Некоторые аспекты технологии сушки пилопродукции
В предлагаемом вашему вниманию материале приведены некоторые особенности проведения процесса сушки пилопродукции, определенные инструкциями и техническими документами, но часто ускользающие от внимания непосредственных исполнителей…
В инструкции по эксплуатации и обслуживанию лесосушильных камер производства одной из уважаемых итальянских фирм, поставляющих в Россию сушильные установки достаточно высокого класса для сушки пилопродукции, содержится весьма злободневное замечание, характеризующее собой всю сложность процесса в зависимости от свойств исходного продукта. Автор инструкции пишет: «…древесина, будучи производной живого организма, является элементом, не имеющим абсолютно известных или постоянных характеристик». Сентенция не столько новая, сколько отчасти подзабытая нашими уважаемыми производственниками и не всегда принимаемая ими во внимание в современных условиях проведения сушки пилопродукции.
Под «современными условиями» имеется в виду, мягко говоря, достаточно вольное обращение управленческого персонала производства и сотрудников сушильных цехов с основополагающими пунктами инструктивных документов, которые и определяют основные технические и технологические преимущества той или иной сушильной установки. На ряде предприятий в сушильных цехах часто приходится наблюдать низкий профессиональный уровень подготовки работников, нежелание повышать квалификацию у людей, непосредственно связанных с обслуживанием сложного процесса сушки и последующей подготовки сухой пилопродукции к обработке и использованию. Все это приводит к возникновению проблем во время технологического процесса и появлению брака.
Рассмотрим ряд моментов технологического процесса сушки — от подготовки материала, укладки его в пакеты и штабели, формирования штабелей в сушильных камерах и до оценки качества сушки партии пилопродукции.
Укладка материала в сушильные пакеты и штабели в значительной степени влияет на качество сушки и производительность камер — она должна соответствовать типу и системе камеры. Но мало знать, как именно должен быть выложен пиломатериал в камере, необходимо действительно соблюдать эти правила.
Основой подготовки качественного сушильного пакета и штабеля пиломатериалов является точная распиловка по толщине и длине сортиментов. Наличие одной или двух досок иной толщины в ряду пакета (штабеля) может отрицательно сказаться на качестве сушки всех пиломатериалов ряда, а также штабеля, находящегося над ним, особенно в случае сушки узких досок (100, 150 мм).
Существует много зависимостей между условиями сушки и её качеством. Две основные — расстояние, которое проходит воздух в процессе циркуляции через сушильные штабеля, и толщина пиломатериалов. Путь воздуха — величина фиксированная, определяемая типом сушильной камеры и шириной штабеля. Толщина пиломатериалов — переменная величина, которая может быть контролируемой, — устанавливается головным лесосушильным оборудованием.
Средняя толщина (и её равномерность) выпиленных пиломатериалов имеет определяющее значение для результатов сушки. Толстые материалы в партии имеют большую массу и из-за этого могут содержать больше влаги, чем доски нормативной величины. Поэтому при одинаковой скорости сушки (массе влаги, удаляемой в час) толстые материалы будут сохнуть дольше, чем тонкие. Кроме того, в толстых пиломатериалах длиннее путь диффузии влаги к поверхности для испарения. Эти факторы неравномерности толщины сортиментов увеличивают продолжительность сушки. Таким образом, контроль качества камерной сушки начинается с соответствующей подготовки лесопильного оборудования и проверки его работы.
Большинство сушильных камер могут рассматриваться как системы, в которых толщина прокладок — один из переменны параметров. Он является переменным по нескольким причинам. В результате многократного использования прокладки спрессовываются, и их толщина уменьшается. Поломки и повреждения прокладок приводят к их замене новыми, имеющими в лучшем случае точный начальный размер. Но чаще прокладки поступают на укладку некалиброванными, имеющими влажность свежераспиленной древесины. В итоге на сушильном участке имеется набор прокладок толщиной 18−27 мм.
Промежутки в сушильных пакетах, определяемые прокладками, позволяют проходить между рядами досок нагретому воздуху, который по мере движения охлаждается и увлажняется. Толстые прокладки дают доступ большему объему воздуха (соответственно, тепловой энергии), следовательно, температура воздуха в этом случае снижается медленнее, чем при использовании тонких прокладок. Если количество тепла, подаваемого к пиломатериалам в каждый ряд пакета (штабеля), неадекватно условиям процесса, сушка пилопродукции по ширине штабеля будет неравномерной. Исследования, проведенные американским специалистом Дином В. Хубером, показали, что характер падения температуры в штабеле при прокладках разной толщины примерно одинаков. Однако толщина прокладок влияет на характеристики воздуха: он охлаждается и увлажняется до 90−95%. В результате происходит определенное увеличение продолжительности сушки.
Прокладки определенной толщины и примыкающие к ним ряды досок создают разные по высоте, ширине и просвету промежутки в сушильных штабелях. Очень важной переменной, влияющей на протекание сушки, является скорость воздуха, циркулирующего по промежуткам в сушильных пакетах и штабелях.
Для каждой лесосушильной камеры задаются как толщина пиломатериала и прокладок, так и скорость воздуха. Оптимальная скорость циркуляции воздуха по пиломатериалам определяется на основании расчетов, опыта операторов сушки, рекомендаций изготовителей сушильных камер и исходя из производительности установленного циркуляционного оборудования. Конечно, наилучших результатов можно достичь, выдерживая одинаковую толщину пиломатериалов, следуя правилам укладки и размещения пакетов и штабелей в сушильном пространстве, при условии качественной эксплуатации отражательных экранов, полного соответствия характеристик вентиляционных установок параметрам проведения процесса сушки и т.п.
