Завод OSB малой мощности

Древесина − натуральный, энергетически эффективный и возобновляемый строительный материал. Технологии производства древесных композитов − это возможность наиболее полного и экономичного использования древесного сырья.

Древесные композиты

Из семейства древесных композитных материалов в России производятся и наиболее известны: фанера, ДСтП (древесно-стружечные плиты), MDF, клееный брус и шпоновый брус LVL.

OSB (ориентированно-стружечная плита) также относится к классу древесных композитов. На сегодняшний день OSB является одним из наиболее высокотехнологичных композитных материалов из дерева и считается наиболее перспективным и универсальным древесным строительным материалом.

OSB − сравнительно новый конструкционный материал. Технология производства OSB родилась вследствие развития технологии производства так называемых вафельных плит в Канаде. Промышленное производство OSB было начато в начале 80‑х годов прошлого века. В силу различных экономических и сырьевых причин объемы производства и потребления этого материала сегодня сильно отличаются в различных странах мира. Самые высокие темпы роста рынка OSB за последние десять лет наблюдаются в Северной Америке. Если в 1990 году потребление плит там составляло порядка 6,8 млн м³, то к 2003 году оно выросло до 22 млн м³ в год.

Похожие темпы роста сейчас наблюдаются и на европейском рынке, где потребление OSB уже превысило 3 млн м³ в год и продолжает расти. Южная Америка потребляет порядка 500 000 м³ в год ориентированно-стружечных плит. Китай и Япония также наращивают объемы производства этого материала, но производственные мощности в азиатских странах все еще сравнительно невелики − на рынке там, в основном, продается плита, импортируемая из Канады.

Текущая ситуация с OSB в России

В России сложилась очень интересная ситуация. Ни в нашей стране, ни в странах СНГ не работает ни один завод по выпуску ориентированно-стружечных плит. При этом российский рынок OSB довольно динамично развивается. Применение новых строительных технологий, появление новейших строительных материалов, а также европейские производители и импортеры плиты активно стимулируют это развитие. По разным оценкам, емкость российского рынка уже сегодня оценивается на уровне 120 000−150 000 м³ в год.

Россия обладает огромными запасами неделовой древесины, которая не находит никакого применения и просто пропадает на лесосеках. По оценке специалистов, Россия могла бы производить OSB по одной из самых низких себестоимостей в мире.

Что нам мешает?

Что же мешает появлению в России собственного производства OSB?

На сегодняшний день одним из главных сдерживающих моментов являются существенные финансовые риски в подобном проекте. Технология OSB является сейчас одной из наиболее высокотехнологичных в производстве древесных плит. Это сказывается на сумме инвестиций, которые необходимо привлекать в проект. При заказе оборудования у крупнейших европейских поставщиков, таких как Metso, Dieffenbacher и Siempelkamp, предлагающих комплексную поставку производственной линии на условиях «под ключ», объем капиталовложений становится столь существенным, что проект окупится в приемлемые сроки лишь при значительных производственных мощностях линии. А выход завода большой и даже средней мощности (минимум 150 000−200 000 м³ в год) со своей продукцией на рынок, который потребляет ровно столько же, кажется слишком рискованным. Коммерческие риски также видятся слишком высокими.

Отсутствие опыта производства и грамотных специалистов накладывает дополнительные риски при организации первого в стране завода по выпуску OSB-плит.

Еще одним сдерживающим фактором, безусловно, является слабая информированность отечественных инвесторов и производителей об ориентированно-стружечных плитах, о технологии и возможностях их производства, о перспективах данного продукта и возможных рынках его сбыта. Очень мало технической информации об OSB и оборудовании для его изготовления можно найти на русском языке.

Правда, здесь следует отметить, что не так давно в России, в Санкт-Петербурге, начала свою деятельность совместная канадско-российская инжиниринговая группа Wood Processing Consulting Services, которая активно занимается популяризацией OSB-плит и продвижением технологий их изготовления среди российских промышленников.

Концепция создания завода OSB малой мощности

Проблемы, которые мешают России начать производcтво OSB, вполне очевидны, поэтому в прошлом году инженерами и аналитиками WPC Services совместно с компанией IMS-Engineering была закончена разработка концепции завода OSB малой мощности (65 000−70 000 м³ в год), адаптированного специально под российские условия. Хотелось бы подробнее остановиться на этом интересном проекте.

Основной целью при разработке проекта было сокращение объема необходимых инвестиций и оптимизация капиталовложений таким образом, чтобы сроки окупаемости проекта первого российского завода OSB не превышали 5 лет. Такой период окупаемости в России считается оптимальным для проектов, связанных с деревообработкой.

