Forprosjektrapport. Regulering av raffinørlinje. Prosjektgruppe B17K03. Espen Nilsen Tor Martin Vrangsund. Bachelor ingeniørfag kjemi

Transkript

1 Forprosjektrapport Regulering av raffinørlinje Prosjektgruppe B17K03 Espen Nilsen Tor Martin Vrangsund Bachelor ingeniørfag kjemi Høgskolen i Østfold, avd. ingeniørfag Dato: Totalt antall sider: 14

2 Innhold Regulering Prosjektinformasjon Prosjektbeskrivelse Bakgrunn Problemstilling Rammer og avgrensninger Rammer Avgrensninger Prosjektmål Resultatmål Delmål Effektmål Læringsmål Løsningsmetodikk Litteraturstudie Lage dynamisk modell Praktisk metode for utbedring av reguleringsproblem Økonomi Prosjektplan Ressursallokering Milepæler Ganttdiagram Ganttdiagram for praktiske tester/implementeringer Kontaktinformasjon Vedlegg Side 2 av 14

3 1. Prosjektinformasjon Tittel Oppdragsgiver Utført av Veileder Kontaktpersoner (Saugbrugs) Regulering av raffinørlinje Norske skog Saugbrugs Espen Nilsen Tor Martin Vrangsund Ole Kristian Førrisdahl Karl Mosbye Rune Thøgersen Side 3 av 14

4 2. Prosjektbeskrivelse 2.1 Bakgrunn Råstoffavdelingen ved Norske Skog Saugbrugs produserer termomekanisk masse (TMP masse) i stor skala til sine tre papirmaskiner. Enkelt sagt fremstilles denne typen papirmasse ved oppvarming av treflisen før og under mekanisk raffinering. Slik at treflisen males opp til korrekte fiberlengder (fiberlengdefordeling og andel finstoff), som er tilstrekkelig fibrillerte (rufsete). Altså at papirmassen innehar de nødvendige kvaliteter for å legge grunnlaget for god kvalitet på papiret som produseres. For å sikre god behandling av fibrene fra hovedlinjene i TMP-anlegget, ledes massestrømmene via et sileri hvor for lange fiber (lite fibrillerte), fiberknuter (mye fibrillerte fiber) og flis siles ut (rejekt). At fiber som er veldig godt fibrillerte ender som rejekt er egentlig negativt, siden det ville gitt gode bindinger i papiret. Rejektet sendes videre til rejektbehandlingslinjene for etterbehandling og dermed gjenvinning. Det er tre parallelle rejektlinjer, en til hver papirmaskin. Overbehandling av massen forhindres hovedsakelig med styringsparametere for spesifikk effekt i raffinørene, rutinemessig prøvetaking av papirmassen i forkant av papirmaskinene og testing av sluttproduktet (papiret). Blokkdiagrammet nedenfor (figur 1) viser gangen i hovedprosessen i TMP-avdelingen fra treflis behandles (raffineres) i hovedlinjene, til ferdig bleket tremasse brukes på papirmaskin. Rejekthåndteringen som mottar rejekt fra primærsileriet og rejektkum 4 (via syklonanlegg) er uthevet i det samme blokkskjemaet. Det er dette prosessavsnittet (rejektbehandling PM4) som vi skal jobbe med i prosjektoppgaven. Figur 1: Blokk skjema - Massestrøm fra TMP 2 til PM4, tegnet i Edraw Max. Side 4 av 14

