Seleção de Válvulas para operações de celulose e papel

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Seleção de Válvulas para operações de celulose e papel Seleção de Válvulas para operações de celulose e papel

01/07/2018

Por Leonardo Leite

Com o passar dos séculos, a indústria de papel e celulose evoluiu muito: do primeiro papel registrado feito de material de trapo na China (cerca de 100 dC) para papel derivado de polpa de madeira (década de 1840) até a fabricação altamente técnica e processos químicos de hoje. O uso de papel, historicamente, era para comunicação, mas os canais eletrônicos criaram reduções significativas em papel de jornal e papel revestido. No entanto, outros setores industriais surgiram, e a crescente população mundial e as economias modernizadas significam que esses novos setores, que incluem embalagens e produtos de papelão, toalhas, fraldas e higiene pessoal, entre outros, estão florescendo. 

Em resposta a essa evolução, algumas fábricas tradicionais de celulose se converteram para produzir celulose fluff, que é usada para produtos de higiene pessoal; outros se converteram em celulose cristalina alfa para a fabricação de fibra de rayon nos mercados têxteis. Máquinas de papel também estão sendo reaproveitadas para produzir tecido, papel toalha ou papelão predominantemente de fibra reciclada.

A seleção correta de válvulas para aplicações neste setor moderno e em constante evolução pode melhorar significativamente o desempenho de uma fábrica e aumentar os lucros.

MELHORES OPERAÇÕES / MELHORES MARGENS

A melhoria contínua é impulsionada pela diminuição da variabilidade do processo, aumentando a confiabilidade do processo. Isso tem um impacto positivo nas margens de lucro. No início dos anos 90, a EnTech Control Engineering identificou o fato de que a variabilidade do processo em um loop de controle era frequentemente causada por válvulas de controle que não conseguiam responder aos sinais de saída do controlador de maneira rápida, precisa e previsível. Esse comportamento indesejável foi o maior contribuinte para o fraco desempenho do loop de controle e a desestabilização das operações do processo.

Os fabricantes de válvulas de controle responderam a essa descoberta, e o desempenho do pacote de válvula / atuador / posicionador agora é demonstrado por testes de qualidade exigentes. A seleção de válvulas de controle com alta precisão de controle e desempenho mecânico confiável permite que as plantas executem processos mais próximos de seu ponto de ajuste - um fator importante para aumentar a eficiência da fábrica e reduzir os custos de operação.

CONSIDERAÇÕES DE APLICAÇÃO

Ao avaliar uma válvula para qualquer aplicação, as considerações principais são:

  1. Função:isolamento, controle ou mistura / desvio
  2. Condições do processo:classificações de pressão, faixa de temperatura, compatibilidade química, liberdade de consistência e tendência de escala
  3. Operação da válvula:embalagem isenta de vazamentos, vazamento da sede, frequência de operação da válvula, velocidade do fluido, ciclo, velocidade de operação, precisão e velocidade do desempenho da resposta por meio de teste de curso parcial ou teste de diagnóstico em linha
  4. Manutenção e instalação:dimensões e acessibilidade para instalação ou manutenção

A segurança é fundamental em qualquer ambiente de fábrica e a seleção de válvulas desempenha um papel fundamental. A importância de ter uma válvula com a classificação de pressão adequada, capacidade de temperatura e resistência química é óbvia. Outras considerações de segurança incluem a probabilidade de vazamentos de embalagem que podem permitir que a mídia crie riscos de deslizamento em passagens, restrições de emissões evasivas, facilidade de atuação e ergonomia associadas à atuação de válvulas manuais e a necessidade de bloqueio e vazamento duplo associados a bloqueio e requisitos de espaço confinado.

Além disso, um requisito de compatibilidade muitas vezes esquecido no processo de papel e celulose é a remoção por fervura (remoção de depósitos) ou química de solvente usada para remover o acúmulo de incrustações ou o crescimento biológico em um oleoduto. Esses produtos químicos estão tipicamente na extremidade oposta do espectro de pH do meio do processo, de modo que eles dissolvem o acúmulo de incrustações precipitadas. Materiais de válvula compatíveis com o meio do processo também devem ser compatíveis com a química do solvente.