В основу разработанной концепции легло совместное использование импортного оборудования и оборудования, которое может быть произведено на российских машиностроительных заводах. Суть в том, чтобы из-за рубежа импортировать только самое сложное, ключевое оборудование в технологическом процессе, такое как стружечный станок, смесители стружки, пресс и т. п. Менее сложное оборудование, бассейны ГТО, сортировку стружки, опорные металлоконструкции и прочее спроектировать и изготовить на российском заводе под непосредственным контролем своих специалистов. Время полной реализации такого проекта − 14−18 месяцев, в зависимости от конкретных условий российского заказчика.

Технология производства OSB

По словам инженеров, при разработке проекта завода OSB малой мощности перед ними стояли следующие задачи:

Реализованная в проекте технология позволяет производить плиту качества OSB/3, т. е. влагостойкую плиту для конструкционного, строительного применения. Предусмотрена возможность несложной модификации технологии для применения ее во всех основных климатических зонах Российской Федерации.

Рассмотрим суть технологии, реализованной в проекте.

В предыдущем номере журнала мы уже писали, что для производства OSB может быть использована практически любая доступная древесина: тонкомер, древесина с быстрорастущих плантаций, вершинные части стволов диаметром от 5 см, а также низкосортная и некондиционная древесина (см. ЛПИ № 9 (31) 2005). При этом в качестве сырья желательно использовать круглые лесоматериалы. Проводились исследования возможности использования отходов фанерного и лесопильного производств. Но при использовании такого сырья выход стружки нужной фракции слишком низок. На последующем этапе производства большая часть древесины в этом случае отсеивается на сжигание. По этой же причине рекомендуется проводить предварительную гидротермическую обработку древесины, особенно в зимних условиях. Мерзлые, а также бревна пониженной влажности, долго пролежавшие на бирже, дают слишком много мелкой щепы, а не стружки нужного размера.

Хвойные, мягколиственные породы древесины и твердые средней плотности являются наиболее пригодными для производства ориентированно-стружечных плит. Основными породами древесины в производстве OSB принято считать сосну, осину и тополь. Эти породы широко распространены в России, поэтому в качестве исходных данных по породному составу сырья было принято 50% сосны и 50% осины. Длина бревен на входе была принята равной 2,6 м, диаметр − от 50 до 400 мм (при среднем расчетном диаметре бревен − 150 мм), влажность древесины, поступающей на завод, − в пределах от 50−120%.

Итак, древесное сырье поступает на площадку завода по железной дороге или автотранспортом. Бревна длиной 2,6 м складируются и хранятся на бирже сырья. Оттуда при помощи челюстных погрузчиков они доставляются на входной накопитель бассейна ГТО (гидротермической обработки). Для производства стружки с нужными геометрическими параметрами (длина − 60−150 мм, ширина − 6−40 мм, толщина − 0,5−0,9 мм) неокоренные бревна должны предварительно прогреваться в бассейнах. Особенно это важно в зимнее время и при работе с твердыми породами древесины. Предварительная гидротермическая обработка сырья значительно повышает качество и полезный выход кондиционной стружки, получаемой на стружечном станке. Кроме того, ГТО продлевает срок службы диска стружечного станка. Канадские инженеры разработали специальную конструкцию бассейнов. Они проходного типа, самоочищающиеся, с нагревом от термомасляных радиаторов. Трелевочные цепи удерживают весь загруженный объем древесины в воде, не давая бревнам всплывать. В бассейне бревна оттаивают в течение заданного количества времени, а затем по одному извлекаются и транспортируются бревнотаской на цепной подающий конвейер окорочного станка. Цепной конвейер последовательно подает бревна на высокопроизводительный роторный окорочный станок.

Подающий конвейер окорочного станка спроектирован таким образом, чтобы отходы и мелкие отщепы падали в специальные накопительные бункеры. В дальнейшем эти отходы перерабатываются измельчителем в топливо для котельной.

Таким образом, только целые, пригодные для обработки бревна подаются дальше в окорочный станок. Расчетная эффективность окорки древесины при максимальной производительности линии OSB составляет 99,5%.

Нужно, кстати, отметить, что реализованная в проекте технология полностью безотходна и энергодостаточна: вся тепловая энергия, необходимая для технологических нужд, производится здесь же, на заводе, из остатков древесины.