5 Oppdragsgiver har problemer med ustabilitet i form av nivåsvingninger i disse rejektbehandlingslinjene. Hvorav linjen dedikert for PM4 (papirmaskin 4) er den som oppdragsgiver ønsker at vi skal se på. Hovedsakelig svinger nivået i «umalt-rejektmassetank» som leverer masse til rejektraffinøren for etterbehandling. Noe som igjen forplanter seg videre til ustabil volumstrøm gjennom raffinøren. Slik situasjonen er nå må operatørene drifte dette systemet manuelt mesteparten av tiden. Og selv når anlegget kjøres i manuelt svinger nivået i den aktuelle tanken langsomt. Dette fører til at den nødvendige mekaniske etterbehandlingen også blir ujevn (belasting rejektraffinør [MW]). I tillegg krever systemet ekstra oppmerksomhet fra operatørene. Oppdragsgiver ønsker derfor at vi skal forsøke å finne årsaken til ustabiliteten, slik at problemet/problemene kan elimineres. 2.2 Problemstilling Kartlegge hvordan stabilitetsproblemer i reguleringen av en etterbehandlingslinje av papirmasse kan stabiliseres slik at rejektraffinøren gir mer stabil effekt. 2.3 Rammer og avgrensninger Rammer Norske Skog Saugbrugs sørger for nødvendig sikkerhetsopplæring og verneutstyr, slik at vi kan bevege oss fritt inne på fabrikkområdet. Oppdragsgiver stiller et kontor til vår disposisjon. Arbeidet med prosjektet vil i hovedsak foregå ved Saugbrugs på grunn av behov for tilgang til styresystemer og analyseverktøy. Implementering av endringer i styresystem og logikk utføres i samarbeid med oppdragsgiver (veiledere og operatører) Avgrensninger - Normal driftssituasjon er utgangspunktet for prosjektet. Eventuelle andre nødvendige endringer i logiske sammenhenger som følge av en permanent endring/løsning vil prioriteres hvis tilstrekkelig med tid igjen av prosjektet. Dette i forhold til driftssituasjoner som oppkjøring, nedkjøring eller tripp av produksjonen - Det blir ikke gitt noen generell teoretisk utdypning av simuleringsverktøy (simulink) eller styresystem. Side 5 av 14

6 3. Prosjektmål 3.1 Resultatmål Løse reguleringsproblemet eller levere en dynamisk modell eller metode for at oppdragsgiver skal være nærmere den praktiske løsningen av problemet ved prosjektslutt. 3.2 Delmål Opparbeide den nødvendige prosessforståelsen, samt litteraturstudie. Lage dynamisk modell av prosessen i simulink. Praktisk testing i prosessen (med prosessforstyrrelser). 3.3 Effektmål Bedre stabiliteten av rejektraffineringen (mekanisk etterbehandlingen av rejektmassen) Frigjøre tid for operatører (som i dag følger opp manuell regulering av systemet) til andre viktigere aktiviteter. 3.4 Læringsmål Øke prosjektgruppedeltakerens evne til å: o Arbeide i prosjekt og løse et praktisk problem i felleskap. o Drive selvstendig arbeid. o Arbeide med personell fra andre fagfelt. 4. Løsningsmetodikk 4.1 Litteraturstudie Opparbeide oss den nødvendige prosessforståelsen for det aktuelle prosessavsnittet. Dette danner det teoretiske grunnlaget for prosessen, samt støtter opp under forståelse av dynamikken i prosessen. Slik at vi forstår konsekvensene ved endringer av det reguleringstekniske. Tilegne oss nødvendig teoretisk grunnlag innen reguleringsteknikk. Dette må dekke virkemåte og oppbygging av de viktigeste reguleringssløyfene i den faktiske prosess og i tillegg bygge opp under de praktiske tester som prosjektgruppen utfører. Sette oss inn i oppbygging av styresystemet som benyttes til regulering av prosessen, slik at vi kommer oss opp på et «brukerbasisnivå». Side 6 av 14

