Renversez la vapeur!! Opérez les séchoirs de votre machine à papier de façon optimale

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Les séchoirs de machine à papier consomment une grande quantité d’énergie et leur impact sur la qualité du produit est démontré, mais le procédé de séchage est assez complexe et exige une vaste connaissance pour en tirer le maximum.

Même si le fait de condenser de la vapeur pour sécher le papier est un procédé efficace, le procédé de séchage lui-même peut être déficient. Heureusement, de nouvelles technologies et des stratégies de contrôle procurent de meilleures façons de gérer la vapeur pour assurer qu’une quantité d’énergie optimale serve à améliorer l’efficacité du séchage et la performance de la machine. Voici quelques “conseils” de Kadant Johnson qui répondent aux questions les plus souvent formulées lorsque vient le temps d’optimiser la consommation d’énergie dans la section des séchoirs d’une machine à papier.

Qu’est-ce qu’un manchon d’isolation pour journal dryer et à quoi cela sert-il?

Un manchon d’isolation est un tuyau bridé qui se prolonge jusqu’au tourillon de séchage. La partie bridée du tuyau est habituellement vissée à la surface intérieure de la tête de séchage et scellé à l’extrémité opposé du tourillon aux moyens de Joint Torique ou d’un bourrage (empaquetage) dans l’adaptateur du tourillon. Ce manchon crée un vide d’isolation d’air dans l’espace annulaire entre le tuyau et le bord du tourillon. Ce vide d’air réduit drastiquement la quantité de chaleur qui est transférée au tourillon par la vapeur passant à l’intérieur du tuyau. Cette réduction de chaleur transférée baisse la température du tourillon et réduit grandement le risque de voir un roulement intérieur du séchoir se fendiller. Cela réduit aussi la quantité de chaleur qui se dirige vers l’huile lubrifiant le roulement, ce qui en améliore la viscosité et prolonge sa durée de vie. Les manchons bien scellés sont très efficaces, mais la moindre fuite de vapeur dans le vide d’air rendra le manchon complètement inefficace.

kadant 10dec20 2Un séchoir noyé peut provenir de problèmes mécaniques ou de système de vapeur.

Qu’est-ce qu’un séchoir de papier “noyé”, quelle en est la cause et comment savoir si le séchoir est noyé?

Un séchoir “noyé” contient en fait une trop grande quantité de condensat. Un séchoir noyé survient lorsque la vapeur se condense dans le séchoir plus rapidement que le condensat qui est éliminé. Le condensat résiduel dans le séchoir est soit de condition non annulaire dans ce cas la charge sera élevée ou annulaire dans lequel cas le transfert de chaleur sera peu élevé.

Un séchoir noyé peut provenir de problèmes mécaniques ou d’un problème de système de vapeur. Ces problèmes mécaniques incluent des syphons internes brisés, des tuyaux de syphons bouchés, des tuyaux de syphons rouillés, des fuites du joint de vapeur interne, orifice de plaques bouché, et clapet de vannes fermés. Les problèmes de système de vapeur incluent le différentiel de pression, les vannes de contrôle reverse acting, des cuves séparatrices sous-dimensionnées, contrôles de niveaux qui fonctionnent mal, et des stations de désurchauffeur non contrôlés. Une approche systématique pour identifier les problèmes de séchoirs noyés peut faire la distinction entre ces deux types de problèmes et contribue à les résoudre.

kadant 10dec20 4Les docteurs de séchoirs à papier sont souvent ignorés dans le procédé de fabrication du papier, mais il faut y porter une attention particulière pour le bon fonctionnement du système de séchage.

Pourquoi des docteurs de séchoir et comment les utiliser?

Un docteur de séchoirs est en fait un long faisceau qui s’étend à travers une capsule de séchage, permettant de tenir une lame de raclage contre la surface du séchoir. Les docteurs de séchoirs ont plusieurs tâches : dépoussiérage de la feuille, nettoyage de la surface du séchoir, filetage, ainsi que la gestion et le contrôle de l’air. Les docteurs de séchoirs à papier sont souvent ignorés dans le procédé de fabrication du papier, mais il faut y porter une attention particulière pour le bon fonctionnement du système de séchage. Les facteurs importants à considérer sont la composition de la lame de docteur, les porte-couteaux, le design en faisceau, l’oscillation, l’alignement et le chargement.

