo käytössä olevia kemikaaleja ja massakomponentteja. Toinen mahdollisuus on sitoa katkonaikainen hylkysuhteen muutos hylkytornien pintoihin. Tornien pintojen ollessa alhaisella tasolla on turhaa käyttää hylkysuhteiden muutosta, koska välitöntä yliajojen vaaraa ei ole. Hylkysuhteiden muutos voisi aktivoitua, kun tornien pinnat saavuttavat tietyn korkeuden katkon pitkittyessä. Katkonaikaisen hylkysuhteen muutoksen negatiivista vaikutusta prosessin stabiilisuuteen voidaan myös ehkäistä tekemällä muutos pienemmissä portaissa. Päällystysasemakatkoissa hylkysuhde voisi nousta 5 % -yksikköä kerrallaan tietyin aikavälein, jolloin täyteaineen annostelu ehtisi laskea paremmin heilahduksen pysyessä kohtuullisen pienenä. Katkon edetessä hylkysuhde nousisi tasaisin välein katkon loppuun asti. Katkon jälkeen hylkysuhde muuttuisi takaisin asetusarvoon samanlaisissa portaissa kuin se oli noussutkin. Perälaatikon tuhkasakeuteen tai myötäkytkentään perustuvilla säädöillä ei saavutettaisi suurtakaan hyötyä katkoissa. Sen sijaan koneenhoitaja voisi manuaalisesti lisätä tuoretäyteaineen virtausta märänpään katkoissa, varsinkin jos suoritetaan pesuja tai pieniä korjauksia. Vastaavasti yhtä suuri lasku olisi tehtävä lähtötasolta, kun rata saadaan filmiliimapuristimen lävitse ja hylkysuhteet muuttuvat. Katkon lopuksi muutettaisiin tuoretäyteaineen virtaus samalle tasolle, jossa se oli katkon alkaessa. Tällä toimintatavalla voitaisiin vähentää vaihteluita varsinkin jos katkot venyvät.

25 7. YHTEENVETO Oikein viritetyt ja toimivat kone- ja poikkisuuntaiset säädöt ovat optimaalisen paperin valmistuksen sekä laadukkaan lopputuotteen kannalta tärkeitä. Konesuuntaisten säätöjen pitkiä viiveitä ja voimakkaita keskinäisiä vuorovaikutuksia voidaan kompensoida ennakoivilla säädöillä. Tuhkan säätäminen on yksi märänpään stabiilisuuden kannalta tärkeistä KS-säädöistä. Erityisesti katkon aikana tuhkan säätö on konemassassa esiintyvien vaihteluiden seurauksena erityisen haastavaa. Perälaatikon sakeusmittaukseen perustuvan säädön ja myötäkytketyn tuhkansäädön avulla vaihteluiden hallinta on kuitenkin mahdollista. Kohdekoneella täyteainepitoisuus vakioidaan viimeiseen arvoon katkon alkaessa, jolloin tuhkaa ei säädetä millään. Samalla käytössä on katkonaikainen hylkysuhteiden muutos, jonka seurauksena annosteluun tulee joko 95 % päällystämätöntä tai päällystettyä hylkyä katkopaikasta riippuen. Näiden tekijöiden yhteisvaikutuksesta perälaatikon tuhkapitoisuus saattaa katkon aikana muuttua merkittävästi, mikä aiheuttaa vaihteluita paperin tuhkaan ja retentioihin sekä pahimmillaan vaikeuttaa päänvientiä ja aiheuttaa uusia katkoja. Katkonaikaisesta hylkysuhteiden muutoksen negatiivista vaikutusta voitaisiin kompensoida tekemällä muutos pienemmissä askeleissa, sitomalla sen käynnistyminen hylkytornien pintaan tai kehittämällä hylyn automaattista ristiin pumppausta kohde- ja rinnakkaiskoneen välillä. Tuhkan katkonaikainen säätö perälaatikon tuhkasakeuden mittauksen avulla stabiloisi katkon aluksi vaihteluita hiukan, mutta suuren muutoksen takia se ei ehtisi korjata vaihteluita kokonaan. Kohdekoneen tuoretäyteaineen säätö on hidas. Tuhkaa nostettaessa se lisää virtausta siihen asti, kun tuhkapitoisuus on jo saavuttanut tavoitteen. Tällöin tuhka ajautuu yli pyydetyn arvon. Sama toistuu myös tuhkaa laskettaessa ja erilaisissa muutostilanteissa.

26 LÄHDELUETTELO 1. Middleton, J., Total consistency control in the wet end, Invista Ltd, Sept. 2008, s. 1-7 2. M. H. Waller, Upsets in papermaking ash control: various dead-time compensators, Tappi journal 10(2006), 5 s. 17-20 3. VTT Tuotteet ja tuotanto, Prowledge Oy, KnowPap 7.0, Paperitekniikan ja automaation oppimisympäristö. CD-ROM [viitattu 3.3.2012] 4. Honka, T. Metso Automation, Paperikoneen MD-säädöt, 9.3.2005 5. Pekkanen, A., Paperikoneen automaatiojärjestelmät opetusmateriaali, 29.10.2001. 6. Niittymaa J., Paperikoneen lajinvaihdon säätötapojen vertailu, Diplomityö, LTY, Kemiantekniikan osasto, Lappeenranta, Kemiantekniikan osasto, 80s. 7. Williamson, M., Ripasa s wet end control Increase runnability, speed and improve paper quality, Pulp and paper (2006),1, 12-13. 8. Williamson, M, Wet end controls ease sheet threading reduce recovery times, pulp and paper results automation (2010), 1, 4-8 9. Kajaani WEM, Proven way to optimize paper making performance, Metso automation, kesäkuu 2006.