Para válvulas de isolamento, um critério importante é o vazamento permissível da sede, especialmente sob condições de baixa pressão. A especificação mais usada é o American National Standards Institute / Fluid Controls Institute (ANSI / FCI) 70.2. A classificação de vazamento varia de Classe I a VI. A classe IV é a mais comum para válvulas com sede de metal a 0,01% da capacidade nominal da válvula (Cv). A classe VI é comum para válvulas de assentamento resiliente com vedação próxima da bolha. É imperativo que a pressão de teste seja qualificada porque não é explicitamente especificada neste padrão.

As válvulas de controle são projetadas para estrangular os fluxos e normalmente não são necessárias para fornecer desligamento hermético. Como o atrito do assento é muitas vezes inimigo do bom controle, um assento de folga pode ser usado para reduzir o atrito. Onde o controle e o fechamento hermético são ambos necessários, uma válvula de controle e uma válvula de isolamento são usadas em combinação.

Ao selecionar válvulas de controle, corrosão, erosão e abrasão também precisam ser consideradas. A corrosão ocorre através da deterioração do ataque químico. A erosão é a deterioração causada pelo movimento de fluidos. Abrasão ocorre a partir do contato mecânico entre dois materiais. É comum que esses três fatores aconteçam em conjunto uns com os outros. Quanto maior a velocidade do fluido, maior a probabilidade de ocorrer esse dano. A seleção adequada do estilo de válvula, as escolhas de materiais, os procedimentos de instalação e o projeto do sistema são essenciais para combater essas potenciais armadilhas.

A cavitação é a erosão que comumente afeta válvulas de controle causadas por uma mudança de fase de um líquido para um vapor e depois de volta para um líquido quando o fluido passa através da veia-contração da válvula e sai a jusante. A cavitação depende da relação de queda de pressão da válvula: a queda de pressão da válvula é dividida pela pressão de entrada e pelo fator de recuperação da pressão da válvula. Ele é amplamente controlado pelo dimensionamento, seleção e projeto de sistema adequados da válvula. A cavitação de mitigação melhora o ciclo de vida da válvula e controla o desempenho. A maioria dos fornecedores de válvulas de controle fornece programas de software livre para dimensionar corretamente as válvulas para condições de serviço, incluindo a probabilidade de cavitação.

Muitas usinas desenvolveram parcerias com fabricantes de válvulas para aprimorar o conhecimento da fábrica. Isso requer uma boa comunicação técnica das condições do processo entre o pessoal da fábrica e o fabricante para cada área da fábrica - informações que podem ser usadas para selecionar as válvulas corretas para essa área. Sempre que possível, a fábrica deve fornecer uma folha de dados de válvula da Sociedade Internacional de Automação (ISA) (Formulário S20.50) para especificar os critérios para selecionar a válvula correta.

PREPARAÇÃO DE AÇÕES

A preparação de estoque (Figura 2) é a interface entre a fábrica de celulose e a máquina de papel. Em uma usina integrada, a preparação de estoque começa com estoque de alta consistência na descarga de uma arca de armazenamento de polpa de alta densidade e termina com a mistura de polpa de fabricação de papel misturada (a polpa e quaisquer ingredientes adicionados antes de ser introduzida na máquina) na fábrica. peito da máquina. Em um moinho não integrado, a preparação de estoque começa alimentando os pacotes de celulose em um sistema. As válvulas mais comuns na área de preparação de estoque são válvulas de guilhotina.

Para polpas abrasivas, a concentração percentual de fibra é chamada consistência de estoque. A taxa na qual a pasta de polpa será desidratada é definida por uma propriedade chamada liberdade e é medida por pontos Canadian Standard Freeness (CSF). Tanto a consistência do estoque quanto a liberdade são critérios críticos de aplicação na seleção de válvulas.

O estoque de polpa de alta consistência é o estoque no qual a fibra excede 6-8% e tem uma alta taxa de liberdade de mais de 500 pontos CSF. Se o estoque de alta consistência na tubulação não estiver fluindo, ele irá desidratar e impedir que a válvula feche. Para esta aplicação, recomenda-se uma válvula de o-port. Quando uma válvula de gaveta de o-port se fecha, ela remove uma seção transversal da mídia na tubulação para permitir que a válvula assente. Quando a porta o é aberta, ela substitui a seção cruzada no pipeline.

