Toisiosihtauksen optimointi

Abstract

Tämän diplomityön tavoitteena oli optimoida Stora Enson Imatran tehtaiden erään kartonkikoneen pinta- ja taustakerrosten toisiosihtauksessa tapahtuvaa lajittelua. Nykytilassa toisiosihtaus ei täytä lajittelun periaatteiden mukaisia vaatimuksia, minkä seurauksena toisiosihtauksen painelajitin ei lajittele konesihtien rejektiä aksepti- ja rejektijakeiksi. Syitä tähän ovat toisiosihtauksen painelajittimen ylimitoitus ja alhainen syöttöpaine. Näiden seikkojen takia lajittelun syöte kulkeutuu kokonaisuudessaan akseptina taustakerroksen lyhyeen kiertoon. Tämän seurauksena on olemassa mahdollisuus, että konesihtien rejektin sisältämät epäpuhtauspartikkelit päätyvät tuotetun nestepakkauskartongin taustakerrokseen, mikä on kustannuksia aiheuttava laadullinen poikkeama.

Toisiosihtauksen toiminnan optimoimiseksi tässä työssä kartoitettiin nykyisen toisiosihtauksen mahdollisuudet lajitella pinta- ja taustakerrosten konesihtien rejektiä, sekä tunnistettiin vaihtoehtoisia ratkaisuja lajittelun toiminnan kehittämiseksi tai lajittelun syötteen vaihtoehtoiseksi käsittelyksi. Toisiosihtauksen toimintaedellytyksien arvioimiseksi työssä laskettiin pinta- ja taustakerroksen konesihdeiltä tulevan massavirtaaman tilavuusvirtaus sakeusarvojen avulla. Mahdollisia syötteen tilavuusvirtaamia verrattiin toisiosihtaukseen lukeutuvien eri prosessilaitteiden kapasiteetteihin. Tarkastelussa havaittiin suuria ristiriitoja esim. toisiosihtauksessa lajiteltavan tilavuusvirtaaman ja toisiosihtauksen painelajittimen suuren kapasiteetin välillä. Ottaen huomioon kyseisen kartonkikonelinjan ominaispiirteitä ja eri prosesseissa käytettyä laitekantaa, tultiin tulokseen, ettei nykyisellä toisiosihtauksella ole toimintaedellytyksiä. Tällöin nykyisen pinta- ja taustakerrosten toisen portaan lajittelun suorittamiseksi tulisi siihen käytettyä laitekantaa muuttaa tai lajitella konesihtien rejekti toisia vaihtoehtoisia lajitteluvaiheita hyödyntäen. Vaihtoehtoisesti konesihtien rejekti tulisi hyödyntää muualla kartonginvalmistusprosessissa, jolloin sitä ei lajiteltaisi lainkaan.

Johtuen toisiosihtauksen kartongin laatuun vaikuttavasta yhteydestä, on kartonkikonelinjalla tahtotila ratkaista lajitteluun liittyvät ongelmat, jotta lajittelu pinta- ja taustakerroksen toisiosihtauksessa toteutuisi. Näin ollen tässä työssä tunnistettiin kolme eri ratkaisuvaihtoehtoa, joilla epäpuhtauspartikkelien kulkeutuminen taustaan nykytilan mukaisesti voitaisiin estää. Vaihtoehtoisiin ratkaisuihin toisiosihtauksen optimoimiseksi tunnistettiin uuden painelajittimen investoiminen ja lajittelun ohittaminen kahdella eri tavalla. Lisäksi työssä arvioitiin myös sitä mahdollisuutta, että muutoksia ei tehtäisi lainkaan, jolloin nykytilanne säilyisi entisellään.

Arvioitaessa eri ratkaisuvaihtoehtoja tultiin tulokseen, ettei toisiosihtauksen ohittaminen ole siitä aiheutuvien kustannusten takia kannattavaa. Näiden kahden muutosvaihtoehdon myötä nestepakkauskartongin runkokerroksen CTMP massaa korvattaisiin havu- ja lehtipuuselluilla, mikä ei ole kustannustehokasta. Kuituraaka-aineiden tehokkaan käytön varmistamiseksi uuden painelajittimen investoiminen on tällöin pitkällä aikavälillä paras ratkaisu. Lisäksi se ratkaisee toisiosihtauksen lajitteluun liittyvät ongelmat varmistaen laadukkaiden nestepakkaus- ja elintarvikekartongin tuotannon. Tästä huolimatta huomioiden kartonkikonelinjan lyhyen aikavälin tavoitteet, on uuden painelajittimen investoiminen käytännön ja mahdollisten tulevaisuuden prosessimuutosten kannalta ei niin suotuisa ratkaisu. Tästä syystä myös toisiosihtauksen nykytilan säilyttäminen on perusteltu vaihtoehto, mutta tietoinen riski kartongin laadun kannalta.