Est-ce qu’un séchoir avec une pression de vapeur élevée a une capacité de séchage plus élevée?

Pas nécessairement. Les températures de surface de séchoir plus élevés produisent un taux de séchage plus élevé et la température de la vapeur saturée augmente en même temps que la pression de vapeur. Ce qui veut dire que les pressions de vapeur élevées vont produire des taux de séchage plus élevés dans un séchoir existant, mais il est préférable d’avoir un séchoir qui opère à une pression de vapeur moindre qu’un séchoir homologué pour des pressions de vapeur élevées mais opérant à un niveau de pression moindre. Le fait est que les séchoirs qui opèrent à des pressions plus élevées doivent être munis d’un revêtement plus épais mais qui aura aussi une résistance accrue au transfert de chaleur. Donc, il est possible que le taux de séchage d’un séchoir basse pression soit plus élevé que le taux de séchage d’un séchoir haute pression lorsque chacun est opéré à pression optimale. C’est que l’augmentation de la température de vapeur qui vient avec la hausse de pression n’annule pas toujours la perte de transfert de chaleur qui vient avec les revêtements plus épais des séchoirs à haute pression.

Peut-on vaporiser de l’eau sur les séchoirs à papier afin de les refroidir?

Règle générale, on ne devrait jamais vaporiser de l’eau sur des séchoirs à papier chauds. Cela peut stresser le revêtement et les têtes de séchoir en fer. Ils peuvent se fendiller, ce qui serait catastrophique. Il y a cependant une différence entre utiliser une grande quantité d’eau froide sur un emplacement précis d’un séchoir stationnaire chaud et l’application indirecte d’une petite quantité d’eau tiède vaporisé sur toute la surface du séchoir. Nous offrons une formation en sécurité pour prodiguer la bonne connaissance et la prudence lorsqu’on utilise de l’eau autour des cylindres sécheurs.

Peut-on avoir recours aux contrôleurs à boucle simple pour contrôler les systèmes de séchoirs à vapeur?

Oui mais pas de manière efficace. Un avion de type Boeing 747 requiert moins d’une douzaine de boucles de contrôle pour atterrir et tous ces systèmes sont en contrôle automatique. Le système à vapeur pour une section de séchoirs, par comparaison, requiert plus de 50 boucles de contrôles interreliées pour pouvoir ajuster les pressions de vapeur, le débit, les différences de pression et la section en cascade du séchoir. L’opérateur du bout sec de la machine doit gérer toutes ces boucles de contrôle simultanément et manuellement. Il s’agit d’un procédé difficile sous toutes les conditions d’opération, surtout lors des casses de feuille et des changements de grade. Un système de contrôle « supervisoire » est presqu’une nécessité pour les machines à papier modernes opérant à des taux d’efficacité extrêmement élevés.

kadant 10dec20 3Les évaluations de performance de séchoir constituent un premier pas pour améliorer le rendement d’une section de séchoirs de papetière. Les opportunités sont identifiées et des solutions peuvent être instaurées étape par étape afin de maximiser le ROI (retour sur investissement) du client.

Comment étalonner les améliorations sur l’équipement de séchage du papier?

Plusieurs produits sont achetés sur simple coup d’œil sur le prix. Mais les achats importants exigent plus. Une façon d’étalonner la performance d’améliorations proposées est de comparer la performance existante de la machine à celle de la machine avec le nouvel équipement en gardant les conditions d’opérations semblables. Il en va ainsi dans l’industrie papetière. La plupart des acheteurs d’équipements à fort investissement en capital nécessitent plus qu’un simple prix ou une référence. Ils veulent observer la performance de l’équipement à acheter et ce sous des conditions d’opération similaires à celles en usine. Les grands équipementiers ont des usines de démonstration capables de simuler une gamme variée d’opérations utilisant les mêmes configurations de machines. Voilà qui permet de quantifier directement le potentiel d’un investissement et justifier la dépense en capital.