O estoque de consistência moderada variando de 2-6% com uma taxa de liberdade de menos de 500 pontos CSF é melhor manipulado por uma válvula de guilhotina com sede de metal classificada para pressão de reversão total. Uma válvula com sede de metal neste serviço terá um ciclo de vida mais longo do que uma válvula resiliente equivalente devido à construção robusta de metal. Válvulas com sede de metal também oferecem a vantagem de não ter um elastômero que pode falhar e contaminar a cor do material. Uma válvula de um quarto de volta, como uma esfera de porta em V com uma sede de metal, proporcionará uma ação de corte que manterá a face do assento livre de acúmulo de fibras, de modo que a válvula sela bem.

Para consistências abaixo de 2% ou aplicações de água branca em geral que exigem vedação hermética e serviço bidirecional, uma válvula de guilhotina com sede resiliente de perímetro é a escolha certa para serviço de ligar / desligar. Para uma válvula de controle de um quarto de volta nesta aplicação, uma válvula esfera ou plugue com sede resiliente é a seleção correta.

REPULSO DE FIBRA SECUNDÁRIA - RECICLAGEM

A fibra reciclada está crescendo rapidamente como uma fonte de fibra ecológica e econômica. O papel reciclado é separado para qualidade e limpeza em vários graus e custos. O volume mais econômico e mais alto de material recuperado é rotulado “pós-consumidor”. Ele contém uma alta quantidade de contaminação, e o nível e a variedade dessa contaminação apresentam critérios únicos de seleção de válvulas.

O processo de repolpação começa quando os pacotes de papel reciclado são entregues ao despolpador. As válvulas de retenção de lixo removem areia, metal, grampos, vidro e pedras diretamente do removedor usando produtos de limpeza de alta densidade. Reciclar fibras com altos níveis de contaminantes e lamas abrasivas são extremamente erosivas - válvulas de aço inoxidável padrão podem ficar comprometidas em questão de dias. Como resultado, as válvulas usadas neste serviço precisam de metalurgia que resista à abrasão, como o tratamento térmico de aço inoxidável para aumentar a dureza dos assentos de válvula, portões e corpos. Outras opções incluem o uso de revestimentos de carboneto de cromo para fornecer uma superfície protetora com uma dureza Rockwell C bastante aumentada.

MÁQUINA DE PAPEL

Os avanços da máquina de papel (Figura 4) criaram velocidades cada vez maiores, teias de papel mais largas e padrões de qualidade mais exigentes. Nenhuma válvula exemplifica a importância da seleção de válvula adequada melhor que a válvula mais crítica em qualquer máquina de papel: a válvula de peso básico. Se esta válvula falhar, desligará imediatamente a máquina de papel.

O controle adequado do peso básico é essencial para o custo do produto de papel acabado e sua variabilidade. Esse controle é crítico no tempo de operação da máquina e pode afetar o tempo perdido que ocorre devido a quebras de papel causadas pela variabilidade de desenho, auxiliares de retenção, desempenho de secagem e velocidades máximas de produção. Todos esses fatores equivalem diretamente à eficiência operacional e ao lucro.

Entender os parâmetros do processo que levam à válvula de base é importante. Um parâmetro crítico é a consistência, que é o efeito aditivo de numerosos loops de controle antes da válvula de base. Outros parâmetros incluem controle de pressão, dimensionamento de válvulas e a interface no sistema de controle distribuído para controle de ajuste de loop, um detalhe crítico para fornecer controle excepcional de peso básico (Tabela 2).

BLEACH PLANT

A fibra de celulose é inerentemente branca. A lignina (também chamada de breu de madeira) contribui para a cor marrom da polpa não branqueada. Para produzir polpas de papel estáveis ​​e de alta qualidade, os métodos de branqueamento usam processos químicos como cloração, extração alcalina, hidróxido de sódio, dióxido de cloro, oxigênio, água sanitária, peróxido e ozônio. O branqueamento é geralmente realizado em estágios sequenciais, e cada estágio possui considerações químicas e de fibra específicas para a seleção adequada de válvulas. Muitos desses processos requerem metais ou válvulas de liga mais altas com revestimentos resilientes. Os fabricantes de válvulas oferecem tabelas de compatibilidade química e de elastômeros e metalúrgicas para materiais corrosivos para auxiliar na seleção adequada.