7 4.2 Lage dynamisk modell Simulator av prosessen eller deler av denne vil bli laget i Simulink. Det vil bli kartlagt hvordan prosessen opereres ved normal drift (produksjonsmengde, konsentrasjonsendringer, massespesifikasjoner, etc.). Dette blir de definerte prosessforstyrrelsene som benyttes for å verifisere robustheten av simulerte endringer. Eventuelle ikke-simulerte endringer i prosessen vil også testes med disse forstyrrelsene. 4.3 Praktisk metode for utbedring av reguleringsproblem Figur 2: Skjematisk fremstilling av tenkt løsningsmetodikk, tegnet i Edraw Max. Komme frem til ideer for å løse prosessproblemet på basis av prosessen som helhet og teoretisk grunnlag. Ideen simuleres eller forsøkes å argumenteres teoretisk (avhengig av type endring som vurderes). Data fra simuleringen eller den teoretiske argumenteringen evalueres. Deretter blir ideen enten forkastet, optimalisert eller presentert som et potensielt endringsforslag for oppdragsgiver. Dersom endringsforslaget virker tilfredsstillende for oppdragsgiver vil det implementeres i styresystemet (praktisk test), og en evaluering av effekten endringen har på prosessen vil bli gjort for å se om dette nærmer seg hovedmålet med oppgaven eller ikke. Hvis tilstrekkelig forbedring i stabilitet, hovedsakelig i effekten til rejektraffinøren, testes systemet med prosessforstyrrelser (påtvunget eller normale prosessendringer) for å se om stabilitet opprettholdes. Hvis ingen forbedring ved implementering, eller ikke tilstrekkelig stabilitet ved Side 7 av 14

8 prosessforstyrrelser, vil endringsforslaget revurderes eller forkastes. Figur 2 viser en skjematisk fremstilling av denne løsningsmetodikken. 5. Økonomi Den økonomiske effekten av prosjektet vil være bedre kvalitet på papirmassen fra rejektraffinøren som vil gi bedre papirkvalitet. Stabilisering av rejektraffinøren kan også resultere i et lavere effektforbruk, samt mindre slitasje på raffinøren siden denne ikke trenger å «jobbe» like hyppig for å opprettholde spesifikk effekt. Stabilisering av prosessen vil frigjøre tid for operatører, men siden en eventuell løsning på dette prosjektet ikke innebærer reduksjon i antall arbeidsplasser vil ikke dette nødvendigvis ha noen økonomisk betydning for bedriften. Det kan imidlertid resultere i økonomisk vinning i form av at operatøren(e) eventuelt kan ta tak i andre problemer og/eller optimalisering av prosess. Prosjektet i seg selv har ingen kostnader knyttet til gjennomføringen. 6. Prosjektplan 6.1 Ressursallokering Prosjektet er delt inn i 3 hoveddeler: Teori, eksperimentelt og diskusjon av resultater. Begge gruppedeltakere skal delta i alle aktiviteter for å sikre god kjennskap til alle deler i prosjektet, dog vil det være slik at ansvaret for de ulike delene vil bli fordelt likt mellom gruppemedlemmene. 6.2 Milepæler Milepæl Dato Oppstartsmøte med bedrift Levert forprosjektrapport praktiske test Laget modell av prosess i Matlab (simulink) Teoridel i hovedprosjektrapport ferdig Levert midtveisrapport Levert bachelorprosjektrapport EXPO/presentasjon Side 8 av 14

9 6.3 Ganttdiagram Side 9 av 14

10 6.4 Ganttdiagram for praktiske tester/implementeringer Side 10 av 14

11 7. Kontaktinformasjon Navn Telefon E-post Espen Nilsen Tor Martin Vrangsund Ole Kristian Førrisdahl Karl Mosbye Rune Thøgersen Side 11 av 14