Lähtökohtaisesti kyseistä tuotantolinjalla kohdattua ongelmaa ei tulisi esiintyä, vaan yleisesti painelajittimet ja prosessit mitoitetaan tarpeiden mukaan. Tämän diplomityön kartonkikoneen toisiosihtauksen toteutus on silti todennäköisesti hyvin tyypillinen kartonkikoneilla käytetty ratkaisu, koska se on kustannuksiltaan ja toteutukseltaan toimiva. Lisäksi työssä saadut tulokset tukevat toisiosihtauksen lajittelun nykyistä toteutusta ja käytettyjä prosessikytkentöjä. On siten todennäköistä, että vastaaviin tässä työssä tultuihin johtopäätöksiin ja suosituksiin päästäisiin myös muilla kartonkikonelinjoilla.

The main objective of this thesis was to optimize board machine’s top- and back ply secondary screening at Stora Enso Imatra Mills. Currently used setup for secondary screening does not fulfill requirements which are expected for screening. This means that the current secondary screening is not able to separate feed stream coming from the top- and back ply machine screens into separate accept and reject streams. The reason behind this phenomenon is the existing secondary screen is oversized, and its feed pressure is well below pressure screen’s specification. As an outcome of dysfunctional screening, the feed stream of secondary screening is fully accepted at a pressure screen from where stream flows to a back ply short circulation without being screened. Therefore, it is possible that impurity particles in reject streams of machine screens can be found in a back ply of produced liquid packaging board. Obviously, this is a deviation in quality which generates costs for the producer in form of product claims.

To optimize secondary screening, the operating qualifications of current set up were determined. In addition, other possible solutions for developing secondary screening or other possible treatment methods for machine screens reject were recognized. For determining qualification requirements of the current secondary screening, the potential reject feed flows from machine screens were calculated by using measured consistency values. Potential reject volume flows were compared with capacities of equipment related to secondary screening. As it turned out, there are conflicts between potential feed volume flows and equipment capacities, especially with the pressure screen of secondary screening. Thus, considering unique characteristics of the board machine and used machinery there are no prerequisites for secondary screening to function as intended. Therefore, to accomplish second stage screening of the top- and back ply additional or other screening equipment needs to be used. Reject streams from machine screens could also be used elsewhere in paperboard production process without being screened.

Because of the negative quality impact caused by dysfunctional secondary screening, there is a common desire across production team to solve the problems related to secondary screening. For this reason, three different potential solutions were identified. Each of these solutions could prevent unwanted impurity particles originating from machine screening not to be found in board’s back ply. Solutions included investment of a new pressure screen and two alternatives where current pressure screen is being bypassed. Also, an opportunity to not to conduct any changes to current secondary screening and its implementation was discussed in this thesis.

During the evaluation between different solutions, it became clear that it is not feasible to bypass secondary screening because it would not be cost-efficient. In those two solutions which were based on bypassing a pressure screen, CTMP pulp used in a middle ply of liquid packaging board would be replaced by solution of hardwood and softwood pulps, which are more cost intensive raw materials. Thus, eventually the most cost-efficient solution to solve screening problems in the secondary screening would be an investment for a new correctly dimensioned pressure screen. In addition to functioning screening, it would support a superior quality of produced liquid- and food packaging board. However, there are some on-going short-term plans on the production line, which does not support an investment for a new pressure screen. Therefore, an alternative solution is that changes are postponed, and current situation will be remained as it currently is. Even though it is a risk in terms of product’s quality.

Screening issues which have been discussed in this thesis should not be faced in the first place, since pressure screens and processes must be dimensioned based on requirements and conditions of the process. Still, it can be expected that layout and implementation of secondary screening used on this thesis’ board machine can be found from any other same kind of board machine. Used mutual secondary screening for a top- and back ply is cost-efficient and functional when designed and build correctly. This matter is supported by conclusions gained in this thesis. Therefore, it is expected that similar kind of results would be obtained from other board machines and production environments.