Окоренные бревна поступают на специально спроектированный выходной конвейер окорочного станка. После этого бревна проходят через металлоискатель. Бревна, содержащие металлические включения, автоматически маркируются и отбраковываются − удаляются из потока. Хорошие бревна сталкиваются с конвейера на раскряжевочный стол, где распиливаются на чурки длиной 860 мм. Последние поступают на наклонный накопительный конвейер стружечного станка и дальше по одному подаются в стружечный станок (более подробно о технологии производства стружки для OSB читайте в ближайшем номере ЛПИ). Дисковый стружечный станок производит стружку в соотношении длины к ширине в диапазоне от 4:1 до 6:1.

Сырая стружка, выходящая из стружечного станка, попадает на входной конвейер бункера сырой стружки. Затем она транспортируется в бункер сырой стружки для накопления и дальнейшей дозированной подачи в однопроходную сушильную установку. В производстве OSB используются однопроходные либо двухпроходные сушилки. Однопроходные сушилки работают на более низких температурах теплового агента (300−450°С), но цикл сушки у них более длинный, чем у двухпроходных. Основными преимуществами однопроходных сушилок барабанного типа являются: значительно более низкий уровень эмиссии летучих органических соединений, стружка в них меньше повреждается, ну и при более низких температурах сушки меньше риск возникновения пожара. В качестве теплового агента в подобных сушилках используются очищенные дымовые газы котельной.

Таким образом, сырая стружка дозированно подается из бункера сырой стружки прямо в однопроходную сушильную установку барабанного типа. Горячие газы, поступающие из котельной, создают необходимую температуру для сушки стружки.

Сухая стружка на выходе сушильной установки пневмотранспортом (потоком воздуха) переносится в основной накопительный циклон. Здесь она отделяется от воздушного потока и мелких частиц древесины. Мелкие частицы, в свою очередь, увлекаются потоком воздуха дальше и попадают во вторичные циклоны, где и оседают. Отработавший и остывший воздух выбрасывается в атмосферу.

Высушенная стружка через распределительное устройство из циклона направляется дальше на сортировку либо сбрасывается в пожарный отсек (в случае появления сигнала о возгорании в сушилке из системы взрыво- и пожаробезопасности).

Через впускное дозирующее устройство стружка поступает в сортировочный станок роторного типа. На этой стадии из потока стружки окончательно удаляются мелкие частицы и древесная пыль. Пригодная стружка разделяется на два потока и подается на входные конвейеры бункеров стружки наружного и внутреннего слоя. Конвейеры транспортируют стружку в соответствующие бункеры.

Перед тем как попасть в смесители, стружка накапливается в бункерах сухой стружки внешнего и внутреннего слоев. Объем этих бункеров рассчитан таким образом, чтобы обеспечить бесперебойную работу всей производственной линии. По своей конструкции они аналогичны бункерам сырой стружки. Скорость подачи материала из бункеров регулируется в зависимости от параметров работы линии формования стружечного ковра.

Из бункеров сухая стружка через конвейерные весы (элемент дозирующего устройства) подается в смесители. Конвейерные весы также задают расход смолы и парафина, которые подаются в смесители в заданном соотношении, в зависимости от потока стружки.

Резервуары для хранения жидкой смолы расположены в непосредственной близости от смесителей. В общей сложности их четыре: два − для смолы на внешний слой плит, два − для смолы на внутренний слой. Из резервуаров смола через автоматизированные дозаторы подается в смесители.

В производстве OSB могут использоваться фенолформальдегидные смолы (PF), меламинокарбомидоформальдегидные (MUF), а также изоцианатные смолы (PMDI). На основе этих смол готовится связующее для водостойких плит. Проект рассчитан на использование жидкой фенолформальдегидной смолы, т. к. это наиболее дешевый и чаще всего используемый тип связующего для OSB.

Парафин доставляется на завод в жидком виде и хранится в больших подогреваемых резервуарах. Из резервуаров через автоматизированные дозаторы он подается в смесители, где разбрызгивается через внутренние трубки. Трубки также подогреваются, чтобы избежать затвердевания парафина в них.

По выходным конвейерам смесителей стружка подается на распределительное устройство формирующей станции. Дальше при помощи распределительных конвейеров она доставляется в соответствующие бункеры форммашин стружки внутреннего и наружного слоев. Система формования и прессования состоит из формующих станций, линии формования и однопролетного горячего пресса. Отметим, что однопролетный пресс свободно обеспечивает проектную мощность завода (220 м³ в день), и, кроме того, он намного дешевле широко рекламируемого сейчас пресса непрерывного действия.