В современных лесосушильных камерах средняя расчетная скорость воздуха обычно составляет 2,5−3,0 м/с, колебания происходят в диапазоне 1,0−3,5 м/с. Более высокая скорость, соответственно, позволяет доставлять к обрабатываемым пиломатериалам большие объемы нагретого воздуха, следовательно, температура в штабеле падает медленнее. При меньшей скорости воздуха температура падает быстрее и до более низких значений. Воздух, направляемый в центр штабеля, становится влажным при всех скоростях, и различия в температуре оказываются незначительными. По мере насыщения воздуха влагой и снижения его температуры продолжительность сушки увеличивается. Различия в продолжительности сушки при разных скоростях потоков воздуха намного больше тех, которые можно было ожидать, исходя из разницы температур.
В работах ряда отечественных ученых (Николая Докучаева, Григория Шубина, Юрия Ошуркова), связанных с исследованиями влияния скорости циркуляции воздуха в сушильных штабелях на тепло и массообмен, установлено, что толщина ламинарного пограничного слоя, непосредственно примыкающего к испаряющей поверхности, от которого в значительной степени зависит интенсивность испарения, является функцией скорости движения потока, омывающего поверхность материала, подвергаемого сушке. Чем выше скорость этого потока, тем тоньше ламинарный пограничный слой, тем легче испаряющейся из материала влаге преодолеть его сопротивление, тем выше интенсивность испарения. Условная толщина пограничного слоя, определяющая в известной степени интенсивность теплои массообмена между средой и материалом, в условиях принудительной циркуляции агента сушки заметно уменьшается при скорости 2,9−3,0 м/с.
Увеличение скорости потока (более 3,0 м/с) не приводит к уменьшению толщины ламинарного слоя, вследствие чего интенсивность процесса испарения влаги тоже не повышается.
Такой вывод может показаться несколько противоречивым, так как при низкотемпературной сушке пиломатериалов повышение скорости агента обработки до 3,0 м/с и более в ряде случаев приводит к определенному сокращению продолжительности сушки.
При низкотемпературной сушке пилопродукции, особенно с использованием мягких режимов с достаточно низкой температурой воздуха в течение процесса (в современных технологиях, используемых зарубежными компаниями, она на 8−13°С ниже, чем по стандартным российским режимам), агент обработки обладает низкой влагоемкостью (способностью поглощать водяной пар и удерживать его в 1 м3 воздуха). При мягких режимах расход воздуха на 1 кг испаряемой из древесины влаги значительно превышает расход воздуха при более высокой температуре обрабатывающей среды. Поэтому повышение скорости воздуха при низкотемпературной сушке определяется не гидродинамикой потока, а необходимостью не допустить максимального насыщения агента сушки водяным паром в пределах сушильных штабелей, особенно в лесосушильных камерах высокой вместимости — 50, 100 и более м3 пиломатериалов.
Повышение скорости циркуляции агента сушки в штабелях пиломатериалов до 3 м/с и более требует дополнительного объема циркулирующего воздуха. Очень часто при эксплуатации даже самых современных сушильных камер из-за нечеткого следования требованиям инструкций по укладке пилопродукции, характеристикам прокладок, неправильной эксплуатации сушильной установки, наличия «паразитных» потоков агента сушки, которые движутся в обход сушильных штабелей, коэффициент использования воздушного потока не превышает 0,7−0,8. Истинный расход воздуха в сушильной камере для сушки пилопродукции заданной влажности может быть определен по массе влаги, подлежащей испарению из древесины.
Одним из главных параметров древесины при проведении сушки является влажность сортиментов. Определение влажности на протяжении технологического процесса сушки выполняется в следующих случаях:
1. Перед началом сушки. Влажность пилопродукции определяется для проведения предварительного расчета продолжительности сушки табличным или графическим методом от начальной до заданной конечной влажности. Кроме того, необходим расчет по продолжительности ступеней режима сушки. Определение начальной влажности единиц продукции и партии пиломатериалов необходимо выполнять в соответствии с ГОСТом 16 588 -91 контрольным методом.
2. В процессе сушки. Регулярно определяется текущая влажность контрольных досок, в которых установлены датчикизонды, рабочим (кондуктометрическим) методом согласно ГОСТу 16 588−91 для ведения процесса сушки и назначения текущих параметров обработки.
3. Для определения окончания сушки и готовности пилопродукции к выгрузке из сушильных камер.
4. По окончании процесса сушки. Определяются показатели качества сушки пилопродукции и их соответствие заданной категории для условий последующей эксплуатации сухих пиломатериалов.
Использование при проведении сушки электровлагомеров (отечественных и зарубежных) требует их тестирования в соответствии с ГОСТом 16 483.7−71.
Расчетную продолжительность сушки пилопродукции с учетом её начальной и конечной влажности следует определять по известным аналитическим выражениям, при известной плотности древесины в абсолютно сухом состоянии. Согласно исследованиям свойств древесины, проведенным специалистами Лесотехнической академии, в настоящее время отмечается значительный разброс плотности пилопродукции в пределах партии, подлежащей сушке. При нормативной плотности произрастающей в европейской зоне сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. 480 кг/м3 получены величины в пределах 300−590 кг/м3 , что оказывает существенное влияние на продолжительность процесса сушки. Определение плотности древесины перед началом сушки партии пилопродукции крайне необходимо для настройки электровлагомеров при измерении текущей влажности контрольных досок в процессе сушки. Чтобы выполнить текущие замеры влажности древесины, нужно соответствующим переключателем на панели прибора ввести её плотность в зависимости от замеров, выполненных по ГОСТу 16 483.1−84.
Вадим ХАРИТОНОВ,
ст. преподаватель кафедры технологии лесопиления и сушки древесины СПбГЛТА