Est-ce que la température de scellement d’eau dans une pompe aspirante à anneau liquide affecte la performance d’aspiration de la pompe en question?

Absolument. Les fabricants de pompes aspirantes à anneau liquide publient des courbes de capacité (CFM et niveau d’aspiration) en assumant que l’eau demeure à température fixe, soit 60 degrés F. Lorsque la température de l’eau de scellement descend sous la barre des 60 F, la pression de vapeur baisse et la capacité de la pompe augmente. Lorsque la température de l’eau grimpe à plus de 60 F, la pression de vapeur augmente et la capacité de la pompe descend. Les courbes de capacité ont des facteurs de correction pour tenir compte des variations de température. Si la température de l’eau de scellement est trop élevée, la pompe à anneau liquide ne pourra pas performer à basse aspiration.

La puissance d’un séchoir avec des barres de séchage est-elle supérieure à celle d’un séchoir sans barre de séchage?

Cela dépend. La charge augmente de façon exponentielle à mesure que la vitesse du séchoir augmente, jusqu’à ce que le condensat atteigne une condition de cerclage (RIMMING). Si la quantité de condensat dans le séchoir est la même, le séchoir avec barres séchantes (spoiler bars) affichera une plus grande puissance si le condensat ne fait pas de cerclage. Les barres, cependant, font que le condensat atteint une condition de cerclage à vitesse moindre qu’avec un séchoir sans barre. Donc, alors que le séchoir sans barre doit atteindre une vitesse assez élevée pour que le condensat fasse un cerclage, le séchoir avec barres affichera une charge moindre. Lorsque le condensat fait un cerclage, les charges descendent à un niveau relativement bas, et la charge pour un séchoir avec barres atteint des valeurs légèrement supérieures à celles du séchoir sans barres.

kadant 10dec20 5Un taux de drainage stable et constant est primordial pour l’efficacité d’opération de la machine à papier.

Qu’arrive-t-il dans la section des séchoirs en termes de charge si un des séchoirs est ‘noyé’?

Tout dépend. Si le séchoir fonctionne à haute vitesse, disons 3500 fpm, et que le condensat fait du cerclage, il est possible que cela n’affecte pas la charge du séchoir. Cependant, à basse vitesse, lorsque le condensat ne fait pas de cerclage, la charge pourrait être jusqu’à 5x supérieure que pour un séchoir avec un taux de drainage adéquat du condensat. Cette augmentation de charge est suffisante pour qu’un seul séchoir noyé fasse trébucher le moteur. Le drainage constant, stable et fiable est une composante primordiale du bon fonctionnement d’une machine à papier.

Quelle est la valeur de l’air humide évacué par un système de ventilation de séchoir?

L’air d’échappement a plus de volume et plus de valeur que l’on pense. Mettons cela en perspective : une machine qui fabrique 1000 tonnes par jour de papier fin va évaporer 2000 tonnes par jour d’eau, condensera 2700 tonnes par jour de vapeur dans le procédé et évacuera 25 000 tonnes par jour d’air chaud et humide !! La quantité et la température d’échappement peuvent être réduits en fermant la section de séchage autant dans la salle de machine qu’au sous-sol, en gardant la hotte de machine fermée, en installant de faux-plafonds, en améliorant la distribution de l’air, en augmentant la quantité d’air recirculé, en modulant le ventilateur d’alimentation pour égaler la production et en baissant la température de l’air. Lorsqu’on a accompli tout cela, on peut récupérer l’excédent d’air avec des échangeurs de chaleur air-air ou air-eau et remplir ses besoins à faible demande énergétique en usine.


Kadant Johnson a réalisé plus de 1000 audits de séchoirs et chacun de nos ingénieurs de procédé cumule plus de 15 ans d’expérience en application de séchoirs. Pour de plus amples renseignements sur les sujets traités dans cet article, visitez www.kadant.com.

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Cet article a fait l’objet d’une publication dans la revue PaperAge de juillet-août 2020.


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