12 8. Vedlegg CTR COST TIME & RESOURCE Prosjekt: Regulering av raffinørlinje Prosjekt ID: B17K03 Oppdragsgiver: Norske Skog Saugbrugs Planlagt start: Planlagt ferdig: Varighet: 25 dager CTR/Aktivitetsnummer: 1 Tittel: Lage modell i Matlab simulink Dato: Mål: Lage en dynamisk modell av prosessen i Matlab simulink som kan benyttes til simulering av endringsforslag. Arbeidsbeskrivelse: Lage et script i Matlab for prosessen, hvor det skal være lett å bytte ut parametre for å kunne simulere ulike scenarioer (prosessparametre som flow, ventilåpninger, etc. og regulatorparametre som forsterkning, tidsforsinkelser, integraltid, etc.). Samt sette opp en modell i simulink over prosessen. Finne differensiallikninger på massestrøms- eller volumbasis, slik at transferfunksjoner for prosessens dynamikk kan utledes. Inngangsdata: Nødvendig data fra prosessen som flow, ventilåpninger etc. må hentes fra trendverktøyet vi har tilgang på. P&ID for prosessen må være på plass. Leveranser: Dynamisk modell av prosess i Matlab simulink. Kommentarer, antagelser Olav Aaker vil bistå i arbeidet med å komme i gang med modellen. Ressursbehov Anskaffelser: Timer: 150 t Utarbeidet av: Tor Martin Vrangsund Kontrollert av: Espen Nilsen Side 12 av 14

13 CTR COST TIME & RESOURCE Prosjekt: Regulering av raffinørlinje Prosjekt ID: B17K03 Oppdragsgiver: Norske Skog Saugbrugs Planlagt start: Planlagt ferdig: Varighet: 62 dager CTR/Aktivitetsnummer: 2 Tittel: Teoridel hovedprosjektrapport Dato: Mål: Oppnå nødvendig forståelse av prosessen (prosessteknisk og hvordan anlegget driftes), og viktige reguleringsprinsipper som benyttes i prosessavsnittet. Arbeidsbeskrivelse: - Generell beskrivelse av råstoffavdelingen. - Mer utdypende teoretisk gjennomgang av rejektbehandlingslinjen, både prosessteknisk og reguleringsprinsippene som er benyttet Inngangsdata: Problemstilling, rammer og avgrensninger. Finne litteratur/teori som støtter endringsforslagene som blir testet/implementert (se CTR: 3). Leveranser: Teoridel til hovedprosjektrapport. Kommentarer, antagelser Flere emner til teoridelen vil antagelig komme etter hvert som det arbeides med hovedprosjektet. Varigheten til denne aktiviteten utstrekkes som følge av de praktiske testene av endringsforslagene. Frem til prosjektets slutt, eller til hovedmålet er løst. Ressursbehov Anskaffelser: Timer: 300 t Utarbeidet av: Tor Martin Vrangsund Kontrollert av: Espen Nilsen Side 13 av 14

14 CTR COST TIME & RESOURCE Prosjekt: Regulering av raffinørlinje Prosjekt ID: B17K03 Oppdragsgiver: Norske Skog Saugbrugs Planlagt start: Planlagt ferdig: Varighet: 60 dager CTR/Aktivitetsnummer: 3 Tittel: Praktiske tester Dato: Mål: Tilegne kunnskap gjennom praktisk gjennomføring av tester, samt løse det reguleringstekniske problemet. Arbeidsbeskrivelse: Utføres ihht. Løsningsmetodikk-Praktisk metode for utbedring av reguleringsproblem. Figur 1 viser denne sekvensen skjematisk. Inngangsdata: Dynamisk modell fra Matlab simulink. Studie av prosessen (blant annet ved hjelp av P&ID fra prosessavsnittet). Undersøke reguleringsprinsippene som benyttes, med tilhørende parametre. Leveranser: Finne og teste/implementere endringsforslag i prosessen. Kommentarer, antagelser Det blir i utgangspunktet lagt opp til 7 praktiske tester i ganttdiagrammet, men dette kan justeres opp eller ned ved behov. Tidsplanen i ganttdiagrammet kan bli forskjøvet dersom de praktiske testene ikke lar seg gjennomføre på grunn av stans i prosessen. Test 1 er i gang, men pga. stans i rejektbehandlingslinjen har varigheten på denne økt. Ressursbehov Anskaffelser: Timer: 150 t Utarbeidet av: Tor Martin Vrangsund Kontrollert av: Espen Nilsen Side 14 av 14