Три формирующие машины − две для наружных слоев и одна для внутреннего слоя (каждая оснащена одной ориентирующей головкой) − выкладывают и разравнивают осмоленную стружку на стальные поддоны, непрерывно движущиеся по линии. Встроенные конвейерные весы расположены под линией формования и предназначены для взвешивания слоев ковра по мере их формирования.

Ориентирующие головки форммашин наружного слоя выравнивают стружку параллельно направлению движения линии формования, тогда как головка форммашины внутреннего слоя − перпендикулярно. Количество стружки, поступающей из бункеров форммашин, строго контролируется, т. к. объем и вес осмоленной стружки внутреннего и внешнего слоев должен находиться в заданной пропорции. Это крайне важно для обеспечения соответствия готовой продукции техническим условиям и стандартам.

Электромагнит и металлоискатель включены в состав линии формования для обнаружения и удаления случайных металлических включений.

Сформированный таким образом непрерывный стружечный ковер обрезается торцовочными пилами в соответствии с заданной шириной. Затем циркулярной пилой ковер обрезается по длине в размер плит горячего пресса. Обрезки ковра пневмотранспортом переносятся на выходной конвейер смесителя стружки внутреннего слоя для повторного использования. Если сформированный на линии ковер не отвечает заданным параметрам, он автоматически удаляется с формирующего конвейера перед прессованием. Этот процесс контролирует система отбраковки ковра. Отбракованный стружечный ковер поступает либо обратно в поток (на выходной конвейер смесителя внутреннего слоя), либо полностью удаляется (при обнаружении металлических включений, например).

Подготовленные части стружечного ковра последовательно подаются в однопролетный горячий пресс. Пресс позволяет производить OSB-плиты в диапазоне толщин от 6 до 40 мм. В прессу плиты подвергаются воздействию давления и температуры. Контроль отсутствия воздушных карманов и вздутий в плитах на выходе из пресса, осуществляется ультразвуковым датчиком, который работает согласованно с гидравликой пресса и располагается на его разгрузочном конвейере.

После прессования ориентированно-стружечные плиты обрезаются по периметру. Таким образом, формируются ровные кромки плит, и им задается размер мастер-панелей. После этого мастер-панели взвешиваются и после охлаждения и технологической выдержки поступают на участок окончательной обработки.

Таблица 1. Состав российского оборудования

Нужно отметить, что плиты, выходящие из пресса, после обрезки в размер мастер-панели (2550 x 5005 мм) проходят также через детектор воздушных карманов и толщиномер. Эти два измерительных устройства контролируют качество прессованных плит, а взвешиванием контролируется их плотность.

На участке окончательной обработки мастер-панели раскраиваются на заданные форматы в соответствии с картой раскроя. Для этой операции используется раскроечный центр для плитных материалов. Формат готовых плит составляет 1250 x 2500 мм.

Готовые плиты подаются на стопоукладчик и укладываются в стопы размером 1250 x 2500 мм. Затем вилочными погрузчиками стопы транспортируются на линию упаковки, где они шинуются и перевозятся на склад готовой продукции.

В таблице 1 показано, за счет чего инженерам WPC Services удалось сократить бюджет проекта более чем в 5 раз. В таблице все производственное оборудование разбито в соответствии с технологическими зонами, где оно расположено. Из общего количества единиц оборудования каждой зоны выделена та часть техники, которая может быть с успехом изготовлена на наших заводах. Как видно, это 54 технологических модуля. Расчетный показатель российской составляющей технологического оборудования равен 61%, импортной составляющей − 39%.

Потребность в ресурсах для производства OSB

Таблица 2. Расход сырья и энергоресурсов

Следует подробнее остановиться на ресурсах, необходимых для организации производства ориентированно-стружечных плит.

Крытая площадь, необходимая для размещения производственной линии OSB, составляет 18 500 м². Кроме того, потребуется порядка 2−3 га территории под биржу сырья. На заводе в наших условиях всегда должен быть «буферный» запас сырья на 3−4 месяца вперед.

Расход древесины, связующего и энергоресурсов, необходимых для производства 1 м³ плит OSB, показаны в таблице 2. Указанный расход энергии справедлив для суточной производительности линии, равной 220 м³, при предварительной гидротермической обработке сырья и рассчитывался для производства плит толщиной 12 мм, плотностью 680 кг/м³.

Выводы

Задать свои вопросы автору вы можете по e-mail: gasgen@mail.ru.

Михаил ЯШИН