PULPING

A polpa envolve o cozimento de cavacos de madeira para amolecê-los e, em seguida, moer fisicamente ou dissolver quimicamente os cavacos na polpa. Válvulas de um quarto de volta, tais como válvulas de controle de esfera ou rotativa com v-port com guarnição endurecida são bem adequadas para as aplicações de vapor e manuseio de produtos químicos da operação de polpa.

DIGESTERS

Um digestor de lote é essencialmente uma panela de pressão industrial cheia de aparas de madeira e licor. A maioria das unidades de lote agora é equipada com uma válvula de nivelamento automático - as mais populares são as válvulas de esfera - mas também podem ser usadas portas de faca. A parte inferior do digestor tem uma válvula de sopro para manter a pressão.

Os digestores em lote podem ser a química de sulfato (referida como polpação kraft) ou a polpação com sulfito. A seleção de válvulas para esses processos é afetada pelo fato de que a polpação kraft é um processo alcalino (pH alto) e a polpação de sulfito é um processo ácido (baixo pH).

Digestores contínuos usam uma câmara pressurizada aquecida que retém cavacos de madeira em temperaturas e tempo suficientes para a reação química dissolver a ligação de lignina às fibras. A válvula predominante usada ao redor do digestor é uma válvula giratória com sede de metal dupla para digestão contínua e em lote.

RECUPERAÇÃO QUÍMICA

A partir do tanque de sopro, a fibra de celulose é separada do licor de cozimento gasto em lavadoras de roupa marrom e enviada para a planta de branqueamento. A recuperação de produtos químicos do licor de cozimento gasto e a incineração dos resíduos orgânicos (lignina) começa com um licor negro fraco das lavadoras-marrons e segue esse processo:

  1. Evaporação para concentrar licor negro
  2. Incineração de licor negro em caldeira de recuperação
  3. Dissolvendo produtos químicos inertes para formar licor verde
  4. Licor de licor verde com limão para formar licor branco
  5. Queima de lama de cal em um forno para reconstituir a cal para o processo de caustificação
  6. Devolução de licor branco ao digestor para polpação de cavacos

Válvulas que operam em condições severas de serviço, como licores de polpa, polpas abrasivas e meios de escala, exigem critérios de projeto especiais para um desempenho confiável e lidar com os desafios. A seleção de válvulas deve incluir a consideração de características de projeto, bem como metalurgia, requisitos de compensação molhada e resistência à abrasão.

Em aplicações de alto escalonamento, como licor verde, são preferíveis as válvulas esféricas com passagem total. As válvulas de esfera limitam a área de superfície disponível para o acúmulo de incrustações, e os projetos da sede rasparão a esfera através da rotação de acionamento de 90 graus antes do assentamento, o que proporciona um fechamento hermético. As válvulas O-port são uma alternativa quando a superfície de assentamento do portão pode ser limpa usando um raspador.

Para as válvulas de controle, o revestimento dos componentes de acabamento em contato com o carboneto de tungstênio fornece uma superfície de barreira. O acabamento cerâmico é uma opção, especialmente para aplicações de válvulas de controle menores em serviço de polpa abrasiva, como carbonato de cálcio ou dióxido de titânio.

CONCLUSÃO

A indústria de celulose e papel passou por mudanças significativas nos últimos 20 anos, que fizeram com que as válvulas de seleção fornecessem o máximo desempenho e o menor custo, uma estratégia importante. Selecionar a válvula adequada para cada área da fábrica requer capacidade técnica e profundo conhecimento do processo. Embora essa seleção possa não ter o menor custo inicial, ela deve ser a válvula que possui o menor custo total de propriedade sobre a vida útil da válvula.

É importante dizer: As fábricas de papel e celulose usam muitos tipos de válvulas. Este artigo fornece uma visão geral de alguns estilos de válvulas comuns e onde eles são usados. Não é para ser inclusivo.

Fonte: http://www.valvemagazine.com/magazine/sections/where-valves-are-used/8280-valve-selection-in-pulp-and-paper-operations.html